Испытание стального образца на растяжение

Цель работы: исследовать процесс растяжения стального образца до разрушения и определить механические характеристики прочности и пластичности.

Основные понятия

Наиболее распространенным методом определения основных механических характеристик материалов - прочности и пластичности - является статическое испытание образцов на растяжение.

Прочностью называют способность материала воспринимать нагрузки не разрушаясь.

Пластичность называют способность материала накапливать до разрушения остаточные деформации.

Упругостью называют способность материала восстанавливать первоначальные размеры и форму детали после снятия внешних нагрузок.

Для испытания на растяжение по ГОСТ 1497-84 применяют нормальные и пропорциональные круглые и плоские образцы (рис. 4).

- 8 -

Постановка опыта

Исследование проводится на установке СМ-4А. Испытанию подвергается балка прямоугольного сечения, лежащая на двух опорах и нагруженная двумя сосредоточенными силами, расположенными на одинаковых расстояниях " а" от опор (рис. 23).

Рис. 23. Схема установки СМ-4А:

I - балка, 2 - грузы, , - тензометры,

, , , - индикаторы

Загружение балки производят грузами, укладываемыми на гиревые подвесы. Максимальный прогиб (при симметричном загружении балки он будет посередине пролета) фиксируют непосредственно по шкале индикатора .

Для определения максимальных углов поворота (в сечениях над опорами) в установке имеются приспособления: к концевым сечениям балки жестко присоединены рычаги (кронштейны) с заданной длиной . На концы этих рычагов опираются ножки индикаторов и . Перемещение ножки индикатора связано с углом поворота сечения балки и длиной рычага зависимостью .

Так как углы поворота сечения при упругих деформациях малы, то , следовательно, . В показание индикатора вносится поправка - половина показаний индикатора - за счет смещения левой шарнирно-подвижной опоры.

- 29 -

Для получения напряжений используют рычажные тензометры

, которые устанавливают в любом месте между силами

Изогнутую ось балки называют упругой линией (при условии, если напряжения в балке не больше предела упругости).

Перемещения поперечных сечений балки характеризуются, двумя величинами: прогибом и углом поворота сечения .

Рис. 22. Схема деформаций балок при изгибе

Прогибом балки в рассматриваемом сечении называют перемещение центра тяжести сечения по направлению, перпендикулярному к оси балки.

Углом поворота сечения называют угол, на который поворачивается сечение по отношению к своему первоначальному
положению. Найти эти величины в любом сечении балки можно
методом начальных параметров или одним из общих методов определения перемещений в упругих системах (методами Кастильяно, Мора, способом Верещагина).

Максимальные нормальные напряжения в поперечном сечении балки вычисляют по формуле

здесь - изгибающий момент в рассматриваемом сечении балки, - осевой момент сопротивления поперечного сечения относительно нейтральной оси (для прямоугольного сечения балки).

- 28 -

Рис. 4. Круглый образец для испытаний на растяжение:

- диаметр образца, - расчетная длина, - диаметр головки, - полная длина, - рабочая длина образца.

Испытывают образцы на специальных машинах. В процессе испытания записывающее устройство машин автоматически вычерчивает график, показывающий зависимость между передаваемой на образец нагрузкой и его удлинением, - диаграмму растяжения. На рис. 5 показана построенная в координатах диаграмма растяжения для пластичного материала - малоуглеродистой стали.

На начальном участке ОА диаграммы приращение деформации прямо пропорционально приращению нагрузки, то есть, справедлив закон Гука. Образец при этом деформируется только упруго. На участке АВ пропорциональная зависимость между и нарушается, и в образце появляются пластические деформации наряду с упругим.

Участок ВС диаграммы параллелен оси абсцисс, деформации образца растут без увеличения нагрузки. Это явление называют текучестью материала, а участок ВС диаграммы - площадкой текучести.

По окончании текучести для дальнейшего деформирования образца необходимо увеличивать нагрузку, Участок диаграммы СМ до максимальной нагрузки называют участком упрочнения. Достигнув максимальной величины, нагрузка уменьшается, а при некоторой ее величине происходит разрыв образца (точка диаграммы).

- 9 -

Удлинение образца до достижения максимальной нагрузки (до точки М диаграммы) происходит равномерно по всей длине, а затем деформация локализуется в одном месте, начинается местное уменьшение поперечного сечения - образуется " шейка" (рис. 6). Этим и объясняется уменьшение нагрузки на участке диаграммы МК.

Рис 5. Диаграмма растяжения малоуглеродистой стали

Рис. 6. Образец из малоуглеродистой стали после испытания

Если образец разгружать после того, как будет пройдена площадка текучести, то на диаграмме получим прямую линию, параллельную начальному участку диаграммы (например, линию N n). При разгрузке образца исчезают только упругие деформации , а остаются пластические, называемые остаточными -

При повторном нагружения образца на диаграмме получается линия, практически совпадающая о линией разгрузки. В этом случае напряжение, при котором кончается линейная зависимость между напряжением и деформацией, повышается, а величина остаточной деформации до разрушения уменьшается.

Повышение упругих свойств материала в результате предварительного пластического деформирования называют наклепом.

- 10 -

Измерьте микрометром диаметр прутка в различных местах пружины и найдите среднее арифметическое, средний диаметр пружины, высоту пружины в свободном состоянии , определите число рабочих витков .

Выполните эскиз пружины и покажите на ней основные размеры (по ГОСТ 13765-86).

Пружину установите на опору, и ступенчато нагружайте, замеряя величину соответствующей осадки.

По окончании опыта пружину разгрузите, и сделайте контрольные замеры, которые должны совпадать с первоначальными.

Вычислите среднее приращение осадки пружины на ступень нагрузки - и полную осадку пружины , здесь - высота пружины при нагрузке

Постройте по опытным данным характеристику пружины.

Определите теоретическую осадку пружины по формуле.(17), приняв . Постройте характеристику пружины по данным теоретического расчета. Сравните значения и

По формуле (18) найдите значение модуля и сравните со значением, полученным по формуле

Лабораторная работа 7

123 4