ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6

МЕХАНИЧЕСКИЕ ИСПЫТАНИЯ МЕТАЛЛОВ

 

1. Цель работы: ознакомление с оборудованием и методами определения механических свойств металлов.

 

 

Теоретическая часть

 

Испытания, в том числе и механические, проводятся, для того чтобы установить свойства материалов. В зависимости от свойств решается вопрос использования их в судостроении, судоремонте или другой области.

Механические свойства определяют сопротивление металлов и сплавов воздействию механических усилий, которые могут прилагаться к исследуемому материалу различными способами.

Механические испытания в зависимости от вида прилагаемой нагрузки (нагрузка возрастает медленно и плавно; нагрузка носит ударный характер; нагрузка переменная и др.) могут быть статическими, динамическими, усталостными и др.

При статических испытаниях - растяжение, сжатие, изгиб и др. определяют поведение материалов при плавно возрастающей нагрузке.

Например, при испытаниях на растяжение устанавливают прочностные и пластические свойства материалов.

При динамических испытаниях (например, испытания на ударный изгиб) выявляют склонность металла к хрупкому разрушению, которое оценивается ударной вязкостью. Скорость деформирования металла при динамических испытаниях значительно выше, чем при статических.

Длительное воздействие переменных (циклических) нагрузок может вызывать образование трещин и разрушение металлических деталей при напряжениях ниже предела текучести.

Постепенное накопление повреждений в металле под воздействием циклических нагрузок, приводящих к образованию трещин и разрушению, называют усталостью, а свойства металлов сопротивляться усталости – выносливостью.

Примеры механических испытаний: на растяжение, сжатие, изгиб, кручение, на твердость, на ударную вязкость и др.

Примеры механических свойств: прочность, пластичность, твердость, ударная вязкость, выносливость и др.

2.1 Испытание на растяжение

 

При испытании на растяжение определяют прочность и пластичность материалов.

Под прочностью понимают способность тела сопротивляться деформациям и разрушению.

Под пластичностью понимают способность тела к пластической деформации, т.е. способность получать остаточные изменения формы и размеров без нарушений сплошности.

 

2.2 Определение прочности и пластичности при растяжении

Деформацией называется изменение размеров и формы тела под воздействием приложенных сил.

Под действием внешних сил при растяжении в испытуемом образце возникают напряжения – усилия, приходящиеся на единицу площади поперечного сечения образца. Понятие ''напряжение'' введено для оценки величины нагрузки, независящей от размеров формируемого тела.

Деформация, полностью исчезающая после прекращения действия (снятия) вызвавших ее напряжений, называется упругой.

Деформация, остающаяся после прекращения действия вызвавших ее напряжений, называется пластической или остаточной.

Напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, которую выдерживает образец до разрушения, называется пределом прочности (временное сопротивление разрыву) и рассчитывается как:

σ_{В =} ,

где P_В - максимальная нагрузка, которую выдерживает образец

до разрушения, КГС;

F_O - начальная площадь поперечного сечения образца, мм².

 

Напряжение, при котором происходит увеличение деформации при постоянной нагрузке, называется физическим пределом текучести и рассчитывается по формуле:

σ_{Т =} ,

где P_Т - нагрузка, при которой происходит увеличение

деформации без увеличения нагрузки, КГС.

Максимальное напряжение, до которого образец получает только упругую деформацию, называется теоретическим пределом упругости и рассчитывается по следующему выражению:

σ_{УП =} ,

где P_УП - максимальная нагрузка, до которой образец

получает только упругую деформацию, кгс;

 

Перечисленные показатели (σ_В,σ_Т,σ_УП) являются характеристиками прочности образца.

Пластичность образца оценивается такими характеристиками, как относительное удлинение и относительное сужение.

Относительное удлинение рассчитывается по формуле:

δ = x100%

где и - длина образца до и после разрушения, мм.

= Δ - абсолютное удлинение образца, определяемое

измерением образца, после разрыва, мм.

 

Относительное сужение образца определяется по выражению

Ψ = x100%

где и - площадь поперечного сечения образца до и после

разрушения, мм².

 

 

Рисунок 1 - Диаграмма зависимости деформации металла ε от

действующих напряжений σ

 

 

Рисунок 2 - Диаграмма растяжения:

а – абсолютная, б – относительная;

в – схема определения условного предела текучести

 

 

Рисунок 3 - Истинная диаграмма растяжения