Файл: Изучение основных методов механических испытаний металлов.docx
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.04.2024
Просмотров: 11
Скачиваний: 0
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
Практическая работа № 1
Тема: «Изучение основных методов механических испытаний металлов»
Цель работы: изучить методы испытания механических свойства металлов и методы анализа.
Контрольные вопросы:
1.Что называется твердостью?
Твёрдость — свойство материала сопротивляться проникновению в него другого, более твёрдого тела — индентора. Для измерения твёрдости существует несколько шкал (методов измерения): Метод Бринелля — твёрдость определяется по диаметру отпечатка, оставляемому металлическим шариком, вдавливаемым в поверхность. Метод Роквелла— твёрдость определяется по относительной глубине вдавливания металлического шарика или алмазного конуса в поверхность тестируемого материала. Метод Виккерса — твёрдость определяется по площади отпечатка, оставляемого четырёхгранной алмазной пирамидкой, вдавливаемой в поверхность. Твёрдость по Шору (Метод вдавливания) — твёрдость определяется по глубине проникновения в материал специальной закаленной стальной иглы (индентора) под действием калиброванной пружины. Твёрдость по Шору (Метод отскока) — метод определения твёрдости очень твёрдых (высокомодульных) материалов, преимущественно металлов, по высоте, на которую после удара отскакивает специальный боёк, падающий с определённой высоты. Метод Кузнецова — Герберта — Ребиндера— твёрдость определяется временем затухания колебаний маятника, опорой которого является исследуемый металл; Метод Польди (двойного отпечатка шарика) — твердость оценивается в сравнении с твердостью эталона, испытание производится путем ударного вдавливания стального шарика одновременно в образец и эталон
2.Какими методами испытывают различные материалы? Достоинства и недостатки методов.
При проведении испытаний стремятся воспроизвести такие условия воздействия на материал, которые имеют место при эксплуатации изделия, изготовленного из этого материала.
Основные признаки видов испытаний:
Способ нагружения (растяжение, сжатие, изгиб, кручение, срез);
Скорость нагружения (статическая, динамическая);
Продолжительность процесса испытания (кратковременная, длительная);
Методы испытания должны быть достаточно простыми и пригодными для массовго контроля качества продукции. Методы испытаний должны быть строго регламентированы стандартами.
Виды испытаний:
Статические испытания – испытуемый материал подвергается воздействию постоянной силы.
Испытания на растяжения проводят наиболее часто, для этого используют горизонтальные или вертикальные разрывные машины. Обработка данных, полученных при одноосном статическом растяжении, позволяет построить зависимость «напряжение – деформация», которая качественно оценивает поведение материала в разных зонах деформации.
Измерение твердости – наиболее простой метод испытания св-в. Твердостью называют свойство материала оказывать сопротивление деформации в поверхностном слое при местных контактных воздействиях: вдавливание индентора (по Бринеллю, Виккерсу, Роквеллу) или царапанье (по Моосу).
Испытание на трещиностойкость.
В случае хрупкого разрушения для безопасной работы элементов конструкции и машин необходимо количественно оценивать размеры допустимых трещиноподобных дефектов.
Испытание на изгиб и сжатие.
Испытание на изгиб – схема испытаний образца, находящегося под действием двух пар сил, расположенных в плоскости его продольной оси, в которой возникают растягивающие и сжимающие напряжения. Целесообразность этих испытаний определяется широким распространением изгиба в практике нагружения деталей. На изгиб чаще испытывают материалы с малой пластичностью: чугуны, стали, керамика. Различают простой, или плоский, изгиб, при котором внешние силы лежат в одной из главных плоскостей образца, и сложный, вызываемый силами, расположенными в одной плоскости. Испытание на изгиб можно проводить почти на всех машинах, пригодных для испытания на сжатия, для этого применяют образцы прямоугольной или круглой формы в сечении. Определяющими хар-ми служат предел прочности при изгибе и угол изгиба. Три метода: 2-х точечный, 3-х точечный и 4-х.
Испытание на сжатие. Статические испытания на сжатие проводят для определения механических хар-к: модуля упругости, пределов пропорциональности, упругости и прочности, а также физического и условного пределов текучести. Эти хар-ки необходимы для обоснования конструкторских решений машин и узлов, рачета на прочность деталей машин и элементов конструкций, выбора материалов. Для описания процессов сжатия применим закон Гука (уравнение теории упругости)
Сила упругости, возникающая в теле при его деформации, прямо пропорциональна величине этой деформации. Испытание проводится на специальных машинах (прессах). В отличии от испытаний на растяжение, при испытании на сжатие деформациями образца являются укорочение и увеличение поперечного сечения, а не удлинение и сужение.
3.Каково практическое значение определения твердости? Чем объясняется широкое распространение испытаний материалов на твердость?
Твёрдость имеет большое практическое значение, так как она отражает многие рабочие свойства материала, например, сопротивляемость истиранию, режущие свойства, способность обрабатываться шлифованием или резанием, выдерживать местные давления и т. д. Кроме того, по твёрдости можно судить и о других механических свойствах (например, о прочности на разрыв).
Широкое распространение испытаний материалов на твердость объясняется тем, что при этом не требуется изготовления специальных образцов; методика испытаний весьма проста и может осуществляться непосредственно на готовой детали без разрушения.
1. Изучить теоретический материал. Выписать какие основные механические свойства испытываются.
-
Физические свойства – определяет определение материала в тепловых, гравитационных, электромагнитных и радиационных полях. К физическим свойствам относится теплоемкость, теплопроводность, плотность, электропроводность, магнитные характеристики, отражаемость, радиационная стойкость и т.д. -
Химические свойства – отражает способность материала вступать в химические взаимодействия с другими веществами, в частности раздельно сопротивляться окислению или проникновению газов и других химически активных веществ. -
Технологические свойства – характеризуют способность материалов подвергаться тому или иному виду обработки, в частности для металлов – это штампуемость, свариваемость, способность обрабатываться резанием, металлические характеристики и т.д. -
Механические свойства – отражают способность материалов сопротивляться деформации и разрушению под различными видами нагрузок. Именно от них зависит надежность, долговечность конструкций, деталей, механизмов. К механическим свойствам относятся твердость, прочность, пластичность, вязкость материала и т.д.
Физические характеристики изучаются в рамках физики, химические – в рамках химии. Механические и технологические характеристики рассматривают «Материаловедение» и «Технология материалов».
Для оценки механических свойств металлов проводят специальные механические испытания, в которых нагрузки могут быть статическими, динамическими или циклическими.
Статические нагрузки подаются плавно и относительно долго выдерживаются.
К статическим испытаниям относят определение твердости материала, испытание на одноосное расстояние материала.
Твердость– это способность материалов сопротивляться деформации в поверхностных слоях при местном контактном воздействии.
Для определения твердости в материалах под нагрузкой вдавливают либо стальной закаленный шарик (Метод Бринелля) либо алмазную пирамидку (Метод Виккерса).
Твердость определяют по относительной нагрузки к площади полученного отпечатка.
В методе Раквелла твердость определяют по глубине проникновения шарика или алмазного конуса в материал (испытание на одноосное расстояние, в которых определяется прочность, вязкость, пластичность –рассмотрим далее).
В динамических испытаниях нагрузки, подаваемые на материал являются кратковременными, т.е. ударным. К испытаниям такого рода относятся испытание на ударный изгиб, в которых определяется ударная вязкость металла. Этот метод основан на разрушении стандартного образца с разрезом одним ударом копра (маятник, топор)
По
разнице высот поднятия копра до и после разрушения определяют работу разрушения. Затем определяют ударную вязкость.А = m*g*(H1 – H2)
KCv = Ap / S0
S0 – площадь поперечного сечения в том месте, где был надрез.
V – форма надреза.
Чем больше величина КС (ударная вязкость), тем больше вязкость материала
Если испытания производятся при различных понижающих температурах, то появляется возможность определить порог хладноломкости материала. Эта такая температура, при которых вязкое разрушение материала сменяется хрупким, т.е. резко уменьшается величина ударной вязкости материала.
В циклических испытанияхнагрузки имеют продолжительный характер и могут изменяться по некоторому закону, чаще периодическому.
К циклическим испытаниям относят испытания на усталость и ползучесть материала.
Усталость – процесс постепенного накопления повреждений в материале под действием длительных переменных нагрузок.
Следствием усталости в металле является возникновение и развитие усталостных трещин, которые в итоге приводят к разрушению металлов.
В механических испытаниях могут изменяться не только характер изменяемых нагрузок, но параметры окружающей среды, в частности температура, давление, химическая активность среды.
2.Дать краткое описание испытания на растяжение с диаграммой (рис1.1)
Площадь под кривой деформации — это работа, необходимая для разрушения образца
По диаграмме определяют следующие свойства: в начале кривой растяжения имеется прямой участок ОЛ, соответствующий упругой деформации. На этом участке определяют предел упругости ступр — напряжение, при котором пластическая деформация достигает значения, установленного условиями эксплуатации; обычно принимают значение остаточной деформации не более 0,05% и предел упругости обозначают ст0 05. Предел упругости — важная характеристика материала для пружин, рессор и других упругих элементов.
Предел прочности при растяжении (временное сопротивление) ств, кгс/мм2 (МПа) — напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке Ртах, предшествующей разрушению образца, отнесенное к начальной площади F0 его поперечного сечения до испытания:
,кгс/мм2 (МПа).
Предел текучести <гт(<г5), кгс/мм2 (МПа) — наименьшее напряжение, при котором образец деформируется без заметного увеличения растягивающей нагрузки. Пределу текучести на кривой растяжения соответствует нагрузка РТ (рис. 1.4, в). Так как для ряда материалов на кривых растяжения нет площадки текучести (рис. 1.4, а, б), для них используется условный предел текучести а0 2 — напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,2% расчетной длины /() образца.
Относительное удлинение 8, % — отношение приращения расчетной длины образца Д/ после разрыва к его первоначальной расчетной
