Тема: Строение, свойства и методы исследования металлов и сплавов
Практическая работа №2
Задание: определение механических характеристик по результатам испытаний на растяжение и ударный изгиб образцов из цветных сплавов инструментальных сталей.
Данные:
Сплав - АД31;
Состояние - Закаленное и искусственно состаренное;
Вид полуфабриката – Профиль.
Размеры образца:
b0=15 мм; a0=3,66 мм; P0,2=12050 Н; Pmax=13800 Н; l0=40 мм; lk=46 мм.
Результаты испытаний на ударный изгиб образцов из легированных сталей:
Марка стали: 3Х3М3Ф;
Ширина сечения: B1=1,0 см, B2=1,0 см;
Высота сечения: H1=0,8 см, H2=0,8 см;
Работа удара: К1= 15,0 Дж, К2= 20,0 Дж.
Ход работы
1. Испытание на растяжение.
Испытание на растяжение материалов проводят в соответствии с ГОСТ 1497-84 «Методы испытаний на растяжение».
Для испытаний применяют плоские и цилиндрические образцы, вырезанные из детали или специально изготовленные. Размеры образцов регламентированы указанным стандартом, они подчиняются геометрическому подобию и могут быть короткими и длинными. Для цилиндрического образца берется соотношение начальной рабочей длины l0 и исходного диаметра d0: l0 = 5d0 – короткий образец, l0 = 10d0 – длинный образец. Для плоского образца берется соотношение рабочей длины l0 и площади поперечного сечения F0:
– короткий образец, 
– длинный образец. Цилиндрические образцы изготавливаются диаметром 3 мм и более. Образцы состоят из рабочей части длиной l0 и головок, форма и размер которых соответствуют захватам машины (рис. 1).
Рис.1. Цилиндрические и плоские образцы до (а) и после (б) испытания на растяжение
Рис.2. Первичная диаграмма растяжения
Растяжение образца проводят на специальных машинах, позволяющих фиксировать величину прилагаемой нагрузки и изменение длины образца при растяжении. Эти же машины дают возможность записывать изменение длины образца при увеличении нагрузки (рис. 2), т.е. первичную диаграмму испытания на растяжение в координатах: нагрузка Р, Н, кН; и абсолютное удлинение образца l, мм.
Измеряя величину нагрузки в характерных точках диаграммы испытаний на растяжение (рис. 1.4), определяют следующие параметры механических свойств материалов:
пц – предел пропорциональности, точка р;
0,05 – предел упругости, точка е;
т – предел текучести физический, точка s;
0,2 – предел текучести условный;
в – временное сопротивление разрыву, или предел прочности, точка b.
Площадь поперечного сечение F0 определяется по следующим формулам:
для плоского образца
мм2.
Предел текучести условный
Предел прочности
Пластичность, т.е. способность деформироваться без разрушения,
характеризуется изменениями размеров образца. При испытании на разрыв
определяют следующие характеристики пластичности:
Относительное удлинение
Относительное сужение
где lк, Fк – соответственно, длина рабочей части и площадь поперечного сечения образца после разрыва.
2. Испытания на ударный изгиб.
Ударная вязкость характеризует удельную работу, затрачиваемую на разрушение при ударе образца с надрезом. Ударная вязкость испытывается на маятниковом копре с постоянным запасом работы маятника по ГОСТ 9454-78 «Металлы. Метод испытания на
ударный изгиб при пониженной, комнатной и повышенной температурах». Стандарт распространяется на черные и цветные металлы и сплавы и устанавливает метод испытания при температурах от –100 до +1 000 °С. Метод основан на разрушении ударом маятникового копра образца с концентратором напряжений. В результате испытания определяют полную работу, затраченную при ударе К, или ударную вязкость КС.
Используют образцы прямоугольной формы с концентратором типа U, V, T (усталостная трещина). Наиболее распространенными образцами являются образцы размерами 55×10×10 мм с U-концентратом 2×2 мм (рис.3).
Рис.3. Стандартный образец с U-образным
надрезом для испытаний на ударный изгиб
На разрушение ударом образца затрачивается только часть энергии маятника, в связи с чем маятник после разрушения образца продолжает двигаться, отклоняясь на определенный угол. Чем больше величина работы, затрачиваемой на разрушение образца, тем на меньший угол он отклоняется от вертикали после разрушения. По величине этого угла и определяют работу удара К или работу, затраченную на разрушение образца. Работу разрушения K относят к площади поперечного сечения образца S0 в месте излома и тем
самым находят KC – ударную вязкость:
см2=0.8 .10-4м2.
где К измеряется в Дж (кгс·м), S0 – в м2.
В зависимости от вида концентратора ударная вязкость обозначается KCU, KCV, KCT и имеет размерность МДж/м2.
Вывод: в ходе практической работы научились определять механические характеристики по результатам испытаний на растяжение и ударный изгиб образцов из цветных сплавов инструментальных сталей.