Файл: Лабораторная работа 2 испытание на растяжение образцов из хрупкого материала чугуна.pdf

1
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2
ИСПЫТАНИЕ НА РАСТЯЖЕНИЕ ОБРАЗЦОВ ИЗ ХРУПКОГО
МАТЕРИАЛА - ЧУГУНА
Цель работы: Изучить поведение хрупкого материала - чугуна при растяжении и определить его механические характеристики.
1.1.
Основные сведения
Лабораторная работа выполняется в соответствии с [1].
К хрупким материалам относятся чугун, высокоуглеродистая ин- струментальная сталь, стекло, кирпич, камни и др. Испытания на рас- тяжение образцов из хрупких материалов, как и пластичных материа- лов, являются основным и наиболее распространенным методом лабо- раторного исследования и контроля механических свойств материа- лов.
Механические характеристики определяются испытанием образ- цов из этих материалов на разрывной испытательной машине РМ-20 и построением диаграмм растяжения.
При испытании на растяжение диаграмма растяжения образцов из хрупких материалов существенно отличается от диаграммы образцов пластичных материалов.
1.2.
Теоретическая часть процесса испытания на растяжение об-
разца из чугуна
На рисунке 1.1 схематически показана диаграмма растяжения об разца из чугуна. Отличие диа- граммы растяжения от пластичного материала состоит в том, что диа- грамма растяжения хрупкого мате-
Рисунок 1.1 - Диаграмма рас- тяжения образца из чугуна

2
риала не имеет зоны упругости, площадки текучести и зоны упрочне- ния. Разрушение образцов происходит внезапно, как показано на диа- грамме растяжения образца из чугуна.
1.3.
Подготовка образцов для испытания
Образцы из хрупкого материала также изготавливаются в соот- ветствии с ГОСТ 1497-84 и могут иметь различные размеры и форму.
1.4.
Порядок проведения испытания
Штангенциркулем измерить расчетную длину образца и в отчете записать: l
0
=100 мм.
Штангенциркулем измерить диаметр рабочей части образца и в отчете записать: d
0
=10 мм.
Испытание проводит лаборант.
Образец закрепляется в захватном устройстве испытательной машины.
В графопостроитель устанавливается бумага для построения диа- граммы результата измерения усилия от деформации образца.
Включается привод испытательной машины.
Под воздействием растягивающей силы происходит растяжение образца до образования шейки на расчетной части образца, а затем об- разец разрушается в зоне шейки, однако, из-за хрупкости материала, упругая и пластическая деформации настолько малы, что замерить их и диаметр шейки практически не удается.
В процессе испытания графопостроителем строится диаграмма растяжения образца (зависимость усилия от деформации образца), как показано на рисунке 1.1.
По окончании испытания привод выключается.
Разрушенный образец вынимается из захвата.
По шкале силоизмерительного прибора определяется усилие, до- стигнутое при разрыве образца P
max

3
Полученная диаграмма вынимается из графопостроителя.
На этом испытание образца завершается.
1.5.
Порядок обработки результатов испытания образца
Результаты испытания образца наносятся на диаграмму, ко-
торая построена графопостроителем на миллиметровой бумаге в
масштабе 1:1 , как показано на рисунке 1.1.
На диаграмме растяжения записать заголовок «Диаграмма растя- жения чугуна».
Для замера нужно сложить обе половинки образца вплотную.
Замерить штангенциркулем по меткам между точками, отмечен- ными керном, остаточную длину расчетной части l
1
= … мм.
Записать на диаграмме (в верхнем левом углу):
Размеры: l
0
=100 мм; d
0
=10 мм; l
1
= … мм.
Максимальное усилие, достигнутое при разрыве образца
P
max
=…. кН.
1.6.
Последовательность нанесения данных по нагрузкам на ось
ординат диаграммы
2.7.1.
От начала диаграммы на рисунке 1.1 из точки О по оси абс- цисс проводим горизонтальную линию, обозначим ее ∆l, мм и назовем осью деформаций.
2.7.2.
Из точки О перпендикулярно горизонтальной линии строим вертикальную ось (ординат) нагрузки Р.
2.7.3.
Прикладываем линейку на наклонный прямолинейный уча- сток и продолжаем прямую до пересечения с горизонтальной осью.
2.7.4.
Если на диаграмме левее точки О отобразился криволиней- ный участок диаграммы, то он соответствует первоначальному обжа- тию образца в захватах машины и не отражает поведение материала.

4 2.7.5.
Обозначим на диаграмме конечную верхнюю точку наклон- ного прямолинейного участка буквой С.
2.7.6.
Прикладываем линейку к самой верхней точке диаграммы параллельно оси деформаций ∆l. Обозначим точку касания буквой С и проведем размерную вертикальную линию – отрезок о1с1, соответ- ствующий максимальной нагрузке Р
max
2.7.7.
Максимальная нагрузка называется временным сопротивле- нием разрыву образца, поэтому их принято считать равными, то есть
Р
max
= Р
в
, в килоньютонах (kH).
2.7.8.
Конечную точку диаграммы (справа) обозначаем бук- вой D. Проводим размерную линию о2d1, соответствующую нагрузке, при которой происходит разрыв образца – Р
разр
. Зона С-D - это зона локализации деформации.
2.7.9.
При испытании на растяжение образца из чугуна получена только одна фактическая величина - Р
max
=Р
в
, показанная точкой С на диаграмме растяжения, которая построена на графопостроителе в мас- штабе 1:1 , имеет размерность в миллиметрах.
2.7.10.
Сила в момент разрушения образца Р
разр
, в килоньютонах
(kH);
2.7.11.
Полученные величины нагрузок, как показано на рисунке
1.1, необходимо нанести на вертикальную ось диаграммы, которая по- строена на графопостроителе в масштабе 1:1 .
1.7.
Расчет механических характеристик материала
испытанного образца
Механические характеристики хрупкого материала определя- ются по результатам испытания конкретного образца, в данном случае из чугуна.
Механическими характеристиками прочности хрупкого матери- ала является предел прочности, или временное сопротивление раз- рыву- ????????
в
, МПа или кгс см
2
;

5
Предел пропорциональности и предел текучести практически сложно определить на испытательной машине, предназначенной для учебных целей. Относительное остаточное удлинение, относительное остаточное сужение и статическая вязкость настолько незначительны, что их также сложно оценить из-за отсутствия шейки. Поэтому, для образца из чугуна из механических характеристик прочности матери- ала определяем только предел прочности, или временное сопротивле- ние разрыву по формуле:
????????
в
=
Р
в
????????
0
, МПа или кгс см
2
, где ????????
0
- площадь поперечного сечения образца, мм
2
Площадь поперечного сечения образца определяется по формуле:
????????
0
=
????????????????
0 2
4 = 0.785????????
0 2
(мм
2
),
где ????????
0
- диаметр рабочей части образца до испытания, мм.
Определить ориентировочно марку чугуна по справочнику.
Например, Чугун СЧ28:
На этом испытание на растяжение образца из хрупкого материала - чугуна считается завершенным.
1.8.
Анализ результатов испытаний различных материалов на
растяжение
Сравнение механических характеристик стали и чугуна на растя- жение при испытании показаны на рисунке 1.2.
2.9.1.
Сравнить пределы прочности малоуглеродистой стали и чу- гуна при растяжении по результатам настоящей лабораторной работе и по предыдущей лабораторной работе № 1:
2.9.2.
Предел прочности малоуглеродистой стали при растяжении
σ
в(раст ст)
=
2.9.3.
Предел прочности чугуна при растяжении σ
в(раст.чуг.)
=

6 2.9.4.
Сделать вывод о величинах пределов прочности малоугле- родистой стали и чугуна при растяжении.
2.9.5.
Отчет по лабораторной работе оформляют в соответствии с примером, приведенном в приложении 2. Наименование параметров, обозначения, формулы, единицы измерения, расчетные данные, ре- зультаты расчета и определения марки материала занести в таблицу.
1.9.
Контрольные вопросы
1.
Какой вид имеет диаграмма растяжения чугуна?
2.
В чем отличие диаграммы от диаграммы растяжения стали от диаграммы растяжения чугуна?
3.
Какие механические характеристики можно определить по диа- грамме растяжения чугуна?
4.
Пояснить различие механических характеристик образцов, полу- ченные при испытании пластичного материала - стали и хруп- кого материала - серого чугуна по рисунку 1.2.
5.
Назвать области применения в технике деталей из чугуна.
Рисунок 1.2 - Механические характеристики образцов, полученные при испытании пластичного материала - стали и хрупкого материала - серого чугуна

7
Литература
1.
Черепанов А.П. Изучение механических свойств конструкцион- ных материалов. Практикум по дисциплине «Сопротивление ма- териалов» для студентов технических и строительных специаль- ностей очной и заочной форм обучения. Ангарск: Ангарский гос- ударственный технический университет, 2018 – 160 с., 46 рис.,
15 таблиц.