Определение механических свойств металлов

Лабораторная работа №5

В строительных конструкциях сталь подвергается различным видам механического воздействия: растяже­нию, сжатию, удару; поэтому при расчете строительных конструкций необходимо иметь механические характери­стики стали, определяемые по результатам испытаний образцов стали на растяжение, твердость и ударную вяз­кость.

Определение марки строительной стали.

Для определения марки стали изготовленные образ­цы испытывают на растяжение до разрыва. При этом определяют основные механические характеристики ста­ли: пределы пропорциональности, текучести, прочности при растяжении, относительное удлинение, относитель­ное сужение.

Для испытания стали на растяжение используют ци­линдрические и плоские образцы, изготовленные путем соответствующей механической обработки (Рисунок 5. 1). Образцы ци­линдрической формы должны иметь стандартные разме­ры.

Рисунок 5.1Формы и размеры образцов из стали на растяжение

Таблица № 5.1 Образцы стали для испытаний на растяжение

№ п/п	Образец	Длина рабочей части 0 мм	Площадь поперечного сечения рабочей части d0, мм	Диаметр рабочей части круглого образца d0, мм
	Длинный нормальный
	Короткий нормальный
	Длинный пропорциональный	11,3 S	произвольная	произвольный
	Короткий пропорциональный	5,65	произвольная	произвольный

Нормальными называют образцы, у которых диаметр d_Q рабочей части равен 20 мм, а длина рабочей части ₀ в 10 или 5 раз больше диаметра d₀. Кроме нормальных применяют также пропорциональные образцы, диаметр do рабочей части которых может иметь произвольное значение, но Sдлина рабочей части ₀ всегда должна быть пропорциональна диаметру d₀ (больше в 10 или 5 раз). Форма головок образцов может быть различной в зави­симости от типа захватов разрывной машины. Отклоне­ния размеров образцов от стандартных не должны пре­вышать значений, приведенных в таблице.

Для плоских образцов отклонения по ширине допу­скаются ±0,5 мм, по длинен рабочей части — ±0,1 мм.

Смещение оси головки относительно оси рабочей части плоского образца не допускается. Переход от рабочей части образца к головкам, форма которых зависит от конструкции применяемых захватов, должен быть плав­ным.

Перед испытанием цилиндрические образцы тща­тельно измеряют при помощи штангенциркуля или мик­рометра с точностью до 0,05 см следующим образом: диаметр d₀ измеряют в двух взаимно перпендикулярных направлениях в трех местах по длине рабочей части; ширину и толщину плоских образцов измеряют в сере­дине и по краям расчетной длины образца. Затем вы­числяют площадь поперечного сечения образца So по наименьшим из полученных размеров с точностью до 0,5 %. Кроме того, на поверхности образца наносят кер­ном риски и измеряют расстояние между ними — рас­четную длину образца U — с точностью до 0,1 мм. На обеих головках каждого образца набивают клейма (но­мер образца).

Рисунок 5.2 Общий вид универ­сальной испытательной маши­ны УММ-50

Сталь на растяжение испытывают на разрывных ма­шинах различного типа. На Рисунок 3.5 2. показан общий вид универсальной испытательной машины типа УММ-50.

Подлежащий испытанию образец помещают в захва­ты машины и центрируют его. Для записи диаграммы растяжения на барабане автоматического самопишущего прибора закрепляют миллиметровую бумагу и устанав­ливают масштабы нагрузок и деформаций. После уста­новки стрелки шкалы силоизмерителя машины на нуль включают ее двигатель и испытывают образец на растя­жение до полного разрушения. При этом следят за на­растанием нагрузки по движению стрелки силоизмери­теля и за деформацией образца по диаграмме деформа­ции. Нарастание нагрузки должно быть плавным.

Результаты испытания стального образца на растяжение получают в виде зависимости между нагрузкой и деформацией.

Участок диаграммы растяжения от начала координат до точки 1-показывает, что удлинение (дефор­мация) образца возрастает пропорционально прило­женной нагрузке р. Если образец подвергнуть растяже­нию нагрузкой, равной или меньшей р_р, а затем снять эту нагрузку, то образец примет первоначальную длину, т.е. в нем будут отсутствовать остаточные деформации. Точка 1на кривой растяжения соответствует пределу пропорциональности, т.е. тому наибольшему напряже­нию, при котором растяжение металла прямо пропорцио­нально нагрузке. Это напряжение υ_р, МПа, вычисляют по формуле:

υ_{р =} р_р /So, где р_р — нагрузка при пределе пропорциональности, Н; So — перво­начальная площадь поперечного сечения образца, м².

При увеличении нагрузки (свыше р_Р) испытываемый образец удлиняется быстрее, чем возрастает нагрузка. Таким образом, пропорциональность нарушается. На диаграмме это показано кривой 1—2, которая затем переходит в горизонтальную 2-3, Наличие горизонталь­ного участка указывает на то, что образец самопроиз­вольно вытягивается (течет), хотя нагрузка остается постоянной. Напряжение, при котором появляется текучесть стали, называют пределом текучести. Различают предел текучести физический и предел текучести услов­ный.

Предел текучести физический — наименьшее напря­жжение, при котором образец деформируется без видимо­го увеличения нагрузки. При испытании образца стали следят за показаниями стрелки силоизмерителя. Как только сталь достигнет предела текучести, стрелка при­бора останавливается, а затем вновь начинает двигаться. Значения нагрузки p_s в момент остановки стрелки фиксируюг и принимают за нагрузку, соответствующую пре­делу текучести υ s, МПа (физическому), который вычис­ляют но формуле:

υ s = p_s/ S_o, где p_s — нагрузка при пределе текучести, Н; S_o — первочальная пло­щадь пореречного сечения образца, м².

Предел текучести условный υ ₀,2 — напряжение, при которой образец получает остаточное удлинение, состав­ляющее 0,2 % первоначальной длины. Его определяют в тех случаях, когда при растяжении образца не обна­руживают резко выраженного явления текучести и пре­дел текучести физический не может быть определен ука­занными выше способами.

Пределом прочности при растяжении называют напряжение, которое соответствует максимальной нагруз­ке, предшествующей разрушению образца. Максималь­ная нагрузка может быть легко определена в процессе испытания стального образца, так как на циферблатах испытательных машин имеется вторая контрольная стрелка, которая увлекается рабочей стрелкой машины до крайнего положения и фиксирует наибольшее отклонение рабочей стрелки.

Предел прочности при растяжении σ b, МПа, вычисля­ют по формуле:

υ b =р b/ S_o, где рь — наибольшая нагрузка, предшествующая разрыву образца, Н; S_o,— первоначальная площадь поперечного сечения образца, м².

Рисунок 5.3 Определение относи­тельного удлинения образца

Относительным удлинением называют отношение при­ращения расчетной длины образца после разрыва к ее первоначальной длине. Для определения относительного удлинения испытанного стального образца обе его части плотно прикладывают одну к другой и измеряют длину образца после разрыва

Дата добавления: 2014-12-16