Металлы и сплавы (стр. 3 из 24)
. (1.9)Диаграмма растяжения Р–Dl характеризует поведение образца из испытываемого материала с определенными геометрическими размерами. Чтобы исключить влияние размеров, диаграмму Р–Dlперестраивают в диаграмму s–e , где
- напряжение, 
– относительная деформация. Диаграмма s–e– это та же диаграмма Р–Dl, построенная в масштабе 1/F0 по оси ординат и в масштабе 1/l0 – по оси абсцисс.Как уже было сказано, для точного определения sпц, s0,05 и s0,2 используются специальные тензометры и электрические силоизмерители. С меньшей точностью эти характеристики можно определить, воспользовавшись машинными диаграммами и простейшим мерительным инструментом (линейка, штангенциркуль, микрометр).
Произвольной горизонтальной прямой пересекают кривую растяжения на линейном участке. Полученный отрезок ас делят на две равные части. Откладывают отрезок сd, который равен половине отрезка ас: ав=вс=сd. Из начала координат 0 проводят луч через точку d. Точку Р, соответствующую пределу пропорциональности, находят построением касательной к кривой растяжения, параллельной лучу 0d.
Значение предела упругости s0,05 принимается равным значению полученного предела пропорциональности sпц из-за незначительного различия между ними.
Численные значения механических характеристик позволяют оценить прочностные и пластические свойстве испытанного материала (табл. 1.1).
Таблица 1.1 - Оценка прочности и пластичности
| Материал | sв | Уровень прочности | d ,% | Уровень пластичности | |
| кгс/мм2 | МПа | пластичности | |||
| Стали | 140-200 и более | 1400-2000и более | высокопрочные | >40 | высоко- пластичные |
| 80-140 | 800-1400 | прочные | 20-40 | пластичные | |
| 20-80 | 200-800 | средней прочности | 10-20 | средней пластичности | |
| <20 | <200 | малопрочные | <10 | малопластичные | |
| Алюминиевые сплавы | >50 | >500 | высокопрочные | 25-35 | повышенной пластичности |
| 35-40 | 350-400 | нормальной прочности | 20-25 | пластичные | |
| <35 | <350 | малопрочные | <20 | малопластичные | |
Порядок выполнения работы
1. Измерить диаметр испытуемых образцов; вычислить площадь F0 образцов; полученные результаты занести в табл. 1.2.
2. Занести в табл. 1.3 параметры машины.
3. Разорвать образцы (выполняет учебный мастер). При испытаниях по контрольной стрелке отсчетного устройства снять максимальное значение нагрузки Рmax и внести в протокол испытаний.
4. Измерить значения lк, dк, вычислить Fк и занести в табл. 1.2.
5. Выполнить на миллиметровке копии машинных диаграмм, приняв следующие масштабы (сетка):
- по оси ординат - в 16 мм 125 кгс;
- по оси абсцисс - в 10 мм 1 мм.
6. Определить положение характерных точек Р, S, в, к и четырех произвольных точек, а также их координаты Р и l ; результаты занести в табл. 1.4.
7. Вычислить значения напряжений sи относительных удлинений e в характерных и произвольных точках; результаты свести в табл. 1.4.
8. По вычисленным значениям s и e построить на миллиметровке диаграммы условных напряжений s– e, выбрав удобный масштаб.
9. Занести в протокол испытаний значения прочностных характеристик испытанных материалов.
10. Вычислить и занести в протокол испытаний значения d и y (табл. 1.5).
11. Пользуясь таблицей для оценки прочности и пластичности (табл. 1.1.), дать заключение о свойствах испытанных материалов.
Таблица 1.2 - Параметры испытуемых образцов
| Геометрические параметры | Материал | |
| Длина образца, мм : | ||
| - начальная l0 | ||
| - конечная lк | ||
| Диаметр образца, мм : | ||
| - начальный d0 | ||
| - конечный dk | ||
| Площадь поперечного сечения образца, мм2: | ||
| - начальная F0 | ||
| - конечная Fк | ||
Таблица 1.3 - Параметры машины
| Параметры | Значения |
| Выбранный диапазон нагрузок, кгс | |
| Цена деления бумажной ленты по ординате, кгс/дел или кгс/мм | |
| Масштаб записи деформации, мм деф/дел или мм деф/мм |
Таблица 1.4 - Результаты обработки диаграммы
| Параметр | Материалобразца | Значения параметров в характерных и произвольных точках | |||||||
| Р | S | 1 | 2 | 3 | в | 4 | к | ||
| Нагрузка Р, кгс | |||||||||
| Абсолютное удлинение Dl, мм | |||||||||
| Напряжениеs, кгс/мм2 | |||||||||
| Относительноеудлинение e, % | |||||||||
Таблица 1.5 - Протокол испытания на растяжение
| Параметры | Материал | |
| Значение максимальной силы Рmax по отсчетному устройству, кгс | ||
| Предел прочности sв, вычисленный по этому значению силы, кгс/мм2 | ||
| Результаты испытаний: | ||
| - предел пропорциональности sпц, кгс/мм2 | ||
| - физический предел текучести sт, кгс/мм2 | ||
| - условный предел текучести s0,2, кгс/мм2 | ||
| - предел прочности sв, кгс/мм2 | ||
| Относительное удлинение после разрыва d, % : | ||
| - по образцу | ||
| - по диаграмме | ||
| Относительное сужение y, % | ||
| Заключение о свойствах испытанного материала: | ||
| - прочностные | ||
| - пластические | ||
Лабораторная работа № 2
Определение твердости металлов и сплавов
Цель работы
1. Ознакомиться с устройством приборов.
2. Изучить методику определения твердости металлов по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу (подготовка образцов, выбор наконечников и нагрузки, порядок определения твердости, области применения).
3. Определить твердость образцов из различных материалов по Бринеллю и Роквеллу.
4. Вычислить приближенное значение предела прочности по полученному значению НВ.
5. Перевести числа твердости по Роквеллу в числа твердости по Бринеллю.
Содержание работы
Твердость – это способность материала сопротивляться внедрению в него других тел определенной формы и размеров под действием определенных сил. Измерение твердости можно осуществлять по методам Бринелля, Роквелла и Виккерса. В данной работе рассматриваются первые два метода.
Метод Бринелля
Метод измерения твердости металлов и сплавов по Бринеллю регламентируется ГОСТ 9012-59 (СТ СЭВ 468-77).
Сущность метода заключается во вдавливании стального закаленного шарика диаметром 2,5; 5,0 или 10 мм в испытываемый образец (изделие) под действием нагрузки, приложенной перпендикулярно к поверхности образца в течение определенного времени, и измерении диаметра отпечатка после снятия нагрузки (рис. 2.1).
Рис. 2.1. Схема получения отпечатка
Твердость по Бринеллю определяется отношением приложенной нагрузки Р (кгс) к площади поверхности отпечатка F (мм2):
. (2.1)Площадь поверхности в виде шарового сегмента определяется выражением
, (2.2)где D – диаметр шарика, мм;
d – диаметр отпечатка, мм.
Твердость выражается в МПа или кгс/мм2. При определении твердости по Бринеллю нагрузка и диаметр шарика должны соответствовать закону подобия
Р=кD2, (2.3)
где к – постоянная для данного материала величина, равная 30, 10 или 2,5, которая выбирается в зависимости от вида материала, его предполагаемой твердости и толщины испытываемого образца.
Диаметр шарика D, нагрузку Р и длительность выдержки t выбирают в соответствии с ГОСТом в зависимости от вида материала, его ориентировочной твердости НВ и толщины образца d (табл. 2.1). В табл. 2.1 приведены также значения коэффициента к.
Таблица 2.1 - Выбор диаметра шарика, нагрузки и длительности выдержки
| Материал | Твердость по Бринеллю | Толщина образца d, мм | Коэффициент К | Диаметр шарика D, мм | Нагрузка Р, кгс | Выдержка под нагрузкой t, с |
| Черные металлы | >140-150 | 6-33-2< 2 | 30 | 10,05,02,5 | 3000750187,5 | 10 |
| -«- | < 140 | > 66-3< 2 | 10 | 10,05,02,5 | 100025062,5 | 10 |
| Цветные металлы | > 130 | 6-34-2< 2 | 30 | 10,05,02,5 | 3000750187,5 | 30 |
| -«- | 35-130 | 9-56-3< 2 | 10 | 10,05,02,5 | 100025062,5 | 30 |
| -«- | 8-35 | > 66-3< 3 | 2,5 | 10,05,02,5 | 25062,515,6 | 30 |
Диаметр отпечатка измеряют специальным отсчетным микроскопом МПБ-2, на окуляре которого нанесена шкала с делениями, соответствующими десятым долям миллиметра, с точностью до 0,05 мм в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Принимают среднюю из полученных величин.
На рис. 2.2 показан способ измерения отпечатка по шкале отсчетного микроскопа. В рассматриваемом случае диаметр отпечатка равен 4,3 мм.
Измерив диаметр отпечатка, площадь поверхности отпечатка F определяют по формуле (2.2) и, зная величину приложенной силы Р, твердость определяют по формуле (2.1) или находят по табл. 2.2.