Определение механических свойств стали при растяжении.

Точки диаграммы (см. рисунок 4.2) p, c, s, b характеризуют соответственно предел пропорциональности, упругости, текучести и прочности стали. До точки Р деформация образца пропорциональна нагрузке.

Напряжение, соответствующее предельной упругой деформации (в точке Р ) , называют пределом пропорциональности

, (1)

где Р_ПЦ – приложенная нагрузка, Н;

F₀ – начальная площадь поперечного сечения образца, м².

Предел упругости определяется как напряжение, при котором остаточная деформация достигает 0,05% (или выше) первоначальной длины образца

, (2)

Напряжение, при котором образец деформируется без увеличения растягивающей нагрузки, называется пределом текучести

, (3)

Напряжение , вызывающее остаточную деформацию, равную 0,2%, принято называть условным пределом текучести

= , (4)

Напряжение, отвечающее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца, называют временным сопротивлением, или пределом прочности

, (5)

При испытании на растяжение определяют характеристики пластичности. К ним относятся коэффициенты относительного удлинения , и относительного сужения .

Коэффициент относительного удлинения представляет отношение прироста длины образца после растяжения к первоначальной длине

(6)

где l_k – длина образца после разрушения;

l₀ – первоначальная длина образца.

Относительное сужение представляет отношение уменьшения площади поперечного сечения образца к первоначальной площади поперечного сечения

(7)

где F ₀ - первоначальная площадь поперечного сечения образца;

F_к- площадь поперечного сечения образца после разрушения.

Вопросы для самоконтроля.

1. Что такое стандартный образец стали?

2. Назначение испытательной машины.

3. Как получают диаграмму растяжения малоуглеродистой стали?

4. Что такое предел пропорциональности?

6. Что такое предел упругости?

7. Что такое предел текучести?

8. Что такое условный предел текучести?

9. Как определяют временные сопротивления или предел прочности?

10. Охарактеризуйте пластические свойства металла и их определение.

Занятие 5. Лабораторная работа №2: «Определение твердости методом Бринелля».

Цель работы: овладение методикой определения твердости сплавов методом Бринелля.

Материальное оснащение: для проведения работы необходимо иметь: твердомер Бринелля, отсчетный микроскоп, образцы из чугуна, стали, цветных металлов и их сплавов.

Твердость сплавов

Твердостью называют свойство материала оказывать сопротивление пластической деформации при контактном воздействии в поверхностном слое.

Метод Бринелля

При измерении твердости методом Бринелля стальной закаленный шарик вдавливают в образец под нагрузкой (рис. 5.1).

Р – приложенная нагрузка, Н;

D – диаметр стального шарика, м;

d – диаметр отпечатка, м.

Рисунок 5.1 – Схема испытания на твердость по методу Бринелля

Число твердости по Бринеллю (НВ) определяют как отношение приложенной нагрузки к площади отпечатка:

НВ = P\F, (8)

Площадь отпечатка определяют по формуле:

F= , (9)

Тогда формула для вычисления числа твердости по Бринеллю примет вид

HB = МПА. (10)

Число твердости по Бринеллю можно использовать для приближенного определения предела прочности металлов и сплавов по формуле

=k* HB, (11)

где k – коэффициент, определяемый опытным путем.

Значение коэффициента k для кованных и катанных углеродистых сталей составляет 0,36. Для легированных сталей k=0,33-0,35.

Подготовка образца к испытанию

Перед испытанием поверхность образца зачищают шлифовальным кругом или напильником. Толщина испытуемого образца должна быть не менее 10-кратной глубины отпечатка.

Условие испытания

Диаметр необходимого для испытания закаленного шарика (2,5; 5 или 10мм), нагрузку (156-30000Н) и длительность выдержки (10-60с) под нагрузкой выбирают в зависимости от материала и толщины образца по таблице 1.

Метод Бринелля не может быть применен для испытания образцов толщиной менее 2мм и твердостью НВ 4500 МПа.

Проведение испытания образца

Образец устанавливают на столик твердомера ТШ-2 и вращая маховик по часовой стрелке поднимают до упора. Нажатием кнопки включают электродвигатель. Стальной шарик внедряется в образец под действием груза. После соответствующей выдержки под определенной нагрузкой вал электродвигателя начинает вращаться в обратном направлении, приводя груз в исходное положение. После автоматического отключения электродвигателя плавно опускают столик прибора, вращая маховик против часовой стрелки. Расстояние от центра отпечатка до краев образца должно быта не менее 2,5d. Расстояние между центрами двух соседних отпечатков должно быть не менее 4d.

Таблица 1 – Зависимость диаметра шарика и нагрузки от материала и толщины образца

Измерение диаметра отпечатка

Снимают испытуемый образец со столика прибора и замеряют диаметр полученного отпечатка при помощи отсчетного микроскопа в двух взаимно перпендикулярных направлениях и вычисляется как среднеарифметическое из двух измерений.

Определение твердости образца

Число твердости образца рассчитывают по выше приведенной формуле (10) или пользуются специальной таблицей, на которой указаны числа твердости в зависимости от диаметра отпечатка.

Вопросы для самоконтроля.

1. Что такое твердость?

2. Сущность метода Бринелля?

3. Напишите формулу для определения твердости по методу Бринелля.

4. Основные требования к испытуемому образцу.

5. Зависимость диаметра шарика от нагрузки.

6. Зависимость диаметра шарика от твердости металла и толщины образца.

7. Измерение диаметра отпечатка.

8. Определение твердости образца.

9. Обозначение твердости металла по Бринеллю.

10. Преимущества и недостатки метода Бринелля.

Занятие 6. Лабораторная работа №3: « Определение твёрдости методом Роквелла»

Цель работы:овладение методикой определения твердости сплавов методом Роквелла.

Материальное оснащение:для проведения работы необходимо иметь: твердомер Роквелла, образцы из углеродистой стали с различным содержанием углерода (мало-, средне-, высокоуглеродистая) и образцы цветных металлов и их сплавов.

Метод Роквелла

При измерении твердости методом Роквелла (ГОСТ 9013-59) наконечник (стальной или алмазный) вдавливают в образец под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок (рисунок 6.1) предварительной и общей:

P=P₀+P_1, (12)

где Р – общая нагрузка, Н;

Р₀ – предварительная нагрузка, равная 100Н (10 кгс);

Р₁ – основная нагрузка, Н.

Рисунок 6.1 - Схема испытания на твердость по методу Роквелла

Число твердости по Роквеллу отсчитывается по шкале циферблата прибора.