книги / Физика прочности и механические испытания металлов

иное, как liдиагр. Измерив его линейкой и поделив полученное значение на масштаб М, получим liобр. Остается только подставить это значение в формулу для расчета di.

Порядок выполнения работы

1.Познакомиться с ГОСТ 1497-84, изучить соответствующие разделы конспекта лекций и список рекомендованной литературы.

2.Познакомиться с устройством разрывной машины и приемами безопасной работы на ней.

3.Получить у преподавателя или лаборанта образцы, провести необходимые замеры, отметить начальную длину.

4.Провести испытания на разрывной машине, получить машинную диаграмму деформации.

5.По полученной машинной диаграмме рассчитать значения характеристикпрочности. Рассчитатьзначенияхарактеристикпластичности.

6.По имеющейся машинной диаграмме построить истинную диаграмму деформации.

Содержание отчета

1.Цель работы.

2.Краткие сведения о характеристиках прочности и пластичности образцов, испытательных машинах.

3.Исходные данные о полученных образцах: их размеры, материал, из которого они изготовлены, режимы термической обработки, по которым они были обработаны.

4.Диаграмма деформации, полученная при испытании.

5.Расчеты характеристик прочности и пластичности.

6.Таблица с результатами испытаний.

7.Построенная истинная диаграмма деформации.

8.Выводы.

Контрольные вопросы

1. Какие характеристики механических свойств определяют в соответствии с ГОСТ 1497-84 при испытаниях на растяжение? Дать им определение.

31

2.В чем отличие условной диаграммы деформаций при растяжении пластичных металловоттакойже диаграммыдляхрупкого металла?

3.В чем сущность графического метода определения условного предела пропорциональности и условного предела текучести?

4.Как зависит предел текучести от величины зерна?

5.Какимихарактеристикамиопределяется пластичность металла?

6.Что больше: равномерноеудлинениеили равномерное сужение?

7.Почему при испытании на растяжение необходимо применять пропорциональные образцы?

8.Чем различаются условный и физический пределы текучести?

9.Какими механическими характеристиками оценивается сопротивление металла малым пластическим деформациям?

Список рекомендованной литературы

1.Золоторевский В.С. Механические свойства металлов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во МИСиС, 1998. – 399 с.

2.ГОСТ 1497-84. Металлы. Методы испытаний на растяжение. – М.: Изд-во стандартов, 1984.

32

Лабораторная работа № 4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ УДАРНОЙ ВЯЗКОСТИ

СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИСПЫТАНИЙ НА ДИНАМИЧЕСКИЙ ИЗГИБ

Цель работы: освоить методику проведения испытаний образцов с надрезом и трещиной на динамический изгиб.

Краткая теория

Метод основан на разрушении образца с концентратором одним ударом молота копра. В результате испытания определяют работу Ар, затраченную на разрушение образца (так называемую работу удара), или ударную вязкость КС. Под ударной вязкостью следует понимать работу удара, отнесенную к начальной площади поперечного сечения образца в месте концентратора.

Испытанию подвергаются образцы, форма и размеры которых удовлетворяют требованиям ГОСТ 9454-78. Эскизы наиболее часто используемых образцов представлены на рис. 1.

Работу удара можно разделить на две составляющие: работу, необходимую для зарождения трещины, Азт, и работу, необходимую для развития трещины, Арт.

Для того чтобы в результате испытаний определить работу, необходимую для развития трещины, в образцах на специальном пульсаторе выращивают исходную усталостную трещину. Тогда можно считать, что работа удара равна работе развития трещины.

Испытания, чаще, проводят на маятниковом копре, схема которого представлена на рис. 2. Взведенный маятник обладает запасом потенциальной энергии:

K1 = P(1 – l cos α1) = P·l(1 – cos α1),

где Р – вес маятника; l – длина физического маятника, эквивалентного данному маятнику; α1 – исходный угол подъема маятника.

33

Ударную вязкость можно обозначать по двум вариантам:

–по первому варианту ее обозначают сочетанием букв и цифр. Первые две буквы (КС) обозначают символ ударной вязкости, третья буква – тип концентратора;

–по второму варианту ударную вязкость допускается обозначать буквой «а» с указанием в нижнем индексе цифры или двух цифр, указывающих типоразмер образца по ГОСТ 9454-78.

Значения ударной вязкости (КС) записывают в протоколе испытаний с округлением до 1 Дж/см2 при значении КС более 10 Дж/см2 или с округлением до 0,1 Дж/см2 при значении КС менее 10 Дж/см2.

Если в результате испытания образец не разрушится полностью, то считают, что работа разрушения и, следовательно, ударная вязкость не определена.

В этом случае в протоколе испытаний указывают, что образец при максимальной энергии удара молота не был разрушен.

Порядок выполнения работы

1.Изучить соответствующие разделы конспекта лекций и список рекомендованной литературы.

2.Познакомиться с устройством копра МК-30 и приемами безопасной работы на нем.

3.Получить у преподавателя или лаборанта образцы.

4.При необходимости создать в образцах усталостные трещины.

5.Провести испытания на копре.

6.Рассчитать значения ударной вязкости и занести полученные результаты в таблицу, приведенную ниже.

7.Построить графики, обсудить полученные зависимости, сделать выводы.

Результаты испытаний на ударную вязкость

36

Содержание отчета

1.Цель работы.

2.Краткиесведенияобударной вязкости, образцах, типах надрезов.

3.Исходные данные о полученных образцах: их размеры, материал, из которого они изготовлены, режимы термической обработки, по которым они были обработаны.

4.Схема маятникового копра.

5.Таблица с результатами испытаний.

6.Графики, построенные по результатам испытаний.

7.Выводы.

Контрольные вопросы

1.Дать определение и показать физический смысл ударной вяз-

кости.

2.Рассказать о типах используемых надрезов.

3.Показать принципиальную разницу между образцами Дроздовского и другими образцами (Менаже, Шарпи).

4.Рассказать принцип действия маятникового копра.

5.Объяснить влияние типа концентратора на величину работы удара и ударную вязкость.

6.Рассказать о влиянии температуры отпуска на изменение ударной вязкости испытанных сталей.

Список рекомендованной литературы

1.Золоторевский В.С. Механические свойства металлов. – 3-е изд., перераб. и доп. – М.: Изд-во МИСиС, 1998. – 399 с.

2.ГОСТ 9454-78. Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах // Доступ из справ.-правовой системы КонсультантПлюс.

37

Лабораторная работа № 5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИТИЧЕСКОЙ ТЕМПЕРАТУРЫ

ХРУПКОСТИ СТАЛЕЙ И СПЛАВОВ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ИСПЫТАНИЙ НА ДИНАМИЧЕСКИЙ ИЗГИБ

Цель работы: освоить методику определения критической температуры хрупкости по сериальной кривой ударной вязкости и 50 %-ной доле волокна в изломе.

Краткая теория

При динамических испытаниях разрушение сталей и сплавов может быть хрупким или вязким или сочетать оба этих типа разрушения.

Вязким называют разрушение, которому предшествует и которое сопровождает значительная пластическая деформация. В случае вязкого разрушения работа разрушения, как правило, велика. Микромеханизмом вязкого разрушения являются зарождение и слияние микрополостей (микропор). Этот механизм является прямым следствием активно протекающего процесса пластической деформации, поэтому поверхность разрушения в этом случае матовая или волокнистая.

Хрупкое разрушение сопровождается очень малой пластической деформацией, или пластическая деформация в случае хрупкого разрушения полностью отсутствует (например, в таких материалах, как стекло). Работа разрушения в этом случае невелика. На микроскопическом уровне хрупкое разрушение представляет собой скол (раскалывание металла) по определенным кристаллографическим плоскостям (плоскостям спайности), в связи с этим поверхность хрупкого излома – блестящая, кристаллическая. Для альфа-железа плоскостями спайности являются плоскости совокупности {100}.

Хрупкое разрушение – один из самых опасных видов разрушения, поскольку происходит оно при низких напряжениях (ниже предела текучести), начинается хрупкое разрушения неожиданно, а хрупкая трещина развивается с очень высокой скоростью.

38

Уровень сопротивления хрупкому разрушению зависит как от внешних условий – температура испытания, скорость нагружения, жесткость напряженного состояния (размер образца, наличие и острота концентраторов), так и от внутренних (структурных) факторов – величины зерна, типа структуры, степени закрепления дислокаций и т.п.

В зависимости от конкретных условий разрушение одного и того же материала (стали или сплава) может быть как вязким, так и хрупким. Смена механизма разрушения с вязкого на хрупкий называется вязко-хрупким переходом – ВХП. Количественно склонность металла к хрупкому разрушению можно характеризовать критической температурой хрупкости Ткр. Несмотря на то, что Ткр является важнейшим критерием надежной работы материала в конструкции, до настоящего времени стандарт на определение Ткр отсутствует.

Весьма наглядное представление о Ткр можно получить при одновременном анализе температурных зависимостей сопротивления пластической деформации (предела текучести – σ0,2) и сопротивления хрупкому разрушениюσс (илиσр) – поширокоизвестнойсхемеИоффе(рис. 1).

σс, σ0,2

ХВР

Тисп, °С

Ткр

Рис. 1. Схема Иоффе. Температурная зависимость сопротивления пластической деформации σ0,2 и сопротивления хрупкому разрушению σс

При температурах испытания выше Ткр реализуется вязкое разрушение, при температурах ниже Ткр – хрупкое разрушение, температура, равная Ткр, – это температура вязко-хрупкого перехода, или критическая температура хрупкости.

39

Таким образом, критическая температура хрупкости, Ткр, – это температура, при которой наблюдается равенство сопротивления пластической деформации и сопротивления хрупкому разрушению, или, другими словами, вязкое и хрупкое разрушение могут произойти с одинаковой вероятностью.

Характер перехода от вязкого разрушения к хрупкому (вязкохрупкий переход – ВХП в различных сталях и сплавах может существенно различаться. Две такие типичные зависимости представлены на рис. 2, а–б. В случае, показанном на рис. 2, а, переход от высоких к низким значениям работы разрушения (Ар) осуществляется в очень узком температурном интервале, т.е. практически дискретно. Тогда говорят о физической Ткр. В большинстве случаев (см. рис. 2, б) переход от высоких к низким значениям величины Ар реализуется в широком температурном интервале, что затрудняет определение Ткр.

Рис. 2. Вид сериальных кривых ударной вязкости (работы удара)

сфизической (а) и условной (б) критической температурой хрупкости

Вэтой ситуации необходимо предварительно обосновать данное

критериальное значение Акр изучаемой величины, с помощью чего определить интересующую Ткр. Эти критические температуры рассматриваются как условные.

Чтобы определить характер функции, показанной на рис. 2, б, необходимо при различных температурах испытать серию образцов, в связи

счем влитературеэти зависимостиизвестны ещекак сериальные. Полученная при этих испытаниях зависимость (см. рис. 2, б) со-

стоит из трех характерных участков. Два из них относительно гори-

40