Лабораторна робота №12. Тема: Металеві матеріали та вироби

Мета. Вивчити методи визначення механічних властивостей сталі.

Студент повинен знати: Класифікацію металів; основи виробництва чавуну і сталі; марки сталі; властивості сталі; область викори­стання в будівництві; види корозії металів і способи захисту від неї.

Матеріально-технічне забезпечений робочо­го місця: Розривна машина, штангенциркуль, стан­дартні зразки сталі, прес Брінелля, вимір­ний мікроскоп, кульки діаметром 5 і 10 мм, маятниковий копер.

Зміст і послідовність виконання завдання:

1. Випробування будівельної сталі на розтяг.

2. Визначення марки сталі по таблицям згідно даних досліду на розтяг.

3. Визначення твердості сталі.

4. Визначення в’язкості сталі під час досліду на ударний згин.

Методичні вказівки з виконання та оформлення лабораторної роботи.

1. Випробування будівельної сталі на розтяг.

Визначення міцності при розтягу (ГОСТ 1497) проводиться на стандартних зразках, виготовлених з випробовуваного металу (зазвичай це круглі стрижні, які мають на кінцях розширення для захвату (рис.1). Зразки круглого перерізу мають розрахункову довжину, яку визначають залежно від діаметра: L₀=10d₁ (довгі зразки) та L₀=5d₁ (короткі зразки).

Рис. 1. Зразок матеріалу для визначення міцності при розтягу:

а – натуральний вигляд; б – схематичне зображення.

Це випробування виконують за допомогою розривних машин, обладнаних пристроєм для викреслювання кривої залежності між навантаженням і видовжен­ням зразка. Результати статичних випробувань відображають діаграмою розтягу (рис. 2), за допомогою якої визначають основні характеристики металу: грани­цю пружності, границю текучості, границю міцності.

Рис. 2. Діаграма розтягу металу

Границя пружності, МПа, визначається за формулою:

,

де: Р_l - навантаження (в Н), при якому з'являються ознаки залишкової деформації;

F₀ - площа поперечного перерізу зразка (в мм²) до випробування.

Коли далі прикладати навантаження, то зразок сталі видовжується без збільшення зусиль, або, як кажуть, сталь «тече». Ця друга стадія називається ста­дією текучості, а напруження, при якому метал починає текти, границею теку­чості.

Ця стадія напруження характеризується видовженням зразка без помітного росту навантаження.

Звідси границею текучості σ_тк називається напруження, при якому дефор­мація зразка зростає при незначних змінах діючої сили. Границю текучості, МПа, визначають за формулою:

,

де Р_ТК - навантаження, при якому фіксується текучість.

При подальшому зростанні навантаження зусилля досягає найбільшого зна­чення, при якому має місце розрив зразка.

Напруження при розтягуванні, що відповідає найбільшому навантаженню перед руйнуванням зразка, називається границею міцності, і визначається за фор­мулою, МПа:

де - Р_м - найбільше навантаження, що призводить до руйнуванню зразка, Н; F₀ - площа поперечного перерізу зразка, мм².

Циліндричний зразок при вищенаведених випробуваннях, зберігаючи свою форму, розтягується рівномірно по всій довжині до моменту досягнення границі міцності, після чого звужується, утворюючи іноді шийку.

Отже, за діаграмою розтягу можна визначити як міцність металу (σ_пр, σ_т, σ_м), так і його пластичність.

Пластичність матеріалу характеризується відносним видовженням δ і віднос­ним звуженням поперечного перерізу φ. Відносним видовженням називається від­ношення приросту довжини зразка після розриву до початкової його довжини (у процентах):

,

де l₁ — довжина зразка після розриву, мм; l₀ - початкова довжина, мм.

Відносним звуженням поперечного перерізу називається відношення змен­шення площі поперечного перерізу шийки зразка після його розриву до початко­вої площі поперечного перерізу, виражене в процентах:

.

2. Визначення марки сталі по таблиці згідно даним досліду на розтяг.

3. Визначення твердості сталі.

Випробовування на твердість. Під твердістю металу розуміють його власти­вість чинити опір проникненню в нього стороннього твердішого тіла.

Випробування металу на твердість є побічним показником його міцності і в польових умовах може бути виконане наближеним способом без виготовлення зразків.

Твердість металу визначають методами Брінелля або Роквелла.

Суть випробування першим методом полягає на вдавлюванні сталевої куль­ки діаметром (d=5,0 або 10 мм) у поверхню металу під певним статичним тис­ком, аж поки вдавлювання не припиняється.

Число твердості НВ визначається за формулою:

,

де Р — тиск, Н; F — поверхня відбитка, мм²; D - діаметр кульки, мм; d — діаметр відбитка, мм.

Твердість за Брінеллем зазвичай визначають у МПа, але записують без наве­дення одиниць, 350 НВ. Значення твердості за Брінеллем можна використовува­ти для приблизної оцінки границі міцності матеріалу за формулою σв=0,35 НВ.

Твердість за Роквеллом визначають вдавлюванням сталевої кульки діамет­ром 1,58 мм або алмазного конуса з кутом при вершині 120°. Алмазний конус ви­користовують при дослідженні твердих металів, а кульку — для м'яких.

Число твердості за Роквеллом позначають НR, добавляючи назву шка­ли, яка визначає умови випробування: НRА - конус, навантаження (588 Н); НRВ — кулька, навантаження (1470Н) і подають в умовних одиницях, на­приклад, 42 НRА, 95 НRВ.

4. Визначення в’язкості сталі при випробуванні на удар.

Випробування на ударний згин. Основна мета випробування металу на удар­ний згин полягає в тому, щоб встановити ступінь його крихкості при динамічній роботі. Для цього визначають показник ударної в'язкості (рис.3). Іноді випро­бування зразків на удар проводять при низьких температурах, тобто при перехо­ді металу в крихкий стан.

Величина ударної в'язкості металу змінюється залежно від місця, звідки взято зразок. Як правило, із збільшенням відносного видовження збільшується й ударна в'язкість. Але маловуглецеві сталі при крупнозернистій структурі, незва­жаючи на високу пластичність, мають низьку в'язкість.

Рис.3. Випробування металу на ударну в'язкість: а — схема

маятникового копра; б — зразок металу

Ударні випробування проводять на маятникових копрах, випробовуючи зразки металу стандартної форми з надрізом посередині.

При ударних випробуваннях визначають ударну в'язкість, тобто кількість роботи А_к, яка затрачується для руйнування зразка; та питому ударну в'язкість — кількість роботи а_к, яка затрачується на руйнування зразка, віднесену до одини­ці поперечного перерізу зразка в місці надрізу:

(МПа),

де F — площа поперечного перерізу зразка в місці надрізу.

Поиск по сайту: