бондарные изделия купить

Дисциплина "Сопротивление материалов". Выполнение лабораторных работ

Испытание различных материалов на ударную вязкость

Ц е л ь р а б о т ы: Изучение методики определения ударной вязкости пластических масс и других неметаллических материалов при испытании стандартных образцов на маятниковом копре.

Т е о р е т и ч е с к а я ч а с т ь р а б о т ы. Удельной ударной вязкостью   материала называют отношение работы , затраченной маятником на разрушение стандартного образца к площади его поперечного сечения  в месте излома.

   (2.35)

Испытание проводится на специальном маятниковом копре (рис. 2.22). Работа , затраченная маятником на разрушение определяется по зависимости

где  - вес маятника;

   - потенциальная энергия, запасенная маятником в самом верхнем его положении;

   - потенциальная энергия, сохраненная маятником после разрушения образца.

   - энергия потерь, затраченная маятником на преодоление вредных сопротивлений (трение в узлах копра, сопротивление воздуха). Потери для каждого экземпляра копра известны.

Чем больше величина ударной вязкости, тем лучше материал сопротивляется динамической нагрузке. Образцы из хрупких материалов ломаются легко, с небольшой затратой работы на разрушение. Образцы из пластичных материалов наоборот – требуют на разрушение большей энергии. Материалы, требующие большой затраты энергии на излом называют вязкими. Все материалы, из которых изготавливают детали, воспринимающие динамические нагрузки, обязательно испытывают на удар.

Величина ударной вязкости очень сильно зависит от температуры. По мере понижения температуры ударная вязкость образцов из одного и того же материала уменьшается. У некоторых материалов существует температурный интервал, в котором удельная ударная вязкость резко меняет свое значение. Этот интервал называется температурным интервалом хрупкости. Чем больше смещен температурный интервал хрупкости в сторону низких температур, тем материал менее чувствителен к воздействию температуры при ударных нагрузках и тем более он надежен в работе.

Изменение формы образца также сказывается на величине ударной вязкости. Переход к более широким образцам и к образцам с более острым надрезом (рис. 2.23, б) смещает температурный интервал в сторону более высоких температур. На образцах из металлов всегда создается надрез - концентратор напряжений.

Испытание материалов на выносливость Ознакомление с методом определения предела выносливости материала и исследование влияния на его усталостную прочность концентрации напряжений. Способность материала сопротивляться разрушению под действием напряжений, циклически изменяющихся во времени, называется выносливостью.

Определение основных механических характеристик стали на растяжение Ц е л ь р а б о т ы: изучение процесса деформирования при растяжении образца из малоуглеродистой стали, определение основных механических характеристик прочности, пластичности и марки стали. При определении качества конструкционных материалов, выпускаемых промышленностью, одним из основных видов испытаний являются испытания на растяжение. Результаты испытаний позволяют судить о прочности материалов при статических нагрузках, выбирать материал для проектируемой конструкции. Они являются основными при расчетах на прочность деталей машин и элементов конструкций.

Испытание на сжатие образцов из различных материалов Ц е л ь р а б о т ы: изучение поведения пластичных, хрупких и анизотропных материалов при сжатии и определение их механических характеристик. Помимо испытания на растяжение вторым основным видом является испытание материалов на сжатие. При этом, так же как и при растяжении, получают диаграмму в координатах . Рассмотрим особенности поведения различных материалов при сжатии.

Испытание на кручение образца из малоуглеродистой стали Ц е л ь р а б о т ы: определение модуля упругости второго рода (модуля сдвига), изучение процесса разрушения и определение механических характеристик стали и чугуна при кручении. В инженерной практике на кручение работают валы машин, витые пружины и др. При кручении круглого и кольцевого стержня возникает деформация чистого сдвига.

Определение модуля продольной упругости и коэффициента Пуассона для стали На основании закона Гука абсолютная продольная деформация бруса  прямо пропорциональна внутренней продольной силе , вызвавшей эту деформацию

Охрупчиванию материала способствует наличие остаточных напряжений, которые могут появиться в материале при закалке, наклепе.

Ударная вязкость понижается с увеличением количества углерода, т.е. с повышением предела прочности и уменьшением пластических свойств стали. Наличие фосфора также оказывает неблагоприятное влияние на величину удельной ударной вязкости.

На результатах определения ударной вязкости сказывается и скорость маятника в момент удара.

Испытания проводятся для металлов согласно ГОСТ 9454-84; для пластмасс - согласно ГОСТ 4647-84.

Металлы испытываются на копрах с предельной энергией маятника до 300 Н·м и скоростью в пределах от 4 до 7 м/с, пластмассы - до 5 Н·м и 3,5 ± 0,5 м/с, соответственно.

Описание установки для испытаний. Испытание на ударную вязкость проводится на маятниковом копре, например, ХР-05, схема которого показана на рис. 2.22. Копер состоит из массивного основания 1 с двумя вертикальными стойками 2. К верхней части этих стоек на горизонтальной оси подвешен маятник 3, представляющий собой плоский стальной диск с вырезом. Кроме того, на оси маятника установлена стрелка 4, напротив которой к стойке 2 прикреплена шкала 5 для отсчета затрат энергии на разрушение образца. Для фиксации маятника в исходном верхнем положении предусмотрена защелка 6.

 На стойках 2 предусмотрены опоры

 7 для установки образцов 8 из испытуемого материала. Расстояние между опорами 7 регулируется в пределах от 40 до 70 мм (см. рис. 2.23, а). Для образцов толщиной 5 мм и менее, расстояние между опорами 7 принимают 40 ± 0,2 мм, а для образцов толщиной более 5 мм – 70  ± 0,2 мм.

При проведении испытаний маятник 3 поднимают вверх и фиксируют защелкой 6. Стрелку 4 устанавливают на нуль, а на опоры 7 помещают испытуемый образец 8. Затем, повернув защелку 6, отпускают маятник 3, который при своем падении разрушит образец и двигаясь далее, переместит стрелку 4 по шкале 5, на которой считывают величину энергии, сохраненной маятником после разрушения образца.

Ф о р м а и р а з м е р ы о б р а з ц о в. Образцы для испытаний на ударную вязкость изготавливают механической обработкой из листов, плит или стержней; а также прессованием; или литьем под давлением. При испытании листовых и слоистых материалов толщиной менее 10 мм ширину поперечного сечения образцов принимают равной толщине этих листов. На образцах следует указать направление, соответствующее длине листа или плиты, из которых изготовлены эти образцы, так как механические свойства пластмасс в различных направлениях неодинаковы.

Образцы, изготовленные литьем под давлением, в соответствии с ГОСТ 4647 – 84 имеют размеры поперечного сечения (6 ± 0,2) х (4 ± 0,2) мм и длину - 55 ± 1 мм.

  а) б)

Рис. 2.23. Схема установки образцов

 а) образцы из пластмасс; б) образцы из металлов

Поверхность образцов должна быть гладкой, ровной, без трещин, сколов, вздутий и раковин.

 П о р я д о к п р о в е д е н и я о п ы т а и о б р а б о т к а 

р е з у л ь т а т о в. 1. Замеряют ширину и толщину образца, изготовленных из одного материала, штангенциркулем с точностью до 0,1 мм. Устанавливают образец 8 на опоры 7 так, чтобы удар пришелся по его широкой стороне (рис. 2.23, а). Поднимают маятник в верхнее исходное положение и закрепляют защелкой 6. Устанавливают стрелку 4 шкалы на ноль.

2. Освобождают маятник от защелки 6, который, падая вниз, разрушит образец 8. Рассчитывают величину работы, затраченной на разрушение образца.

Вычисляют удельную ударную вязкость по формуле (2.35). Опыт повторяют еще для двух - трех образцов.

4. Проводят обработку результатов опыта в соответствии с требованиями раздела 4.

Содержание отчета

Название лабораторной работы.

Цель работы.

Испытательная машина (тип, марка).

Схема установки образцов.

Исходные данные.

п/п

Материал испытуемого

образца

Ширина

Длина

Толщина

Площадь

поперечного

сечения

1.

2.

3.

 Энергия потерь .

Определение работы разрушения для образцов и по шкале копра.

Определение удельной ударной вязкости для образцов а.

Анализ результатов. Выводы.

Вопросы для самоконтроля

1. Какая цель лабораторной работы?

2. Что такое удельная ударная вязкость?

3. В каких единицах измеряется удельная ударная вязкость?

4. Какие факторы влияют на величину ударной удельной вязкости?

5. О каких свойствах материала судят по величине ударной удельной вязкости?

6. Как определить энергию, запасенную маятником в самом верхнем положении?

7. Как влияет расстояние между опорами установки образца на величину удельной ударной вязкости?

8. Чем принципиально отличаются образцы из металла от образцов из других материалов?

Как изменится удельная ударная вязкость с изменением температуры?

10. Чем отличается маятниковый копер для определения ударной вязкости металлов от копра для испытаний неметаллических материалов?

11. Как влияет на ударную вязкость содержание в металле углерода и фосфора?

Что понимают под температурным интервалом хрупкости?

Дислокации образуются при образовании кристаллов из расплава или газообразной фазы, при срастании блоков с малыми углами разориентировки. При перемещении вакансий внутри кристалла, они концентрируются, образуя полости в виде дисков. Если такие диски велики, то энергетически выгодно “захлопывание” их с образованием по краю диска краевой дислокации. Образуются дислокации при деформации, в процессе кристаллизации, при термической обработке.

Поверхностные дефекты – границы зерен, фрагментов и блоков (рис. 2.6).

2_files/image013.gif

Рис. 2.6. Разориентация зерен и блоков в металле

Размеры зерен составляют до 1000 мкм. Углы разориентации составляют до нескольких десятков градусов (2_files/image014.gif).

Граница между зернами представляет собой тонкую в 5 – 10 атомных диаметров поверхностную зону с максимальным нарушением порядка в расположении атомов.

Строение переходного слоя способствует скоплению в нем дислокаций. На границах зерен повышена концентрация примесей, которые понижают поверхностную энергию. Однако и внутри зерна никогда не наблюдается идеального строения кристаллической решетки. Имеются участки, разориентированные один относительно другого на несколько градусов (2_files/image015.gif). Эти участки называются фрагментами. Процесс деления зерен на фрагменты называется фрагментацией или полигонизацией.

В свою очередь каждый фрагмент состоит из блоков, размерами менее 10 мкм, разориентированных на угол менее одного градуса (2_files/image016.gif). Такую структуру называют блочной или мозаичной.

3. Для изучения атомно-кристаллического строения твердых тел (тонкое строение) используются рентгенографические методы, позволяющие устанавливать связь между химическим составом, структурой и свойствами тела, тип твердых растворов, микронапряжения, концентрацию дефектов, плотность дислокаций

 Методы исследования структуры металлов  и сплавов:

 а.Макроскопический анализ.

 б.Микроскопический анализ.

  в.Рентгеноструктурный анализ и рентгеновская дефектоскопия.

а.Макроскопический  анализ.

Различают макроструктуру, микроструктуру и тонкую структуру.


На главную