Проведение испытания и обработка опытных данных

Проведение испытания. Перед испытанием измеряют длину образца (с точностью до 0,1 мм) и его диаметр (с точностью до 0,01 мм). Затем образец закрепляют в реверсоре и включают испытательную машину. В процессе испытания на барабане автоматически вычерчивается диаграмма растяжения. Вследствие неполного контакта между головками образца и гнездами для них в реверсоре, в начале диаграммы
получается криволинейный участок, который следует исключить, продолжив прямолинейный участок диаграммы до пересечения с осью абсцисс в точке О (рис. 4.4). При этом следует иметь в виду, что угол наклона прямолинейного участка диаграммы напряжений к оси ординат получается несколько завышенным, т.к. на деформацию образца накладываются упругие деформации колонн и реверсора.

Рисунок 4.4. Начальный участок диаграммы растяжения

Определение предела пропорциональности с допуском 50 %. Условный предел пропорциональности с допуском 50 % находится тогда, когда по диаграмме трудно точно определить точку, до которой сохраняется линейная зависимость между силой и удлинением образца.

Пределом пропорциональности с допуском 50% принято называть такое напряжение, при котором тангенс угла наклона касательной к диаграмме растяжения увеличивается на 50% по сравнению с тангенсом угла наклона прямолинейного участка диаграммы. Графически это выглядит следующим образом: на произвольной высоте проводят прямую АС (рис. 4.5), параллельную оси абсцисс, и откладывают на ней отрезок СD,равный половине АС. Тангенс угла наклона прямой ОDк оси ординат будет, очевидно, на 50% больше тангенса угла наклона прямолинейного участка диаграммы растяжения. Поэтому касательная к диаграмме NN,проведенная параллельно ОD,определит точку К,координата которой будет соответствовать искомому пределу пропорциональности σ_пц:

Определение условного предела текучести с допуском 0,2 %.Условнымпределом текучести с допуском 0,2 % называется такое напряжение, при котором в образце возникают остаточные удлинения, составляющие 0,2 % от первоначальной длины образца. Чтобы найти условный предел текучести, необходимо отложить в масштабе на оси абсцисс отрезок ОО₁= 0,002l₀ и провести прямую OSпараллельно прямой ОА(рис. 4.6). Точка пересечения прямой с диаграммой напряжений определит нагрузку (Р_т)₀₂, соответствующую условному пределу текучести:

Условный предел текучести находится в том случае, когда диаграмма напряжений не имеет явно выраженной площадки текучести.

Определение предела про чноспш. Так как пределом прочности называется напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, выдерживаемой образцом во время испытания (см. работу №1), то

где Р_max — максимальная нагрузка на образец в процессе испытания, определяемая из диаграммы растяжения.

Определение относительной деформации 6-кратного и 10 - кратного образцов. Рассмотрим характер деформации образца при растяжении. На рис. 4.7 отрезок ОК₂,изображает полную деформацию образца Δl₀. Сюда входят как остаточная, так и упругая деформация образца. Чтобы получить на диаграмме только остаточное удлинение, следует провести наклонную прямую КК₁, параллельную ОС,которая отсечет на оси абсцисс отрезок ОК₁, соответствующий остаточной деформации, и К₁К₂, соответствующий упругой деформации образца при разрыве.

Остаточное удлинение можно найти также непосредственно, измерив длину образца до и после разрыва:

Δl = l₁ – l₀.

После испытаний 6-кратного образца определяют абсолютное остаточное удлинение 10-кратного образца (l₀ = 10d₀) такого же диаметра:

где (Δl_равн)₁₀ — равномерная деформация образца вплоть до разрушающей нагрузки (см. отрезок ОВ1 на рис. 4.7);

(Δl_шейки)₁₀ — деформация, соответствующая образованию шейки (отрезок В₁К₁ на рис. 4.7).

Деформация (Δl_равн) 10-кратного образца будет во столько раз больше соответствующей деформации 6-кратного образца, во сколько начальная его длина больше длины 6-кратного образца, т. е.

(Δl_шейки) зависит только от диаметра образца, который у обоих образцов одинаков, поэтому

Замерив в масштабе отрезки ОВ₁ и В₁К₁ на диаграмме растяжения, найдем

Относительное удлинение образцов определим по формулам:

Определение относительного сужения поперечного сечения после разрыва образца. Относительное сужение определяется следующим образом:

где А₀ и А₁ — площади поперечного сечения образца до испытания и после разрыва соответственно.

Определение полной иудельной работ. затраченных на деформацию образца. Площадь диаграммы ОАА₁О (рис. 4.7) выражает работу деформации в пределах упругости; площадь ОАКК₁О — работу, затраченную на образование пластической деформации; площадь ОАКК₂О — полную работу деформации до разрыва (1 см² площади диаграммы соответствует работе деформации в 1 кГ•см).

Полная работа, затраченная на разрыв образца, отнесенная к единице его объема, называется удельной работой деформации:

где V— объем средней, цилиндрической части образца;

W — работа, затраченная на разрыв образца.

Удельная работа разрыва характеризует способность материала поглощать энергию при разрыве, вязкость материала и сопротивляемость его динамическому воздействию.

Построение диаграммы истинных напряжений. Истинная диаграмма растяжения строится в координатах: истинное напряжение — истинная деформация. Истинное напряжение S представляет отношение растягивающего усилия Р_t (определяемого по диаграмме растяжения) к площади поперечного сечения в данный момент испытания, т. е.

Истинная деформация

Рисунок 4.8. Диаграмма истинных напряжений

Для построения истинной диаграммы напряжений необходимо рассмотреть три точки, соответствующие пределу текучести, пределу прочности и моменту разрыва.

При пределе текучести поперечное сечение образца меняется незначительно, поэтому можно принять, что в этом случае

Для того, чтобы определить площадь сечения образца в момент, когда нагрузка достигает P_maxнеобходимо измерить диаметр образца после разрыва в средней части между головкой и местом разрыва (на более длинной части образца) и подсчитать площадь сечения А_p. Истинный предел прочности и относительное поперечное сужение для этой точки будут равны:

Истинное напряжение и относительное поперечное сужение при разрыве найдем по формулам:

где Р_к — нагрузка при разрыве образца (конечная);

А_к — площадь сечения образца в месте шейки.

Соединим три точки С, В, и К и получим диаграмму истинных напряжений (рис. 4.8).

Вопросы для самопроверки

1. Какие образцы принимаются при испытании на прессе Гагарина?

2. Каковы преимущества пресса Гагарина перед универсальными машинами?

3. Каким образом на прессе Гагарина можно проводить испытания на растяжение, изгиб, кручение?

4. Какой масштаб по вертикали и горизонтали имеет диаграмма, полученная на прессе Гагарина?

5. Как определить условный предел пропорциональности с допуском 50%, 100% и условный предел текучести с допуском 0,2%?

б. В чем отличие истинного напряжения от условного?

7. Как построить диаграмму истинных напряжений?

8. Из каких составляющих состоит абсолютное остаточное удлинение образца после разрыва?

9. Как найти работу, затраченную на деформацию образца в пределах упругости, для образования пластической деформации, до разрушения?

10. Как вычислить удельную работу деформации?

11.Как найти относительное удлинение 10-кратного образца?

Лабораторная Работа №5МЕТОДЫ ИЗМЕРЕНИЯ ТВЁРДОСТИ

Основные положения

Цель работы: определение значения твёрдости материала по Бринеллю и Роквеллу.

Общие сведения. Под твёрдостью понимают свойство материала сопротивляться проникновению в него более твёрдого наконечника (индентора), не получающего остаточных деформаций. Испытания на твёрдость получили большое распространение в промышленности, т.к. они дают возможность изучать свойства материала не только на опытных образцах, но и на готовых конструкциях и деталях. К тому же имеется возможность по результатам испытаний на твёрдость определить величину предела прочности материала без проведения испытаний материала на растяжение.

Наибольшее распространение получили статические методы:

а) метод Бринелля — вдавливание стального закалённого шарика;

б) метод Роквелла — вдавливание стального шарика при контроле мягких материалов или алмазного конуса при испытании твёрдых;

в) метод Виккерса — вдавливание алмазной пирамиды.

Указанные методы определения твёрдости регламентированы соответствующими ГОСТами. Здесь рассматриваются только наиболее распространённые методы, к которым относятся: метод измерения твёрдости по Бринеллю (ГОСТ 9012-59) и метод измерения твёрдости по Роквеллу (ГОСТ 9013-59).