2.2 Лабораторні роботи

Робота 2.2.1

Визначення часового опору розриву (межі міцності)

Та пластичності металів

Мета роботи

1 Ознайомитись з основними механічними властивостями металів і методикою визначення часового опору розриву та пластичності ме­талів.

2. Визначити часовий опір розриву σ_в, відносне видовження δ та відносне звуження ψ металу.

Теоретичні відомості

Механічні властивості конструкційних матеріалів є їх основною характеристикою і обумовлюють здатність матеріалу опиратись впливу на нього зовнішніх механічних навантажень.

Основні механічні властивості – міцність, пластичність, пруж­ність, твердість, в’язкість, зносостійкість та витривалість.

Міцністю називається здатність металу опиратись руйнуванню та появі залишкових деформацій внаслідок впливу зовнішніх сил.

Пружністю називається здатність металу поновлювати свою фор­му після завершення впливу сил, що викликали зміну форми (деформа­цію).

Пластичністю називається здатність металу не руйнуватися під впливом зовнішніх сил і зберігати залишкову деформацію. Пластич­ність є властивістю, зворотною пружності.

Твердістю називається здатність металу перешкоджати проникненню в нього іншого, більш твердого тіла.

В’язкістю називається здатність металу не руйнуватися під впливом ударних навантажень. В’язкість є властивістю, зворотною крихкості.

Зносостійкістю називається здатність металу не зношуватись у процесі переміщення поверхонь деталей, що притискаються одне до одного.

Витривалістю називається здатність металу не руйнуватись під впливом знакозмінних навантажень.

Під впливом на тіло сили в ньому виникають напруги σ, які за-лежать від прикладеної сили Ρ та площі поперечного перерізу F тіла:

. (2.1)

Міцність металу характеризується межею міцності σ_в, яка є максимальною напругою, що витримує зразок без руйнування:

, (2.2)

де Ρ_р – руйнівна сила, H (кГ); F₀ – площа поперечного перерізу зразка до руйнування, м² (мм²).

Пластичність матеріалу характеризується такими ознаками, як відносне видовження δ та відносне звуження ψ.

Відносне видовження зра­зка показує (рисунок 2.1) на скільки від-сотків збільшується одиниця його довжини в процесі випробовування:

Рисунок 2.1  Ескізи зразків до і після випробувань на розтяг

, (2.3)

де l₁ , l₀ – довжина зразка відповідно після та до розриву, м (мм).

Відносне звуження показує, на скільки відсотків зменшилась площа поперечного перерізу зразка в процесі його випробовування:

(2.4)

де F₀ – початкова площа поперечного перерізу зразка, м² (мм²);

F₁ – площа зразка у місці розриву, м² (мм²).

У крихких металів відносне видовження δ та відносне звужен­ня ψ близькі до нуля, у пластичних металів вони досягають десят­ків відсотків.

Послідовність виконання роботи

1 Ознайомитись із будовою гідравлічного пресу (розривної машини), його технічною характеристикою.

2 Підготувати зразки для випробовування на розтяг, для чого:

а) переконатись, що на робочій частині зразка немає дефектів;

б) виміряти зразок (d₀ і l₀) [м (мм)], попередньо на робочій частині намітити кернером дві точки, що обмежують розрахункову довжину зразка (круглі зразки необхідно вимірювати у двох взаєм­но перпендикулярних напрямах і трьох перерізах);

в) визначити площу поперечного перерізу F₀ зразка [м² (мм²)]; за розрахунковий діаметр зразка прийняти його найменше значення.

3 Виконати випробування зразка на розрив на гідравлічному пресі (розривній машині), записавши покази манометра в момент максимального відхилення стрілки.

4 Визначити руйнівне навантаження Р [Н (кГ)]:

Р = n·P₁·S, (2.5)

де n – кількість поршнів преса;

P₁ – тиск за показами манометра преса, Н/м² (кГ/мм²);

S – площа поперечного перерізу великого поршня преса, м² (мм²).

5 Після розриву зразка виміряти діаметр d₁ (мм) та довжину l₁ у місці його розриву (при цьому обидві частини зразка необхідно прикладати по можливості якомога щільніше одна до одної).

6 Визначити площу поперечного перерізу зразка F₁ у місці розриву:

. (2.6)

7 Розрахувати межу міцності σ_в за формулою (2.2).

8 Знайти відносне видовження δ за формулою (2.3).

9 Обчислити відносне звуження ψ за формулою (2.4).

10 Використовуючи отримані результати (σ_в, δ, ψ) і користуючись довідковою літературою, встановити ймовірну марку сталі, з якої виготовлено зразок.

11 Скласти письмовий звіт про виконану роботу.

Обладнання, матеріали, інструменти

1. Гідравлічний прес (розривна машина).

2. Пристосування для улаштування зразка (реверс).

3. Штангенциркуль (точність вимірювання – 0,05 мм).

4. Молоток.

5. Кернер.

6. Зразки для випробування.

Зміст звіту

1. Назва та мета роботи.

2. Короткий опис методики виконання розрахунків із зазначенням формул, що застосовуються.

3. Ескізи зразків до і після випробування.

4. Протокол випробування на розтяг (таблиця 2.1).

5 Основні механічні властивості 10 різних марок сталі та інших конструкційних матеріалів (звести в окрему таблицю – робочий зошит).

Таблиця 2.1 – Результати випробувань

№ зразка

Параметр зразка

S, см2

P1,

P, кГ

Результат випробувань

Ймовірна марка сталі

до випробувань

після випробувань

d0, мм

l0, мм

F0, мм2

d1, мм

l1 мм

F1, мм2

, МПа

, %

ψ, %

Контрольні запитання

1 Які властивості металів називаються механічними?

2 Наведіть визначення основних механічних властивостей металів.

З Поняття про напруги, що утворюються в металах під впливом на них навантаження.

4 Поняття про пластичну деформацію, її визначення.

5 Поняття про пружну деформацію та її визначення.

6 Що таке відносне видовження та відносне звуження? Способи їх визначення.

7. Значення межі міцності, відносних видовжень та звужень основних конструкційних матеріалів.

8. В чому полягає методика визначення межі міцності та пластичності металів?

9. Яке обладнання та прилади використовуються для проведення випробувань на міцність і пластичність металів?

10. В яких одиницях вимірюється межа міцності металів?