Для испытаний на растяжение
Испытание на растяжение металла заключаются в растяжении образца с построением графика зависимости удлинения образца (Δl) от прилагаемой нагрузки (P), с последующим перестроением этой диаграммы в диаграмму условных напряжений (σ — ε)
Испытания на растяжение проводятся по ГОСТ 1497, по этому же ГОСТу определяются и образцы на которых проводятся испытания.
Как уже говорилось выше, при испытаниях строится диаграмма растяжения металла. На ней есть несколько характерных участков:
- Участок ОА — участок пропорциональности между нагрузкой Р и удлинением ∆l. Это участок, на котором сохраняется закон Гука. Данная пропорциональность была открыта Робертом Гуком в 1670 г. и в дальнейшем получила название закона Гука.
- Участок ОВ — участок упругой деформации. Т.е., если к образцу приложить нагрузку, не превышающую Ру, а потом разгрузить, то при разгрузке деформации образца будут уменьшаться по тому же закону, по которому они увеличивались при нагружении
Выше точки В диаграмма растяжения отходит от прямой — деформация начинает расти быстрее нагрузки, и диаграмма принимает криволинейный вид. При нагрузке, соответствующей Рт (точка С ), диаграмма переходит в горизонтальный участок. В этой стадии образец получает значительное остаточное удлинение практически без увеличения нагрузки. Получение такого участка на диаграмме растяжения объясняется свойством материала деформироваться при постоянной нагрузке. Это свойство называется текучестью материала, а участок диаграммы растяжения, параллельный оси абсцисс, называется площадкой текучести.Иногда площадка текучести носит волнообразный характер. Это чаще касается растяжения пластичных материалов и объясняется тем, что вначале образуется местное утонение сечения, затем это утонение переходит на соседний объем материала и этот процесс развивается до тех пор, пока в результате распространения такой волны не возникает общее равномерное удлинение, отвечающее площадке текучести. Когда имеется зуб текучести, при определении механических свойств материала, вводят понятия о верхнем и нижнем пределах текучести.
После появления площадки текучести, материал снова приобретает способность сопротивляться растяжению и диаграмма поднимается вверх. В точке D усилие достигает максимального значения Pmax. При достижении усилия Pmax на образце появляется резкое местное сужение — шейка. Уменьшение площади сечения шейки вызывает падение нагрузки и в момент, соответствующий точке K диаграммы, происходит разрыв образца.
Прилагаемая нагрузка для растяжения образца зависит от геометрии этого образца. Чем больше площадь сечения, тем более высокая нагрузка необходима для растяжения образца. По этой причине, получаемая машинная диаграмма не дает качественной оценки механических свойств материала. Чтобы исключить влияние геометрии образца, машинную диаграмму перестраивают в координатах σ − ε путем деления ординат P на первоначальную площадь сечения образца A0 и абсцисс ∆l на lо. Перестроенная таким образом диаграмма называется диаграммой условных напряжений. Уже по этой, новой диаграмме, определяют механические характеристики материала.
Определяются следующие механические характеристики:
Предел пропорциональности σпц – наибольшее напряжение, после которого нарушается справедливость закона Гука σ = Еε , где Е – модуль продольной упругости, или модуль упругости первого рода. При этом Е =σ/ε = tgα , т. е. модуль E это тангенс угла наклона прямолинейной части диаграммы к оси абсцисс
Предел упругости σу — условное напряжение, соответствующее появлению остаточных деформаций определенной заданной величины (0,05; 0,001; 0,003; 0,005%); допуск на остаточную деформацию указывается в индексе при σу
Предел текучести σт – напряжение, при котором происходит увеличение деформации без заметного увеличения растягивающей нагрузки
Также выделяют условный предел текучести — это условное напряжение, при котором остаточная деформация достигает определенной величины (обычно 0,2% от рабочей длины образца; тогда условный предел текучести обозначают как σ0,2). Величину σ0,2 определяют, как правило, для материалов, у которых на диаграмме отсутствует площадка или зуб текучести
Предел прочности (временное сопротивление разрыву) σв – напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке Pmax , предшествующей разрыву образца
Кроме характеристик прочности материала, при испытании на растяжение определяют также характеристики пластичности — относительное удлинение δ и относительное сужение ψ
где lо – первоначальная расчетная длина образца, а lк – конечная расчетная длина образца
Изопропиловый спирт цена за тонну оптом — https://www.dcpt.ru
Источник
Лабораторная работа № 1
Цель работы – изучить поведение малоуглеродистой стали при растяжении и определить ее механические характеристики.
Основные сведения
Испытания на растяжение являются основным и наиболее распространенным методом лабораторного исследования и контроля механических свойств материалов.
Эти испытания проводятся и на производстве для установления марки поставленной заводом стали или для разрешения конфликтов при расследовании аварий.
В таких случаях, кроме металлографических исследований, определяются главные механические характеристики на образцах, взятых из зоны разрушения конструкции. Образцы изготавливаются по ГОСТ 1497-84 и могут иметь различные размеры и форму (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Образцы для испытания на растяжение
Между расчетной длиной образца lо и размерами поперечного сечения Ао (или dо для круглых образцов) выдерживается определенное соотношение:
В испытательных машинах усилие создается либо вручную — механическим приводом, либо гидравлическим приводом, что присуще машинам с большей мощностью.
В данной работе используется универсальная испытательная машина УММ-20 с гидравлическим приводом и максимальным усилием 200 кН, либо учебная универсальная испытательная машина МИ-40КУ (усилие до 40 кН).
Порядок выполнения и обработка результатов
Образец, устанавливаемый в захватах машины, после включения насоса, создающего давление в рабочем цилиндре, будет испытывать деформацию растяжения. В измерительном блоке машины есть шкала с рабочей стрелкой, по которой мы наблюдаем рост передаваемого усилия F.
Зависимость удлинения рабочей части образца от действия растягивающей силы во время испытания отображается на миллиметровке диаграммного аппарата в осях F-Δl (рис. 1.2).
В начале нагружения деформации линейно зависят от сил, потому участок I диаграммы называют участком пропорциональности. После точки В начинается так называемый участок текучести II.
На этой стадии стрелка силоизмерителя как бы спотыкается, приостанавливается, от точки В на диаграмме вычерчивается либо прямая, параллельная горизонтальной оси, либо слегка извилистая линия — деформации растут без увеличения нагрузки. Происходит перестройка структуры материала, устраняются нерегулярности в атомных решетках.
Далее самописец рисует участок самоупрочнения III. При дальнейшем увеличении нагрузки в образце происходят необратимые, большие деформации, в основном концентрирующиеся в зоне с макронарушениями в структуре – там образуется местное сужение — «шейка».
На участке IV фиксируется максимальная нагрузка, затем идет снижение усилия, ибо в зоне «шейки» сечение резко уменьшается, образец разрывается.
При нагружении на участке I в образце возникают только упругие деформации, при дальнейшем нагружении появляются и пластические — остаточные деформации.
Если в стадии самоупрочнения начать разгружать образец (например, от т. С), то самописец будет вычерчивать прямую СО1. На диаграмме фиксируются как упругие деформации Δlу (О1О2), так и остаточные Δlост (ОО1). Теперь образец будет обладать иными характеристиками.
Так, при новом нагружении этого образца будет вычерчиваться диаграмма О1CDЕ, и практически это будет уже другой материал. Эту операцию, называемую наклеп, широко используют, например, в арматурных цехах для улучшения свойств проволоки или арматурных стержней.
Диаграмма растяжения (рис. 1.2) характеризует поведение конкретного образца, но отнюдь не обобщенные свойства материала. Для получения характеристик материала строится условная диаграмма напряжений, на которой откладываются относительные величины – напряжения σ=F/A0 и относительные деформации ε=Δl/l0 (рис. 1.3), где А0, l0 – начальные параметры образца.
Рис. 1.2. Диаграмма растяжения образца из малоуглеродистой стали
Рис. 1.3. Условная диаграмма напряжений при растяжении
Условная диаграмма напряжений при растяжении позволяет определить следующие характеристики материала (рис. 1.3):
σпц – предел пропорциональности – напряжение, превышение которого приводит к отклонению от закона Гука. После наклепа σпц может быть увеличен на 50-80%;
σу – предел упругости – напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,05%. Напряжение σу очень близко к σпц и обнаруживается при более тонких испытаниях. В данной работе σу не устанавливается;
σт – предел текучести – напряжение, при котором происходит рост деформаций при постоянной нагрузке.
Иногда явной площадки текучести на диаграмме не наблюдается, тогда определяется условный предел текучести, при котором остаточные деформации составляют ≈0,2% (рис. 1.4);
Рис. 1.4. Определение предела упругости и условного предела текучести
σпч (σв) – предел прочности (временное сопротивление) – напряжение, соответствующее максимальной нагрузке;
σр – напряжение разрыва. Определяется условное σур и истинное σир=Fр/Аш, где Аш – площадь сечения «шейки» в месте разрыва.
Определяются также характеристики пластичности – относительное остаточное удлинение
δ = (l1 – l0)∙100% / l0,
где l1 – расчетная длина образца после разрыва,
и относительное остаточное сужение
ψ = (А0 — Аш)∙100% / А0.
По диаграмме напряжений можно приближенно определить модуль упругости I рода
E=σпц/ε=tgα,
причем после операции наклепа σпц возрастает на 20-30%.
Работа, затраченная на разрушение образца W, графически изображается на рис. 1.2 площадью диаграммы OABDEO3. Приближенно эту площадь определяют по формуле:
W = 0,8∙Fmax∙Δlmax.
Удельная работа, затраченная на разрушение образца, говорит о мере сопротивляемости материала разрушению w = W/V, где V = A0∙l0 – объем рабочей части образца.
По полученным прочностным и деформационным характеристикам и справочным таблицам делается вывод по испытуемому материалу о соответствующей марке стали
Контрольные вопросы
- Изобразите диаграмму растяжения образца из малоуглеродистой стали (Ст.3). Покажите полные, упругие и остаточные абсолютные деформации при нагружении силой, большей, чем Fт.
- На каком участке образца происходят основные деформации удлинения? Как это наблюдается на образце? Какие нагрузки фиксируются в этот момент?
- Объясните, почему после образования шейки дальнейшее растяжение происходит при все уменьшающейся нагрузке?
- Перечислите механические характеристики, определяемые в результате испытаний материала на растяжение. Укажите характеристики прочности и пластичности.
- Дайте определение предела пропорциональности.
- Дайте определение предела упругости.
- Дайте определение предела текучести.
- Дайте определение предела прочности.
- Как определить предел текучести при отсутствии площадки текучести? Покажите, как это сделать, по конкретной диаграмме.
- Какие деформации называются упругими, какие остаточными? Укажите их на полученной в лабораторной работе диаграмме растяжения стали.
- Как определяется остаточная деформация после разрушения образца?
- Выделите на диаграмме растяжения образца из мягкой стали упругую часть его полного удлинения для момента действия максимальной силы.
- Какое явление называется наклепом? До какого предела можно довести предел пропорциональности материалов с помощью наклепа?
- Как определяется работа, затраченная на разрушение образца? О каком свойстве материала можно судить по удельной работе, затраченной на разрушение образца?
- Как определить марку стали и допускаемые напряжения для нее после проведения лабораторных испытаний?
- Чем отличается диаграмма истинных напряжений при растяжении от условной диаграммы?
- Можно ли определить модуль упругости материала по диаграмме напряжений?
- Как определить работу, затрачиваемую на деформации текучести лабораторного образца?
Испытание материалов на сжатие >
Краткая теория >
Примеры решения задач >
Источник
ГОСТ 9651-84
(ИСО 783-89)
Группа В09
ОКСТУ 0909
1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством черной металлургии СССР
РАЗРАБОТЧИКИ
В.И.Маторин, Б.М.Овсянников, В.Д.Хромов, H.А.Бирун, А.В.Минашин, Э.Д.Петренко, М.Ф.Жембус, В.Г.Гешелин, А.В.Богачева
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 16.07.84 № 2513
3. ВЗАМЕН ГОСТ 9651-73
4. Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 1194-88 и соответствует ИСО 783-89 по сущности метода, проведению испытаний и обработке результатов
5. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
6. Срок действия продлен до 01.01.96 постановлением Госстандарта СССР от 11.05.90 № 1156*
_____________
* Ограничение срока действия снято по протоколу N 5-94 Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС № 11-12 1994 г.). — Примечание «КОДЕКС».
7. ПЕРЕИЗДАНИЕ (февраль 1993 г.) с Изменением N 1, утвержденным в мае 1990 г. (ИУС 8-90)
Настоящий стандарт устанавливает методы статических испытаний на растяжение черных и цветных металлов и изделий из них номинальным диаметром или наименьшим размером в поперечном сечении 3,0 мм и более, а для тонких листов и лент толщиной от 0,5 мм определение при температурах от 35 до 1200 °С характеристик механических свойств:
предела текучести физического;
предела текучести условного;
временного сопротивления;
относительного равномерного удлинения;
относительного удлинения после разрыва;
относительного сужения поперечного сечения после разрыва.
Стандарт не распространяется на проволоку и трубы.
Стандарт полностью соответствует СТ СЭВ 1194-88, ИСО 783-89 по сущности метода, проведению испытаний и обработке результатов.
Термины, применяемые в настоящем стандарте, и пояснения к ним — по ГОСТ 1497-84.
(Измененная редакция, Изм. № 1).
1. МЕТОД ОТБОРА ОБРАЗЦОВ
1.1. Типы и размеры пропорциональных плоских и цилиндрических образцов приведены в приложении.
При наличии указаний в нормативно-технической документации на металлопродукцию допускается применение пропорциональных образцов других типов и размеров.
(Измененная редакция, Изм. № 1).
1.2. Требования к изготовлению образцов, их предельным отклонениям в размерах рабочей части, маркировке — по ГОСТ 1497-84.
2. АППАРАТУРА
2.1. Аппаратура — по ГОСТ 1497-84 с дополнениями.
2.1.1. Рабочее пространство испытательных машин должно позволять устанавливать нагревательное устройство с удлинительными штангами для крепления образцов, которые должны обеспечивать надежное центрирование образца в захватах испытательной машины.
2.1.2. Нагревательное устройство должно обеспечивать равномерный нагрев образца по его рабочей части до заданной температуры испытания и поддержание этой температуры с учетом предельных отклонений, указанных в п.4.2 настоящего стандарта, на протяжении всего испытания.
2.1.3. Термоэлектрические преобразователи первичные (термопары) должны соответствовать требованиям ГОСТ 3044-84.
(Измененная редакция, Изм. № 1).
2.1.4. Регулирующие и измерительные приборы должны соответствовать требованиям ГОСТ 7164-78, ГОСТ 9245-79, ГОСТ 9736-91 и иметь класс точности не ниже 0,5.
3. ПОДГОТОВКА К ПРОВЕДЕНИЮ ИСПЫТАНИЯ
3.1. Измерение размеров образца, определение его начальной площади поперечного сечения , установление, нанесение и измерение начальной расчетной длины — по ГОСТ 1497-84.
3.2. Для измерения температуры на образец устанавливают:
два первичных термопреобразователя (термопары) — при 100 мм (у меток, ограничивающих начальную расчетную длину образца );
три первичных термопреобразователя (термопары) — при 100 мм (у меток, ограничивающих начальную расчетную длину образца и в середине ее).
За исключением разногласий в оценке качества металла, допускается устанавливать на образце с начальной расчетной длиной до 50 мм один первичный термопреобразователь (термопару) в средней части начальной расчетной длины образца .
3.3. Рабочий конец первичного термопреобразователя (термопары) должен иметь надежный контакт с поверхностью образца и быть изолированным от радиационного нагрева.
4. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ
4.1. Образец, находящийся в нагревательном устройстве и нагретый до заданной температуры, после установленного времени выдержки подвергают испытанию.
4.2. Предельные отклонения от установленной температуры испытания в точках замера по длине расчетной части образца без учета погрешностей измерения температуры, обусловленных термоэлектрическим преобразователем и вторичными приборами, не должны превышать:
±5 °С — при температуре испытания до 600 °С;
±7 °С — при температуре испытания свыше 600 до 900 °С;
±8 °С — при температуре испытания свыше 900 до 1200 °С.
При разногласиях в оценке качества металла предельные отклонения температуры от установленной при испытании в любой точке расчетной длины образца должны быть на 2 °С ниже.
Допускаются предельные отклонения от установленной температуры:
±3 °С — при температуре испытания до 600 °С;
±4 °С — при температуре испытания свыше 600 до 800 °С;
±5 °С — при температурах испытания свыше 800 до 1000 °С.
(Измененная редакция, Изм. № 1).
4.3. Продолжительность нагрева образца до температуры испытания и время выдержки при этой температуре указываются в нормативно-технической документации на металлопродукцию. При отсутствии таких указаний продолжительность нагрева до температуры испытания должна составлять не более 1 ч, время выдержки — от 20 до 30 мин.
4.4. При наличии указаний в нормативно-технической документации на металлопродукцию допускается проводить испытания в защитной (нейтральные газы) атмосфере.
Продолжительность нагрева образца до температуры испытания в защитной атмосфере и время выдержки указываются в нормативно-технической документации на металлопродукцию.
4.5. Остальные требования к проведению испытания, обработке результатов — по ГОСТ 1497-84.
Для указания температуры испытания к обозначению определяемой характеристики механических свойств добавляют соответствующий цифровой индекс.
Пример: , , , — предел текучести условный с допуском на величину остаточной деформации 0,2%, временное сопротивление, относительное удлинение после разрыва образца с , относительное сужение поперечного сечения после разрыва, определенные при температуре испытания — 450 °С.
ПРИЛОЖЕНИЕ (рекомендуемое). ПРОПОРЦИОНАЛЬНЫЕ ПЛОСКИЕ (черт.1) И ЦИЛИНДРИЧЕСКИЕ (черт.2, 3) ОБРАЗЦЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ
Рекомендуемое
Черт.1
Таблица 1
мм
Но- | ||||||||||||
1 | 0,5-1,0 | 10 | 20 | 40 | 30 | 40 | 15-20 | 25-40 | 10 | |||
2 | 1,1-2,0 | 10 | 25 | 50 | 30 | 40 | 15-20 | 25-40 | 10 | |||
3 | 2,1-3,0 | 10 | 30 | 60 | 40 | 40 | 15-20 | 25-40 | 12 | |||
4 | 3,1-4,0 | 10 | 35 | 70 | 40 | 40 | 15-20 | 25-40 | 12 | |||
5 | 4,1-5,0 | 10 | 40 | 80 | 40 | 40 | 15-20 | 25-40 | 15 | |||
6 | 5,1-6,0 | 15 | 55 | 110 | +(1,5…2,5) | 50 | 50 | 15-20 | 25-40 | 15 | + +2 | +2 +2 |
7 | 6,1-7,0 | 15 | 55 | 110 | 50 | 50 | 15-20 | 25-40 | 15 | |||
8 | 7,1-8,0 | 15 | 60 | 120 | 50 | 50 | 15-20 | 25-40 | 15 | |||
9 | 8,1-8,5 | 20 | 75 | 150 | 50 | 50 | 15-20 | 25-40 | 15 | |||
10 | 8,6-10,0 | 20 | 80 | 160 | 60 | 60 | 15-20 | 25-40 | 20 |
Тип 1
Черт.2
Таблица 2
Номер образца | |||||||||
А | 3 | 15 | 30 | 6 | М10 | 4 | 12 | 4 | |
В | 4 | 20 | 40 | 6 | М10 | 4 | 12 | 4 | |
1 | 5 | 25 | 50 | 8 | М12 | 5 | 14 | 5 | |
2 | 6 | 30 | 60 | 10 | М12 | 5 | 15 | 5 | |
3 | 8 | 40 | 80 | 12 | М16 | 5 | 15 | 5 | |
4 | 10 | 50 | 100 | 12 | М16 | 5 | 15 | 5 |
(Измененная редакция, Изм. № 1).
Тип II
Текст документа сверен по:
официальное издание
М.: Издательство стандартов, 1993
Источник