Форма и размеры образцов для испытания на растяжение
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
СССР
ОТРАСЛЕВОЙ СТАНДАРТ
ФОРМА И РАЗМЕРЫ ОБРАЗЦОВ ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ МЕТАЛЛОВ ПРИ ИСПЫТАНИЙ НА РАСТЯЖЕНИЕ
OCTI 90011-70 Издание официальное
Министерство авиационной промышленности СССР
РАЗРАБОТАН — ВИАМ ВНЕСЕН — В1А1
УТВЕРЖДЕН — ЗАМ.НАЧАЛЬНИКА#ГЛАВНОГО УПРАВЛЕНИЯ МАП
тов. 1ШУНЫШННМ В.А. — 2/ХП-1970 г.
OCfl 900H-70
Стр, 9
В. Образцы для испытаний труб
2.9. Трубы диаметром до 30 ш, включительно, испытываются в виде отрезков труб (фиг. 8 ).
v3h!
Примечания: I. При закреплении в испытательную машину образ
ца в виде отрезка трубы в его зажимные части вставляют пробки из материала, твердость которого превышает твердость металла образца. Посадка пробки в трубу должна быть плотной.
2. Длина концов образца, зажимаемых в захватах машины, принимается равной 60 мм, а общая длина образца (отрезка трубы) — подсчитывается по формуле
Л * 6о* ^Ль >
где cL- внутренний диаметр испытываемой
трубы;
— высота захвата машины.
3. Длина пробки должна быть равна высоте захвата машины плюс? два внутренних диаметра испытываемой трубы.
2До. Трубы диаметром более 30 мм испытываются на образцах в виде полос (фиг.9), вырезанных вдоль образующей, параллельно оси трубы.
OCTI 90011-70
Cip. Ю
Размеры образцов долшн удовлетворять требованиям, указанным в табл. 8.
Примечание. Образцы испытываются в ненаправленном (в рабочей части) состоянии.
Таблица 8 Размеры, мм | ||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||
Длина головки указана минимальная.
Примечания: I. Размеры головок и переходной части от гояивки образца ж его рабочей части не являются обязательными и зависят от конструкции применяемых захватов и испытываемого материала.
2. Расчетная длина образца подсчитывается с округлением до 5 мм, причем остаток менее 2,5 мм отбрасывается, а 2,5 мм и более округляется до 5 мм.
2.II. Допускаемые отклонения номинальных размеров по ширине (в рабочей части) образцов в виде полос при их изготовлении должны удовлетворять требованиям, указанным в табл.9.
Таблица 9 | |||||||||||||||||
| |||||||||||||||||
Г. Образцы для испытаний литейных сплавов и
отливок
2.12. Пропорциональный плоский образец с головкой дан на
фиг. Ю.
Таблица Ю | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Длина головки указана минимальная, | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Размеры образца должны удовлетворять требованиям, указанным в табл. Ю.
х)
ОСИ 90011-70
Стр. 12
Примечания: I. При испытании отливок размеры образцов принимают в зависимости от толщины стенок отливок.
2. При отливке образцов в металлические формы радиус сопряжения (галтель) принимается равным 50 мм вместо 25 мм.
3. Необходимость механической обработки поверхности литых образцов оговаривается в стандартах и ТУ на отливки или литейные сплавы.
2.13. Допускаемые отклонения номинальных размеров по ширине (в рабочей части) пропорциональных плоских образцов при их изготовлении должны удовлетворять требованиям, указанным в табл.II.
Таблица II
Ширина образца, мм | Допускаемые отклонения, им | |
по ширине рабочей части | допускаемая разность наибольшей и наименьшей ширины по длине рабочей части образца | |
8 | —0,4 | 0,05 |
10 | ±0,4 | 0,05 |
20 | tl,0 | 0,15 |
2.14. Смещение оси головки относительно оси рабочей части образца допускается не более ^0,1 мм.
2.15. Пропорциональный цилиндрический образец приведен на фиг. II.
OCTI 90011-70 Стр. 13
Размеры образца должны удовлетворять требованиям, указанным в табл. 12.
Таблица 12 | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
ж) Длина головке ymsam шшимвдьная.
Примечания: I. При испытании отливок размеры образцов принимают в зависимости от толщины стенок отливок.
2. При отливке образцов в металлические формы радиус сопряжения (галтель) принимается равным 50 мм вместо 25 мм.
3. Необходимость механической обработки поверхности литых образцов оговаривается в стандартах и ТУ на-отливки или литейные сплавы. Размеры механически обработанных образцов должны соответствовать требованиям таблД2, а допускаемые отклонения номинальных размеров по диаметру образцов должны удовлетворять требованиям табл.7. Чистота механической обработки поверхности рабочей части образца. и галтели должна иметь р** 7, а для алюминиевых и магниевых сплавов ^ б, а торцевой и цилиндрической части головки образца V 3,
2.16. Допускаемые отклонения номинальных размеров по диаметру пропорциональных цилиндрических образцов при их изготовлении (без механической обработки) должны удовлетворять требованиям, указанным в табл. 13.
0CT1 90011-70 Стр. и
Таблица 13 | |||||||||||||||
| |||||||||||||||
2.17. Образца не допускаются к испытанию, если они имеютs | |||||||||||||||
а) следы обработки в виде поперечных рисок на рабочей части;
б) искривления оси или закалочные трещины на рабочей части;
2.1-8. Испытания считаются нодейетвитсльшат:
а) вря разрыве образца т раиюточинм рискам ж гм той;
б) вря sum иометаявкчзских Bsaasaaii т поверхности
разрешим е4разда*
2.19. Форму образцов выбирают в соответствии с техническими условиями на контролируемую продукцию.
2.20. Методы испытания металлов на растяжение должны удовлетворять требованиям ГОСТ 1497-$!, для тонких листов и лент -ГОСТ 11701-», а для труб — ГОСТ 10006-62/^.
Верно: (Шхайшж)
Заказ 840/26. 9.11.71 г.Расстается по списку. Тираж 420 экэ.
Множительная база
УДК 620.П5.8 | Группа В09 |
ОТРАСЛЕВОЙ СТАНДАРТ | |
#ОРМА 1 РАЗМЕРЫ ОБРАЗЦОВ | OCTI 90011-70 |
ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ | |
СВОЙСТВ МЕТАЛЛОВ ПРИ ЮПИ- | ВЗАМЕН АМТУ 293-62 |
ТАНИ1 НА РАСТЯЖЕНИЕ | |
Срок введения установлен с 3 мая 1971 г.
Несоблюдение стандарта преследуется по закону.
Настоящий стандарт распространяется на форму и размеры образцов, не предусмотренных ГОСТ 1497-61, применяемых для определения характеристик прочности и пластичности при испытании на растяжение полуфабрикатов и изделий из цветных и черных металлов и сплавов при нормальной температуре. Применение образцов, предусмотренных настоящим стандартом, возможно только при соответствующей ссылке на этот ОСТ в стандартах на полуфабрикаты.
Per. i ВМС — 20 от 18Д-1971 г.
Издание официальное | Перепечатка воспрещена |
ОШ 90011-70.
Стр. 2
I. НАИМЕНОВАНИЕ 1 ОБОЗНАЧЕНИЕ ОТДЕЛЬНЫХ ЧАСТЕЙ ОБРАЗЦА
I.I. Устанавливаются следующие наименования и обозначения для отдельных частей образца (фиг.1 я 2), применяемого для испытания на растяжение:
2) — диаметр головки круглого образца;
В — ширина головки плоского образца; ct0 — начальный диаметр в рабочей части круглого образца; ло» начальная толщина в рабочей части плоского образца; €а~ начальная ширина в рабочей части плоского образца; X/ — общая длина образца;
С — длина рабочей части образца;
OCTI 90011-70
Стр. 3
€c~ начальная расчетная длина рабочей части образца; fG — начальная площадь поперечного сечения в рабочей части образца; к/ — длина головки;
hf — длина перехода от рабочей части к головке;
Я — радиус галтели.
2. ФОРМА М РАЗМЕРЫ ОБРАЗЦОВ
А. Пропорциональные плоские образцы
2.1. Пропорциональный плоский образец с головкой без отверстия типа I приведен на фиг. 3.
чз/vi
Фиг 3.
Разверы образца должны удовлетворять требованиям, указанным в табл. I.
Таблица I
РАЗМЕРЫ, мм | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
OCfl 90011-70
Продолжение табл.I | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
Стр. h
х^Джкна головки указана юшимаяьная.
Фиг. 4. Размеры образца должны удовлетворять требованиям, указан |
2.2. Пропорциональный плоский образец с отверстием в головке типа П приведен на фиг.4.
Таблица 2 Общие размеры Длинный образец Короткий образец | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Длина голой® указана минимальная |
ным в табл. 2
РАЗМЕРЫ, мм
OCTI 90011-70
Стр. 5
Примечание, При толщине образцов менее 3 ж для усиления головок к ним могут приклепываться (или привариваться точечной сваркой) с двух сторон накладки по форме головки.
2.3. Для пропорциональных плоских образцов с головкой без отверстия и с головкой с отверстием:
а) радиус сопряжения R рабочей части с головкой образца принимают 25-40 мм» в зависимости от диаметра фрезы, применяемой при изготовлении образцов;
б) размеры головок и переходной части от головок образца
к его рабочей части не являются обязательными ж зависят от конструкции применяемых захватов и испытываемого материала;
в) расчетная длина образца подсчитывается с округлением до 5 мм, причем остаток менее 2,5 мм отбрасывается, а 2,5мм и более округляется до 5 мм;
г) при испытании профилей с узкой полкой, из которых невозможно изготовить стандартные образцы, допускается применять нестандартные образцы шириной 8, 10 и 15 ш.
2.4. Допускаемые отклонения номинальных размеров по ширине (в рабочей части) пропорциональных плоских образцов при их изготовлении должны удовлетворять требованиям, указанным в табл. 3.
Таблица 3
Ширина образца, ш | Допускаемые отклонения, ж | |
по ширине рабочей части | допускаемая разность наибольшей и наименьшей ширины по длине рабочей части образца | |
Ю | —0,2 | 0,05 |
15 | ±0,2 | 0,Ю |
20 | ±0,5 | 0,15 |
30 | ±0,5 | 0,20 |
OCTI 900H-70
Стр. 6
Смещение оси головок относительно оси рабочей части образца не допускается.
Б. Пропорциональные цилиндрические образцы
2.5. Пропорциональный цилиндрический образец типа I приведен на фиг 5.
V3
п
-hr
vs/v ?/
Размеры образца долины удовлетворять требованиям, указанным в табл. 4.
Таблица 4
Размеры, мм | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
| ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
Длина головки указана минимальная.
2.6. Пропорциональный цилиндрический образец типа П приведен на фиг. 6.
| |||||||||||
Фиг. 6. |
OCTI 90011-70
Стр. 7
Размеры образца должны удовлетворять требованиям, указанным в табл. 5,
Таблица 5
Размеры, мм
Общие размеры Короткий образец ш ъЫО | ||||||||||||||||||||||||
|
Длина головки указана минимальная.
2.7. Пропорциональный цилиндрический образец типа Ш приве |
Фиг. 7. Размеры образца должны удовлетворять требованиям, указанным в табл. 6. |
хх) Допускается изготовление образцов с резьбой на головках соответственно М1ох1,5 и 16×1,0 с увеличением длины головки до размера диаметра.
ден на фиг. 7.
OCTI 90011-70
Стр. 8
Таблица б
Размеры, мм
общие размеры длинный образец короткий образец
^ » Ю do Ер* Ь do
dо | — я | 1 f /> | kx/ | “г “ * об- раз— .за _t | £ | Г™’ —* ! е | д | d | Г* •об- фаз- ца | smarms 1 4 | Г7 | Л | |
25 | г w’~™ •12,5 | ! 35 | 65 | 21 ‘ | 250 | 270 | 15 | 430 | 21к | 125 | 145 | 12,5 | 300 |
20 | Ю | 30 | 50 | 22 ; | 200 | 220 | 10 1 340 | 22к | 100 | о OJ м | Ю | 240 | ||
10 | 5 | ■ 20 | 25 | 23 1 | 100 | НО | 5 1 170 | 23к | 50 | 60 | 5 | 120 | |
ю | 5 | 15 | 25 | 23а | | 100 | НО | 5 | 170 | 23ак | 50 | 60 | 5 | 120 |
8 | 4 | ; 13 | 20 | 24 ; | 80 | 90 | 5 | 140 | 24s | 40 | 50 | 5 | 100 |
5 | 2,5 | ; ю | Ю | 25 ! | 50 | 55 | 2,5 | 80 | 25к | 25 | 30 | 2,5 | 55 |
Длина головки указана минимальная.
2.8. Допускаемые отклонения номинальных размеров по диаметру пропорциональных цилиндрических образцов при их изготовлении должны удовлетворять требованиям, указанным в табл. 7.
Таблица 7 | |||||||||||||||||||||||
| |||||||||||||||||||||||
Источник