Поможем в ✍️ написании учебной работы

Имя

Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой

Выберите тип работыЧасть дипломаДипломная работаКурсовая работаКонтрольная работаРешение задачРефератНаучно - исследовательская работаОтчет по практикеОтветы на билетыТест/экзамен onlineМонографияЭссеДокладКомпьютерный набор текстаКомпьютерный чертежРецензияПереводРепетиторБизнес-планКонспектыПроверка качестваЭкзамен на сайтеАспирантский рефератМагистерская работаНаучная статьяНаучный трудТехническая редакция текстаЧертеж от рукиДиаграммы, таблицыПрезентация к защитеТезисный планРечь к дипломуДоработка заказа клиентаОтзыв на дипломПубликация статьи в ВАКПубликация статьи в ScopusДипломная работа MBAПовышение оригинальностиКопирайтингДругое

Нажимая кнопку "Продолжить", я принимаю политику конфиденциальности

Прочность материала, его твердость,упругость, пластичность, ударная вязкость, выносливость относятся к механическим свойствам. Они являются основными свойствами конструкционных материалов и определяются по результатам испытаний.

Упругость, прочность и пластичность определяются при статических испытаниях на растяжение. Пример диаграммы такого испытания приводится на рисунке 1. Здесь по оси абсцисс откладывается продольная относительная деформация образца:

;

по оси ординат откладывается нормальное напряжение в поперечном сечении образца

,МПа.

В формулах использованы следующие обозначения: l ₀– длина ненагруженного измеряемого участка (начальная длина образца), мм; l – его длина при действии нагрузки, мм; P – нагрузка, Н; F ₀ – площадь поперечного сечения ненагруженного образца (начальная площадь), мм².

Упругость – способность материала возвращаться к первоначальной форме после прекращения действия сил. Упругость характеризуется модулем упругости при растяжении (модулем жесткости) – свойство материала, характеризующее его жесткость

, МПА.

Прочность – способность материала сопротивляться разрушению или появлению остаточных деформаций под действием внешних сил. Прочность материала определяют параметры:

- предел пропорциональности – наибольшее напряжение, до которого сохраняется прямая пропорциональность между напряжением и деформацией

, МПа;

- предел текучести – напряжение, при котором рост деформации происходит без заметного увеличения нагрузки

, МПа;

Если площадка текучести по диаграмме растяжения данного материала отсутствует, то определяется условный предел текучести s _0,2 – напряжение, вызывающее пластическую деформацию, равную 0,2%. Если масштаб диаграммы не позволяет определить напряжение, соответствующее деформации 0,2%, тогда установим пределы, в которых заключена искомая величина: s _пц < s _0,2 < s _1,0, где s _1,0 – напряжение, которому соответствует, остаточная деформация, равная 1,0% (смотри рисунок 1). Можно определить величину s _0,2,полагая, что кривую на участке от s _пцдоs _1,0 можно заменить отрезком прямой. При этом предположении приблизительное значение условного предела текучести можно получить при помощи формулы:

.

- предел прочности (временное сопротивление разрушению) – напряжение, которое равно отношению наибольшей нагрузки, предшествующей разрушению образца, к первоначальной площади его сечения

, МПа.

Предел прочности является обязательной характеристикой в стандартах классификации марок материалов.

 

Рисунок 1 –Определениеs _пц , s _в , s _1,0

Пластичность – свойство материала изменять свои размеры и форму под действием внешних сил, не разрушаясь при этом. Показатели пластичности:

- относительное удлинение рассчитывается как отношение прироста длины образца после разрыва к его первоначальной расчетной длине, выраженное в процентах

,

где l ₁ – длина образца после разрыва, мм.

- относительное сужение определяется отношением уменьшения площади поперечного сечения образца после разрыва к первоначальной площади его поперечного сечения, выраженным в процентах

,

где F ₁ – площадь поперечного сечения образца в месте разрушения, мм².

Твердость – способность материала сопротивляться поверхностной деформации под действием более твердого тела. Твердость определяют путем статического вдавливания в испытуемый материал стандартного тела. Существуют различные способы испытания на твердость. Наиболее распространенными из них являются (рисунок 2):

- твердость по БринеллюНВ. Испытания проводят с помощью стального закаленного шарика стандартного диаметра. Значение твердости вычисляют по формуле

, кгс/мм²

где P – прилагаемая нагрузка, кгс, D и d – диаметры шарика и отпечатка, мм.

По твердости, измеренной этим методом, можно судить о прочности при растяжении, так как между твердостью и прочностью существует следующая зависимость: для стали s _в » (0,34 … 0,36) × НВ, для алюминиевых сплавов s _в » 0,362 × НВ, для медных сплавов s _в » 0,55 × НВ.

- твердость по Роквеллу. Измерение осуществляют путем вдавливания в испытуемый материал стального шарика (HRB) или алмазного конуса (HRC). При испытании очень твердых материалов твердость обозначают HR А. Значение твердости в единицах HRCпримерно в 10 раз меньше, чем в единицах НВ, т.е. твердость 30 HRCпримерно соответствует 300НВ. Между значениями твердости HRC и HR А имеется следующая зависимость:HRC = 2 ´ HR А – 104.

 

Рисунок 2 – Методы определения твердости

 

- твердость по Виккерсу HV. В этом случае для определения твердости применяют четырехгранную алмазную пирамиду с углом между противоположными гранями, равным 136°. Значения твердости по Виккерсу и Бринеллю практически равны.

Вязкость – способность материала поглощать механическую энергию внешних сил за счет пластической деформации. Ударнаявязкость – способность материала сопротивляться разрушению под действием динамической нагрузки

, ,

где U ( V ) – форма надреза в образце; A – работа, затраченная на разрушение, кг×м; F – площадь поперечного сечения образца в месте надреза, см² (рисунок 3, в формулу необходимо подставить площадь заштрихованного участка).

Рисунок 3 - Схема действия копра при разрушении образца

 

Выносливость – свойство металла сопротивляться усталости. Усталость – это процесс постепенного накопления повреждения металла под действием повторно-переменных напряжения, приводящих к образованию трещин и разрушению. Предел выносливости s _-1 – это наибольшее напряжение, которое выдерживает материал без разрушения при бесконечно большом числе циклов нагружения. Для определения предела выносливости стали можно воспользоваться зависимостью s _-1 » 0,43 s _в .

Испытание на выносливость (усталость) чаще всего осуществляют на вращающемся образце с приложенной постоянной изгибающей нагрузкой.

Задание на работу № 1.

Задача 1(по вариантам). Определить основные свойства стали: модуль упругости Е; относительное удлинение d; относительное сужение y; параметры прочностных свойств материала (пределы пропорциональности s _пц, текучести s _0,2, прочности s _в) по заданной диаграмме (рисунок 4); твердость НВ; предел выносливости s _-1.

 

Исходные данные:

№ варианта	l 0 , мм	F 0 , мм2	P , Н	D l × 103, мм	F 1 , мм2	l 1 , мм	№ диаграммы
1	125	490	3090	3,7	392	150	I
2	100	320	1680	2,5	272	130	II
3	80	180	810	2,0	135	104	III
4	75	80	530	2,6	57	84	IV
5	50	50	360	1,7	35	56	V
6	40	30	190	1,6	24	50	VI
7	30	20	160	1,2	18	39	VII
8	25	12	82	1,0	10	35	VIII
9	20	10	72	0,6	7,5	24	IX
10	15	8	24	0,5	6,2	18	X
11	80	180	810	2,0	135	104	II
12	50	50	360	1,7	35	56	III
13	25	12	82	1,0	10	35	VI
14	15	8	24	0,5	6,2	18	VIII
15	125	490	3090	3,7	392	150	X
16	120	450	3000	3,5	352	145	I
17	110	350	1880	3,1	302	135	IV
18	95	220	1120	2,4	172	125	V
19	70	75	510	1,9	52	79	VII
20	65	70	430	1,8	47	74	IX
21	45	50	275	1,6	44	55	I
22	85	200	910	2,1	155	109	II
23	35	25	175	1,3	23	45	III
24	115	315	1980	3,3	267	140	IV
25	105	300	1780	3,0	252	135	V
26	60	60	400	1,8	45	66	VI
27	55	45	380	1,7	30	61	VII
28	110	320	1885	3,1	272	139	VIII
29	70	80	550	1,9	57	78	IX
30	90	300	1580	2,3	255	120	X
31	125	490	3090	3,7	392	150	I
32	100	320	1680	2,5	272	130	II
33	80	180	810	2,0	135	104	III
34	75	80	530	2,6	57	84	IV
35	50	50	360	1,7	35	56	V
36	40	30	190	1,6	24	50	VI
37	30	20	160	1,2	18	39	VII
38	25	12	82	1,0	10	35	VIII

 

Рисунок 4 – Условные диаграммы растяжения материалов

(диаграммы I, IV, V, VII, VIII, IX – имеют выраженную площадку текучести, а у диаграмм II, III, VI, X – площадка текучести отсутствует)

Задача 2. Для разрушения на маятниковом копре стандартного образца стали сечением 1,0 ´ 1,0 см и длиной 5,5 см была затрачена работа А = 12,21кг × м. Удар произведен по надрезу в образце, глубина которого 0,2 см. Определить ударную вязкость стали.

 

Задача 3. Образец углеродистой стали испытывался на твердость на прессе Бринелля шариком D = 10 мм под нагрузкой Р = 3000 кгс. Получены три отпечатка с диаметрами 5,09 мм ; 5,15 мм; 5,12 мм. Определить средние значения твердости и предела прочности.

 

Задача 4. На сколько удлинится стержень длиной 4 м из стали с пределом текучести s _0,2 = 285 МПа, если внутреннее напряжение s ( s = P / F ₀ ) составит 0,62 от предела текучести.

При решении задачи необходимо воспользоваться формулой для определения модуля упругости. Значение модуля упругости принять из 1 задачи.

Задача 5. Растянутый элемент металлической балки в форме швеллера № 30 (F = 40,5 см²) изготовлен из стали Ст3. При какой нагрузке в данном элементе конструкции появятся остаточные деформации.

Пример решения задачи 1.

Определить основные свойства материалов: модуль упругости Е; относительное удлинение d; относительное сужение y; параметры прочностных свойств материала (пределы пропорциональности s _пц, текучести s _т ( s _0,2 ), прочности s _в) по заданной диаграмме; твердость НВ, предел выносливости s _-1.

Исходные данные:

l 0 , мм	F 0 , мм2	P , Н	D l × 103, мм	F 1 , мм2	l 1 , мм	№ диаграммы
70	85	520	2,4	67	78	рисунок 1

Решение:

1. Определение модуля упругости:

.

2. Определение показателей пластичности:

- относительное удлинение ;

- относительное сужение .

3. Определение параметров прочности по диаграмме (см. рис. 1)

- предел пропорциональности характеризует конец прямолинейного участка диаграммы: s _пц = 270 МПа, т.к. до этой точки график прямолинеен, далее он искривляется.

- поскольку на диаграмме нет явно выраженной площадки текучести, то определяем условный предел текучести s _0,2. Для этого определим напряжение, соответствующее 1,0% деформации s _1,0 =350 МПа, т.е.

270 < s _0,2 < 350,

.

(Если диаграмма имеет площадку текучести, то необходимо определить предел текучести s _0,2 , значение которого соответствует горизонтальному прямолинейному участку диаграммы (площадке текучести).)

- прослеживая характер кривой при возрастании нагрузки, доходим до точки экстремума (наивысшая точка диаграммы), которая и характеризует предел прочности (временного сопротивления) – s _в = 460 МПа..

4. Определение твердости: s _в = (0,34 … 0,36)НВ;

s _в = 0,35 × НВ Þ НВ = s _в /0,35 = 460 /0,35 = 1314 МПа.=131,4 кгс/мм².

5. Определение предела выносливости: s _-1 =0,43 s _в =0,43 × 460 =197,8МПа.

Ответ. Е = 178,4 × 10³ МПа; d = 11,4%; y = 21,2%; s _пц = 270 МПа;    s _0,2 = 286 МПа; s _в = 460 МПа; НВ = 131,4 кгс/мм², s _-1 = 197,8 МПа.

Справочные данные: 1 кгс/мм² = 10 МПа.

 

 

Работа №2.

Железоуглеродистые сплавы.