виды испытаний свойств материала

 

Для изучения свойств материалов и установления значения предельных напряжений (по разрушению или по пластическим деформациям) производят испытания образцов материала вплоть до разрушения. Испытания производят при нагрузках следующих категорий: статической, ударной и циклической (испытание на усталость или выносливость). По виду деформации, испытываемой образцом, различают испытания на растяжение, сжатие, кручение и изгиб. Значительно реже проводят испытания на сложное сопротивление, например на сочетание растяжения и кручения.

Целью испытания на растяжение является определение механических характеристик материала. При испытании автоматически записывается диаграмма зависимости между растягивающей образец силой и удлинением образца (рис.12). Эту диаграмму называютусловной диаграммой растяжения(или диаграммой условных напряжений), так как напряжения и относительные удлинения вычисляются соответственно по отношению к первоначальной площади сечения и первоначальной длине образца.

Рисунок 12 – Диаграмма растяжения

Как видно, вначале на участке ОА до некоторого напряжения , называемого пределом пропорциональности, деформации растут пропорционально напряжениям. Следовательно, до предела пропорциональности сохраняет силу закон Гука. Для стали Ст3 предел пропорциональности =210МПа. При дальнейшем увеличении нагрузки диаграмма становится криволинейной.

Однако если напряжения не превосходят определенного значенияпредела упругости , то материал сохраняет свои упругие свойства, т. е. при разгрузке образец восстанавливает свою первоначальную форму и размеры.

Для стали СтЗ предел упругости = 220 МПа. Разница между пределом пропорциональности и пределом упругости невелика, и на практике обычно не делают различия между ними.

Если нагрузку увеличивать еще дальше, то наступает такой момент (точка С), когда деформации начинают расти практически без увеличения нагрузки.

Горизонтальный участок СД диаграммы называется площадкой текучести.

Напряжение, при котором происходит рост деформаций без увеличения нагрузки, называется физическим пределом текучести и обозначается .

Для стали СтЗ предел текучести = 230 МПа.

Ряд материалов при растяжении дает диаграмму без выраженной площадки текучести: для них устанавливается так называемыйусловный предел текучести.

Напряжение, при котором остаточная деформация равна 0, 2%, называется условным пределом текучести.

Условный предел текучести обозначается . К материалам, для которых определяется условный предел текучести, относятся дюралюминий, бронза, высокоуглеродистые и легированные стали (например, для стали 37ХНЗА = 1000 МПа).

Как показывают исследования образцов стали, текучесть сопровождается значительными взаимными сдвигами кристаллов, в результате чего на поверхности образца появляются линии (так называемые линииЛюдерса — Чернова), наклоненные к оси образца под углом примерно 45° (рис.13, а).

а б

Рисунок 13 – Образцы сталей после испытаний на растяжение

Удлинившись на некоторую величину при постоянном значении силы, т. е. претерпев состояние текучести, материал снова приобретает способность сопротивляться растяжению (упрочняется) и диаграмма за точкой Д поднимается вверх, хотя гораздо более полого, чем раньше (см. рис. 12).

Точка Е диаграммы соответствует наибольшему условному напряжению, называемомупределом прочности иливременным сопротивлением. Для стали Ст3 предел прочности составляет =380МПа. У высокопрочных сталей величина предела прочности достигает 1700 МПа (Сталь 40ХМНА).

При достижении напряжением величины предела прочности на образце появляется резкое местное сужение, так называемая шейка (рис. 13, б). Площадь сечения образца в шейке быстро уменьшается и, как следствие, падает усилие и условное напряжение. Разрыв образца происходит по наименьшему сечению шейки.

Кроме перечисленных выше характеристик прочности материала при испытании на растяжение определяют также относительное остаточное удлинение при разрыве , являющееся важной характеристикой пластичности материала:

, (17)

где — первоначальная расчетная длина образца;

— расчетная длина образца после разрыва. Она измеряется после стыковки двух частей разорванного образца.

Для стали Ст 3 > 21%. У высокопрочных сталей эта величина снижается до 7—10%. Величина , зависит от соотношения между длиной образца и его поперечными размерами. Поэтому в справочниках указывается, на каком образце определялась величина . Например, обозначает, что удлинение было определено на пятикратном образце, т. е. образце, у которого отношение расчетной длины к диаметру равно пяти.

Определенное таким путем удлинение является некоторым средним удлинением, так как деформации распределяются по длине образца неравномерно. Наибольшее удлинение возникает в месте разрыва. Оно называется истинным удлинением при разрыве:

Второй характеристикой пластичности материала является относительное остаточное сужение при разрыве

, (18)

где — первоначальная площадь поперечного сечения;

— площадь поперечного сечения в наиболее тонком месте шейки после разрыва.

Величина характеризует свойства пластичности более точно, чем , поскольку она в меньшей степени зависит от формы образца. Для стали Ст3 значение составляет 50—60%.

Как было отмечено выше, диаграммы растяжения для многих марок стали, а также сплавов цветных металлов не имеют площадки текучести.

Рассмотренная диаграмма растяжения (см. рис. 12) является характерной для так называемых пластичных материалов, т. е. материалов, способных получать значительные остаточные деформации , не разрушаясь.

Чем пластичнее материал, тем больше . К числу весьма пластичных материалов относятся медь, алюминий, латунь, малоуглеродистая сталь и др.

Менее пластичными являются дюраль и бронза, а слабопластичными материалами — большинство легированных сталей.

Материалы относят к пластичным при ; ; , где - ударная вязкость, которая характеризует пластичность.

Противоположным свойству пластичности является хрупкость, т. е. способность материала разрушаться при незначительных остаточных деформациях. Для таких материалов величина остаточного удлинения при разрыве не превышает 2—5%, в ряде случаев измеряется долями процента. Если ; ; , материал относят к хрупким. К хрупким материалам относятся чугун, высокоуглеродистая инструментальная сталь, камень, бетон, стекло, стеклопластики и др. Следует отметить, что деление материалов на пластичные и хрупкие является условным, так как в зависимости от условий испытания (скорость нагружения, температура) и вида напряженного состояния хрупкие материалы способны вести себя как пластичные, а пластичные — как хрупкие.

Например, чугунный образец в условиях всестороннего сжатия ведет себя как пластичный материал, т. е. не разрушается даже при значительных деформациях. И, наоборот, стальной образец с выточкой разрушится при сравнительно небольшой деформации.

Таким образом, правильнее говорить о пластичном и хрупком состояниях материала.

Предел выносливости - наибольшее напряжение, при котором образец выдерживает заданное число циклов перемены напряжений без разрушения.

Модуль продольной упругости при растяжении и при сдвиге - это отношение напряжения к соответствующей ему деформации образца в границах справедливости закона Гука.

Коэффициент Пуассона - отношение относительной поперечной деформации образца к относительной продольной деформации.

Твердость по Бринеллю (ДСТУ 9012-59), по Роквеллу (ДСТУ 9013-59), по Виккерсу (ГОСТ 2999‑ 75) - это условная величина, которая измеряется соответствующими приборами (твердомерами) и характеризует сопротивление внедрению в поверхность материала стандартного индентора: стального шара, вершин алмазных конуса и пирамиды. Твердость резины определяется в единицах Международной системы по ГОСТ 20403-75, в относительных единицах TIP (ТМ-2) или по Шору (ГОСТ 263-75). Чем больше твердость, тем выше статическая прочность материала.

Способность материала поглощать и передавать тепло характеризуется удельной теплоемкостью , , и коэффициентом теплопроводности . Эти характеристики необходимы при расчетах, связанных с тепловыделением и теплостойкостью материалов, механизмов и машин в целом.

Характеристикой смазочных материалов является вязкость – способность жидкости сопротивляться относительному сдвигу ее слоев под нагрузкой. Различают динамическую и кинематическую вязкость. Единица динамической вязкости в Международной системе (ISO) , представляет собой сопротивление (контактные напряжения) относительному перемещению двух слоев жидкости площадью , которые находятся один относительно другого на расстоянии и двигаются с относительной скоростью . Обычно, как правило, используются единицы в системе СГС – пуаз (сантипуаз), при этом . Отношение динамической вязкости жидкости к ее плотности называется кинематической вязкостью . Единица вязкости, 1, характеризует кинематическую вязкость жидкости плотностью , которая имеет динамическую вязкость . В системе СГС единица кинематической вязкости - 1 или стокс (сантистокс), при этом . С увеличением температуры вязкость снижается, с увеличением давления – увеличивается.

Сопротивление пластичных смазочных материалов называется прочностью и характеризуется пределом прочности , МПа (ГОСТ 7143-73). Показатель мягкости (ГОСТ 5346-78) определяется на приборе величиной внедрения в смазочный материал стандартного конуса за 5с.

 

9 Основные понятия и определения изобретательской деятельности и патентоведения

 

Промышленная собственность - совокупность объектов изобретательского и патентного права, охваченных Парижской конвенцией [16].

К объектам промышленной собственности относятся:

· изобретения (полезные модели);

· промышленные образцы;

· товарные знаки, знаки обслуживания (для товаров и услуг);

· рационализаторские предложения.

Заявляются и получают правовую охрану в Украине (с выдачей документа Госпатентом Украины) в форме патентов изобретения (полезные модели) и промышленные образцы, а в форме свидетельства - товарные знаки и знаки обслуживания.

Рационализаторские предложения получают правовую охрану в форме удостоверения на предприятии, которое признало предложение рационализаторским.

Авторское право - часть гражданского права, которая определяет права и обязанности, возникающие в связи с созданием и использованием (изданием, исполнением, показом и т. д.) произведений литературы, науки и искусства. Право на объекты промышленной собственности охраняются государством.

Изобретение (полезная модель) - результат творческой деятельности человека в любой области технологии.

Патент - выдаваемое компетентным государственным органом свидетельство (охранная грамота), удостоверяющее признание технического или селекционного достижения изобретением, приоритет (первенство изобретения, авторство (не во всех странах) и исключительное (монопольное) право патентообладателя в пределах территории государства, выдавшего патент в течение срока, установленного законодательством данного государства.

Заявка - совокупность документов, необходимых для выдачи патента. Международная заявка - заявка, поданная согласно договору о патентной кооперации (РСТ).

Рационализаторское предложение - техническое решение, являющееся новым и полезным для предприятия, организации или учреждения, которому оно подано, и предусматривающее изменение конструкций изделий, технологии производства и применяемой техники или изменение состава материала. В бывшем СССР и ряде стран СЭВ на изобретение выдавалось авторское свидетельство.

Технический уровень изделий повышается благодаря внедрению изобретений. Технический уровень – это совокупность технических свойств – параметров, которые определяют совокупную ценность изделия.

Перечень ссылок

 

1 Павлище В.Т. Основи конструювання та розрахунок деталей машин. – К.: Вища школа, 1993. – 556 с.

2 Решетов Д.Н. Детали машин. – М.: Машиностроение, 1989. – 496 с.

3 Иванов М.Н. Детали машин.- М.: Высшая школа, 1991. – 526 с.

4 Заблонский К.И. Детали машин. – Одеса: Астропринт, 1999.- 404 с.

5 Таленс Л.Ф. Работа конструктора. – М.: Машиностроение, 1987. – 220 с.

6 Борисов В.И. Общая методология конструирования машин. – М.: Машиностроение, 1978. – 348 с.

7 Орлов П.И. Основы конструирования: Справочно – метод. пособие: В 2 кн. / Под ред. П. Н. Учаева. – М.: Машиностроение, 1988.

8 Анурьев В.И. Справочник конструктора – машиностроителя: В 3 т. – М.: Машиностроение, 1982.

9 Моисеева Н. К. Выбор технических решений при создании новых изделий.- М.: Машиностроение, 1980. – 180 с.

10 Половинкин А.И. Основы инженерного творчества. – М.: Машиностроение, 1988. – 368 с.

11 Ловейкін В.С., Назаренко І.І., Онищенко О.Г. Теорія технічних систем: Навч. посібник. – Київ: ІЗМН; Полтава: ПВТУ, 1998. – 175 с.

12 Джонс Дж. К. Методы проектирования: Пер. с англ. – М.: Мир, 1986. – 325 с.

13 Коренков И.П. Введение в автоматизированное проектирование технических устройств и систем. – М.: Высш. школа, 1985. – 235 с.

14 Кузнецов Ю.Н. Методы создания технических систем. – К.: ЗМОК, 1998. – 80 с.

15 Дабагян А.В. Проектирование технических систем. – М.: Машиностроение, 1986. – 256 с.

16 Прахов Б.Г., Зенкин Н.М. Изобретательство и патентоведение. – К.: Техника, 1988. – 253 с.

17 Чернин И.Н., Кузьмин А.В., Ицкович Г.М. Расчеты деталей машин. –Минск.: Вышейш. школа, 1978. – 593 с.

18 Мархель И.И. Детали машин.-М.: Машиностроение, 1986.-446с.

19 Романов М.Я. и др. Сборник задач по деталям машин. - М.: Машиностроение, 1984. – 240 с.

20 Иоселевич Г.Б. Детали машин. – М.: Машиностроение, 1988. – 368 с.

КОНСПЕКТ ЛЕКЦИЙ

«Технология проектирования»

для студентов всех специальностей

 

 

Составитель Сергей Григорьевич Карнаух

Редактор Нелли Александровна Хахина

 

108/2002 Подп. в печ.________ Формат .

Офсетная печать. Усл. печ. л. 4, 8 Уч. изд. л. 3, 0

Тираж _____экз. № заказа______

ДГМА. 84313, г. Краматорск, ул. Шкадинова, 72

⇐ Предыдущая234567891011

Поделиться: