Определение прочности материалов на разрыв: Методическое указание к выполнению лабораторной работы

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Восточно-Сибирский государственный технологический университет» (ГОУ ВПО ВСГТУ) ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ МАТЕРИАЛОВ НА РАЗРЫВ Методическое указание к выполнению лабораторной работы

Составители: Лыгденов Б.Д., Старова О.В.

Улан-Удэ Издательство ВСГТУ 2006

Методическое указание рекомендовано для выполнения лабораторной работы студентами специальности 261101 «Технология художественной обработки материалов» по курсу «Художественное материаловедение». В ходе работы студент знакомится с основными механическими характеристиками материала с применением гидравлического пресса.

-

модуль Юнга закон Гука предел текучести предел прочности напряжение при разрыве

Лабораторная работа ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРОЧНОСТИ МАТЕРИАЛОВ НА РАЗРЫВ Определение прочности на разрыв является одним из основных разрушающих методов оценки механических свойств материалов. При этом почти всегда данное испытание сопровождается снятием диаграммы растяжения материала, под которой понимают зависимость числового значения приложенной растягивающей силы F от удлинения ∆l. Диаграмма растяжения дает наиболее полную картину поведения материала под воздействием внешних сил. Из этой диаграммы могут быть определены следующие механические характеристики материала: 1) модуль упругости (модуль Юнга); 2) предел текучести; 3) предел прочности; 4) напряжение при разрыве; 5) работа, затраченная на разрыв. Цель работы — определение основных механических характеристик материала с помощью снятия диаграммы растяжения. Диаграмма растяжения для большинства твердых тел имеет вид, представленный на рис.1,a. Ее условно можно разбить на четыре области. В области I прямолинейный участок диаграммы указывает на пропорциональность между приложенной силой и удлинением. Здесь выполняется закон ∆Fl Гука: ∆l = . Область II диаграммы характеризуется ES быстрым возрастанием длины без заметного увеличения силы. Эта область называется областью текучести, а значение силы, отнесенное к площади сечения образца: FT = σ T называется пределом текучести. S' 3

Рис.1. Текучесть связана с взаимными необратимыми перемещениями частиц материала. В области III после текучести материал снова начинает сопротивляться возрастающей нагрузке. Эта область называется областью упрочнения, а напряжение, получаемое как частное от деления Fmax на первоначальную площадь S, называется пределом прочности σ B . При достижении Fmax в образце начинает образовываться местное сужение поперечного сечения, так называемая шейка. За счет сужения образца напряжение в нем быстро возрастает, сопротивляемость образца уменьшается, и кривая идет вниз (область IV). Однако истинное напряжение, полученное делением модуля силы на площадь сечения образца в шейке, возрастает и к моменту разрыва имеет наибольшее значение, которое может в несколько раз превышать предел прочности. Площадь диаграммы, заключенная между кривой и осью абсцисс, представляет собой работу, затраченную на растяжение образца. Эта площадь обычно вычисляется планиметром, но может быть вычислена и с помощью

4

миллиметровки. Для этого в предварительно выбранном масштабе вычерчивают диаграмму растяжения на миллиметровке и определяют (с учетом масштаба) площадь под кривой. Установка представляет собой гидравлический пресс со специальным приспособлением (реверсором), (рис. 1, в). Применение реверсоров дает возможность с помощью гидравлического пресса прикладывать растягивающее усилие к образцу (рис. 1, б). Удлинение образца регистрируется микрометрическим индикатором. Числовое значение растягивающей силы рассчитывается по показаниям манометра пресса: F = Pманометра · S поршня. Проведение работы. Порядок выполнения 1. Измерить штангенциркулем Результаты занести в таблицу

образец.

Размеры образца до испытания

l

d

после испытания

S=πd2/4

l1

d1

S1=πd2/4

2. Закрепить образец в реверсоре (см. рис. 1, в). 3. Установить реверсор с образцом на нижний поршень гидравлического пресса. 4. Привести в действие насос гидравлического пресса, подняв нижний поршень с реверсором до упора в верхнюю станину пресса. 5. Установить стрелку микрометрического индикатора на 0.

5

6. Увеличивая давление на образец, следить за показаниями стрелки микрометрического индикатора. Через мм удлинения образца записать каждые 1/10 соответствующие значения давления в таблицу Удлинение ∆l Давление P Приложенная сила F = PS

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

7. По данным таблицы построить на миллиметровке диаграмму растяжения образца, из которой определить предел текучести σ T , напряжение при разрыве σ P , предел прочности σ B , удлинение при разрыве ∆l , работу, затраченную на разрыв. 8. Записать окончательные данные механических свойств материала: предел текучести - σ T = FT / S ; предел прочности - σ B = Fmax / S ; напряжение при разрыве (истинное) - σ P = FP / S1 ; относительное удлинение - ∆l / l · 100 %; работа растяжения - А. Контрольные вопросы 1. Что понимается под прочностью материала на разрыв? 2. Какие основные механические характеристики материала можно определить при испытании материала на разрыв? Как это делается? 3. С чем связано наличие на диаграмме растяжения области упрочнения? 4. Что такое истинное напряжение и как оно определяется? 6

5. Может ли предел прочности материала быть меньше истинного напряжения? 6. В каких областях на диаграмме растяжения материала выполняется закон Гука?

Подписано в печать 18.10.2006 г. Формат 60х84 1/16 Усл.п.л. 0,46. Тираж 100 экз. Заказ № 216

7