Описание испытательной машины

 

Испытание образца на разрыв проводится на универсальной разрывной машине ГМС-50 с гидравлическим приводом и маятниковым силоизмерителем. Эта машина предназначена для статических испытаний металлов на растяжение, сжатие и изгиб. Ее схема приведена на рис. 5.

На чугунном основании 2 машины установлены две колонны 3, связанные на верху неподвижной поперечиной 6, на которой расположен рабочий цилиндр 10 с поршнем 9, который при подкачивании масла поднимает поперечину 7. Максимальная величина подъема подвижных частей машины – 265 мм.

Подвижную траверсу 5 устанавливают по высоте с помощью механического привода 8, состоящего из электродвигателя, клиноременной передачи и двух червячных пар, которые превращают вращательное движение вала электродвигателя через подъемные винты 4 с гайками в поступательное движение траверсы 5. Траверса является опорой для установки образцов при испытании на сжатие и изгиб. На ней смонтирован верхний захват для закрепления образца, испытываемого на растяжение. Механический привод нижнего захвата состоит из электродвигателя 12, и червячной передачи подъемного винта 1.

Клиновидный нож закрепляется в днище рабочего цилиндра. Переставные опоры 11 служат для установки образца в горизонтальное положение. Стрелу прогиба образца отсчитывают по линейке, прикрепленной к одной из колонн. На другой колонне машины смонтирован концевой выключатель, действующий на магнитный пускатель электродвигателя насоса и останавливающий работу последнего в момент, когда рабочий поршень достигает верхнего предельного положения. Силоизмерительное устройство, насос 18 с регулятором и пусковая аппаратура размещены в пульте управления, расположенном отдельно от машины.

Механизм управления насосом состоит из рукоятки с круговой шкалой, валика с эксцентриком и рычажной системы 16. При вращении рукоятки эксцентрик поднимает (или опускает) рычаг 16, связанный тягой с зубчатой рейкой насоса 17.

Масло, накапливающееся между рабочим поршнем и цилиндром, удаляется по маслопроводу 13.

Нагрузка, прилагаемая к образцу, измеряется маятниковым силоизмерительным устройством. Изменение давления масла в рабочем цилиндре передается по трубопроводу 14 поршеньку 19. С помощью тяг 21 поршенек, перемещаясь, вызывает поворот рычага 22 и толкателя 23. Когда рычаг 22 поворачивается, штанга маятника 20 отклоняется до тех пор, пока его момент силы не уравновесит момент силы, приложенной от поршенька к рычагу 22. Толкатель 23 перемещает зубчатую рейку 24, вращающую шестерню, на ось которой насажена стрелка шкалы силоизмерительного устройства.

Диаграмма испытания автоматически записываются на барабане 15. Линейное перемещение траверсы 5 преобразуется во вращательное движение барабана. Самописец, жестко насаженный на зубчатую рейку 24, полностью повторяет ее движение.

Могут быть установлены различные пределы измерения нагрузок путем подвешивания сменных грузов к штанге маятника.

 

 

Проведение испытания

 

До проведения лабораторной работы необходимо ознакомиться с устройством испытательной машины ГМС-50.

Измерить диаметр образца d и его начальную расчетную длину , отмеченную на поверхности образца двумя рисками. Данные обмера образца внести в бланк лабораторной работы, после чего образец устанавливается в захваты машины.

На барабане 15 диаграммного аппарата для записи диаграммы растяжения закрепляется бумажная лента. Включив электродвигатель гидравлического насоса машины, образец подвергают действию статической нагрузки.

 

При испытании по шкале силоизмерителя надо отметить:

– нагрузку , при которой напряжение в образце достигает предела текучести (в это время рост нагрузки на некоторое время прекращается, несмотря на то, что деформация образца продолжается, а на диаграмме появляется горизонтальная прямая – площадка текучести);

– наибольшую нагрузку , необходимую для определения предела прочности ;

– нагрузку в момент разрыва, необходимую для определения действительного и фиктивного напряжений в момент разрыва.

Пока нагрузка не достигла максимального значения, деформации распределялись равномерно по всему образцу. Когда нагрузка достигает наибольшего значения, остаточная деформация приобретает местный характер, концентрируясь около какого-либо участка по длине образца, оказавшегося наиболее слабым. В этом месте начинается образование так называемой шейки, то есть местного сужения поперечного сечения образца. Вследствие интенсивного уменьшения площади сечения для дальнейшего растяжения образца нужна меньшая нагрузка. Поэтому на диаграмме и наблюдается уменьшение нагрузки, продолжающееся до разрыва образца. Следует, однако, иметь в виду, что в результате резкого уменьшения поперечного сечения образца в шейке напряжение в действительности возрастает здесь до самого разрыва.

После разрыва образца обе его половины освобождаются из захватов машины, а бумага с диаграммой растяжения снимается с барабана. При автоматическом вычерчивании диаграммы на оси ординат в определенном масштабе фиксируется нагрузка, а на оси абсцисс в особом масштабе – удлинение образца.

 

Повышение условного предела текучести при повторных нагружениях (наклеп).

Если при нагружении образца не был превышен предел упругости, то при разгружении все деформации полностью исчезнут и при повторном нагружении этот образец будет себя вести так же, как и при первом нагружении.

Если же образец был нагружен до напряжения, большего предела упругости, например до напряжения, соответствующего точке К диаграммы на рис. 4, то разгрузка пойдет по прямой КL параллельной линии ОА. Упругая часть деформации (отрезок LM) исчезнет, пластическая же часть деформации (отрезок OL) останется.

Если материал нагружать снова, то диаграмма пойдет по прямой LК до самой точки . Остаточное удлинение при разрыве будет измеряться величиной отрезка LK, т. е. иметь меньшую величину, чем при первичном однократном нагружении до разрыва.

Следовательно, при повторных нагружениях образца, предварительно растянутого до возникновения в нем напряжений, больших предела текучести, предел пропорциональности повышается до то того уровня, которого достигли напряжения при предшествующей нагрузке. Если между разгрузкой и повторным нагружением был перерыв, то предел пропорциональности повышается еще больше.

Следует отметить, что диаграмма LKEF, получаемая при повторном нагружении, не имеет площадки текучести, поэтому для образца, претерпевшего разгрузку и повторное нагружение, определяется условный предел текучести ( ), который, очевидно, выше предела текучести при первичном нагружении. В указанном смысле можно говорить о повышении предела текучести при повторном нагружении.

Явление повышения предела пропорциональности и снижения пластичности материала при повторных нагружениях называется наклепом. Наклеп во многих случаях является нежелательным явлением, так как наклепанный металл становится более хрупким.

Однако в целом ряде других случаев наклеп полезен и его создают искусственно, например, в деталях, подвергающихся воздействию переменных нагрузок.