Болат үлгіні үзілуге сынау және созылу диаграммасын жазу

МАТЕРИАЛДАР КЕДЕРГІСІ

Пәнінен зертханалық жұмыстарды орындауға арналған әдістемелік нұсқау

Орал 2011

Құрастырушылар: Нуралин, Б.Н., т.ғ.к., доцент

Джаналиев, Е.М., т.ғ.к., аға оқытушы

Омарова, Н.И., т.ғ.к., аға оқытушы

Пікір жазған: Шакешов Б.Т., т.ғ.к., аға оқытушы

Кафедраның отырысында қаралды, 20 қаңтар 2011, хаттама №6

Политехникалық факультетінің оқу-әдістемелік бюросымен мақұлданды,

24 қаңтар 2011, хаттама №4

Университеттің ОӘК отырысында талқыланып, баспаға ұсынылды «___»_____________ 20___, хаттама №___

Жәңгір хан атындағы Батыс Қазақстан

аграрлық-техникалық университеті

АЛҒЫ СӨЗ

«Материалдар кедергісі» жоғары техникалық оқу орындарында оқылатын жалпы техникалық пәндердің бірі. «Материалдар кедергісі» пәні машина бөлшектері мен әр түрлі конструкциялардың көпшілігіне ортақ жалпыланған элементтердің өз қызметін сенімді және тиімді атқаруына байланысты мәселерді шешумен айналысады. Осыған байланысты «Материалдар кедергісі» пәнінің алдына қойылатын мақсаттарын негізінен үш топқа бөлуге болады:

1) машина бөлшектері мен конструкциялар элементтерін беріктікке, қатаңдыққа және орнықтылыққа есептеу;

2) конструкциялық материалдардың механикалық қасиеттерін тәжірибе жүзінде анықтау;

3) тәжірибелік механика негіздерін зерттеу және жаңа тәсілдер жасау.

Пәннің оқу бағдарламасында машина жасау саласында кездесетін бұрыс (брус), сырық (стержень), тақта (пластинка) және қабықша (оболочка) тәрізді элементтерді және солардан құрастырылған жүйелерді есептеу, сонымен қатар серпімділік және пластикалық теориясының элементтері қарастырылған.

Машина жасау салаларында пайдаланылатын материалдардың беріктік мәселелеріне қатысты механикалық қасиеттерімен студенттерді тәжірибе жүзінде таныстыру мақсатында пән мазмұнын толық дерлік қамтитын лабораториялық жұмыстар қарастырылған.

Аталған курста математикалық талдау және теориялық механиканың әдістері, сонымен қатар түрлі материалдардың қасиеттерін қарастыратын физика бөлімінің мағлұматтары кеңінен қолданылады. «Материалдар кедергісі» тәжірибелі-теориялық ғылым, себебі осы курста тәжірибе нәтижелері мен теориялық ізденістердің қорытындылары кеңінен қолданылады.

Бұл методикалық нұсқауда «Материалдар кедергісі» оқулықтарындағы жалпы қабылданған шартты белгілер сақталып, әр лабораториялық жұмыс үшін толық теориялық түсініктер мен оларды дайындау, орындау жөніндегі құнды кеңестер берілген.

Әдістемелік нұсқау «Материалдар кедергісі» пәнін оқитын барлық техникалық мамандықтарының студенттеріне арналған. Сонымен қатар бұл нұсқауды «Машинатанудың теориялық негіздері», «Механика», «Теориялық және қолданбалы механика», «Қолданбалы механика», «Инженерлік механика» пәндерін оқитын студенттер де қолдана алады.

Лабораториялық жұмыс

Болат үлгіні үзілуге сынау және созылу диаграммасын жазу

Жұмыстың мақсаты. Материалдың механикалық сипаттамаларын (пропорциональдық; аққыштық және беріктік шектерін); салыстырмалы қалдық созылуын; қалдық жіңішкеруін және осы сипаттамалар арқылы болаттың маркасын анықтау.

Негізгі түсініктер. Материалдың созылуын байқау және оның пластикалық, беріктік сипаттамаларын анықтау - бұл негізгі және көп тараған сынаулардың бір түрі. Сынау нәтижесінде алынатын механикалық сипаттамалар материалдың жұмыс кезінде сыртқы күш әсеріне қарсыласу қабілетін және деформациялану немесе қирау ерекшеліктерін көрсетеді.

Сынама үлгілердің формалары мен өлшемдері, оларды сынау шарттары мемлекеттік стандартта қарастырылып бекітілген.

Төменгі суретте созу деформациясына сынауға арналған цилиндр формалы және көлденең қимасы тік төртбұрышты үлгілер көрсетілген (1-сурет). Стандарт бойынша цилиндр формалы үлгілердің есептеу ұзындығы (1, а – сурет):

- ұзын үлгі үшін = d₀;

- қысқа үлгі үшін = 5 d₀.

мұндағы: d₀ – цилиндр үлгінің бастапқы диаметрі.

Көлденең қимасы тік төртбұрышты үлгінің есептеу ұзындығы (1, б – сурет):

- ұзын үлгі үшін =11,3 ;

- қысқа үлгі үшін = 5,65 (1, б – сурет).

мұндағы: - бастапқы көлденең қима ауданы.

Жұмысшы ұзындығы ( ):

- цилиндр формалы үлгі үшін = + 0,5d₀ немесе = + 2d₀;

- тік төртбұрышты үлгі үшін = + 1,5 немесе = + 0,25 .

Үлгі арнайы УММ – 10 үзгіш сынау машинасында сыналады (2 - сурет). Бұл машина деформация мен күштің арасындағы тәуелділік – үлгінің созылу диаграммасын жазып алатын прибормен қамтамасыз етілген (3 - сурет). Созылу диаграммасының абсцисса өсінде үлгінің деформациясы – абсолюттік бойлық деформация , ал ордината өсінде деформацияны тудырушы күш Р өрнектелген [1, 2, 9].

Диаграмманың ОА аралығының жоғарғы А нүктесіне сәйкес келетін кернеу, материалдың пропорционалдық шегі деп аталып, келесі формуламен анықталады:

= . (1)

Бұл аралықта деформация мен күш өзара тура пропорционал, яғни Гук заңына бағынышты.

1 сурет. Созылу деформациясына сынауға арналған үлгілер:

а) қимасы дөңгелек пішінді;

б) қимасы тік төртбұрышты пішінді.

2 сурет. УММ-10 сынау машинасының схемасы.

Қалдық немесе пластикалық деформация тудырмайтын кернеудің ең үлкен шамасы (В нүктесіне сәйкес) серпімділік шегі деп аталып, келесі формуламен анықталады:

= . (2)

Диаграмманың АВ аралығында материал серпімді деформацияланғанымен, күш пен деформацияның арасындағы тура пропорционалдық тәуелділік сақталмайды. В нүктесіне сәйкес қалдық деформациясы 001....0,005% тең. Күш әсері В нүктесіне дейін жойылса, серпімді деформация да жойылып, дене бастапқы қалпына қайта келеді.

Материалда қалдық деформациясын тудыратын кернеудің ең аз шамасы аққыштық шегі деп аталып, келесі формуламен анықталады:

= . (3)

3 сурет. Созылу диаграммасы.

Кернеу аққыштық шегі деп аталатын мәніне жеткеннен соң, кернеу өспесе де деформация өсуін тоқтатпайды, диаграммада абсцисса өсіне параллель аралық пайда болады. Бұл құбылыс материалдың аққыштығы.

Диаграмманың абсцисса өсіне параллель аралық, аққыштық аймақша деп аталады. Бұл аймақшада оның температурасы өсіп, жылтыратып өңделген болат үлгінің беті күңгірттеніп, үлгінің тегіс бетінде бірқалыпты таралған, бойлық өсіне 45⁰ бұрыш жасай өтетін, сызықшалар пайда болады (4 – сурет). Бүл сызықтарды алғашқы болып орыстың атақты металлургі Д.К.Чернов байқаған (1839-1921). Сондықтан айтылған сызықтар Чернов сызықтары деген атқа ие болған [2].

Металлографикасының зерттеулерінің негізінде аққыштық болат кристалдарының ығысуымен түсіндіріледі, ал Чернов сызықтары осының салдарынан пайда болады.

Созу диаграммасындағы аққыштық аралық СF тек пластикалық материалдарға тән.

Материал біршама пластикалық деформацияланғаннан кейін, қайтадан сыртқы күш әсеріне қарсыласу қабілетіне ие болып, беріктенеді (ҒД аралығы).

Диаграмманың ең жоғарғы нүктесіне сәйкес келетін кернеу беріктік шегі немесе уақытша қарсыласу шегі деп аталып, келесі формуламен анықталады:

= . (4)

Кернеу шамасы беріктік шегіне жеткенше үлгі өне бойына бірқалыпты созылып, ал жеткеннен кейін оның бойында жергілікті деформацияның әсерінен қылта мойын пайда болады – жіңішкереді (5-сурет). Қылта мойын пайда болған аралықта (ДЕ аралығы), көлденең қима ауданының кішірею жылдамдығы әсер етуші сыртқы күшті шамасының төмендеу жылдамдығынан әлдеқайда көп, соңдықтан кернеу өсіп, үлгі үзілуге тақайды.

Үзілу мезетіне сәйкес келетін кернеу шамасы қирау шегі деп аталып, келесі формуламен анықталады:

= . (5)

мұндағы: А₁ – көлденең қима ауданының үзілу мезетіне сәйкес келетін мәні.

Қарастырылған диаграммада Р_п.ш, Р_с.ш, Р_а.ш, Р_б.ш, Р_қ.ш үлгінің пропорциональдық, серпімділік, аққыштық, беріктік және қирау шектеріне сәйкес келетін күштердің мәндері.

Енді, әсер етуші сыртқы күштің өсуін диаграмманың М нүктесіне жеткен соң тоқтатып, нөлге дейін азайтайық. Азаю кезіндегі күш пен деформацияның арасындағы тәуелділік диаграмманың ОА пропорциональдық аралығына параллель МК түзу сызығымен кескінделген. Диаграмманың М нүктесіне сәйкес келетін, үлгінің толық абсолюттік созылу деформациясы серпімді созылу мен қалдық созылу деформацияларының қосындысына тең.

= _c+ _қ . (6)

4 сурет. Чернов сызықтары. 5 сурет. Үлгінің бойындағы қылта

мойынның пайда болуы.

Сыртқы күш толық жойылғанда деформацияның серпімді бөлігі жойылып, үлгіде тек қалдық деформация қалады. Осы үлгіге аз уақыт ішінде қайтадан сыртқы күш әсер етсе, күш пен деформацияның арасындағы тәуелділік К нүктесінен М нүктесіне дейін пропорцональды түрде өзгеріп, ал одан кейін созу диаграммасының МДЕ қисық сызығының өзгеру заңдылығына сәйкес келеді.

Сонымен, қайтадан деформацияланған үлгінің пропорцональдық шегі М нүктесіне дейін өсіп, беріктік қасиеті артады, ал пластикалық қасиеті кемиді. Бұл құбылыс “Материалдар кедергісі” ғылымында шынығудеп аталады. Мысалы, электр желісіндегі сымдардың салбырауын болдырмас үшін, әуелі оны тартып шынықтырады. Шынығу қажетсіз жағдайда (себебі, материалдың морттық қасиеті жоғарылайды) материалды қыздырып оны төмендетеді.

Үлгіні созып үзгеннен соң, материалдың пластикалық қасиеті, үлгінің қалдық салыстырмалы созылуы және қылта мойынның қалдық салыстырмалы жіңішкеруі арқылы сипатталады. Бұл шамалар неғұрлым көп болса, материалдың пластикалық қасиеті жоғары.

Салыстырмалы қалдық созылу

= , (7)

мұндағы: – үлгінің сынауға дейінгі және сынаудан кейінгі ұзындықтары.

Қирау мезетінде салыстырмалы қалдық созылу шамасы 8-28 %-тен кем емес аз көміртекті болаттар, мыс, алюминий сияқты металдар, олардың ерітпе түрлері пластикалық материалдар деп ажыратылды.

Салыстырмалы қалдық жіңішкеру

= . (8)

Салыстырмалы қалдық жіңішкеруі жоғары көміртекті морт болат үшін өте аз шамада болады, төменгі көміртекті болат үшін 50-60% аралығында болады.

Жұмысты жасау реті

1. Жұмысты жасаудың алдында үлгінің жұмыс бөлігі бетінің сапасы тексеріліп, оның диаметрі (d₀) 0,1 мм дәлдікпен анықталады. Үлгінің есептеу ұзындығы = 100 мм немесе = 10 d₀ тең деп алынып, тескіштің көмегімен жұмысшы бөлікте 2 нүкте арқылы белгіленеді.

2. Дайындалған үлгі, үзуге арналған УММ-10 машинасында орнатылып, үзілуге сыналады.

3. Миллиметрлік қағаз өзі жазатын барабанға, ал жазғыш карандаш кронштейнге бекітіледі.

4. Үлгі үзілгеннен кейін машина тез тоқтатылып, үлгінің бөлшектері қысқыштан босатылады.