Сопротивление усталости Классификация подшипников Основы конструирования Резьбовые соединения Испытание на сжатие  образцов из различных материалов Испытание различных материалов на ударную вязкость

Испытание различных материалов на ударную вязкость

Ц е л ь р а б о т ы: Изучение методики определения ударной вязкости пластических масс и других неметаллических материалов при испытании стандартных образцов на маятниковом копре.

Т е о р е т и ч е с к а я ч а с т ь р а б о т ы. Удельной ударной вязкостью  материала называют отношение работы , затраченной маятником на разрушение стандартного образца к площади его поперечного сечения  в месте излома.

  (2.35)

Испытание проводится на специальном маятниковом копре (рис. 2.22). Работа , затраченная маятником на разрушение определяется по зависимости

где  - вес маятника;

Геометрические расчеты червячных передач аналогичны расчетам цилиндрических зубчатых передач.

  - потенциальная энергия, запасенная маятником в самом верхнем его положении;

   - потенциальная энергия, сохраненная маятником после разрушения образца.

   - энергия потерь, затраченная маятником на преодоление вредных сопротивлений (трение в узлах копра, сопротивление воздуха). Потери для каждого экземпляра копра известны.

Чем больше величина ударной вязкости, тем лучше материал сопротивляется динамической нагрузке. Образцы из хрупких материалов ломаются легко, с небольшой затратой работы на разрушение. Образцы из пластичных материалов наоборот – требуют на разрушение большей энергии. Материалы, требующие большой затраты энергии на излом называют вязкими. Все материалы, из которых изготавливают детали, воспринимающие динамические нагрузки, обязательно испытывают на удар.

Величина ударной вязкости очень сильно зависит от температуры. По мере понижения температуры ударная вязкость образцов из одного и того же материала уменьшается. У некоторых материалов существует температурный интервал, в котором удельная ударная вязкость резко меняет свое значение. Этот интервал называется температурным интервалом хрупкости. Чем больше смещен температурный интервал хрупкости в сторону низких температур, тем материал менее чувствителен к воздействию температуры при ударных нагрузках и тем более он надежен в работе.

Изменение формы образца также сказывается на величине ударной вязкости. Переход к более широким образцам и к образцам с более острым надрезом (рис. 2.23, б) смещает температурный интервал в сторону более высоких температур. На образцах из металлов всегда создается надрез  - концентратор напряжений.

Охрупчиванию материала способствует наличие остаточных напряжений, которые могут появиться в материале при закалке, наклепе.

Ударная вязкость понижается с увеличением количества углерода, т.е. с повышением предела прочности и уменьшением пластических свойств стали. Наличие фосфора также оказывает неблагоприятное влияние на величину удельной ударной вязкости.

На результатах определения ударной вязкости сказывается и скорость маятника в момент удара.

Испытания проводятся для металлов согласно ГОСТ 9454-84; для пластмасс - согласно ГОСТ 4647-84.

Металлы испытываются на копрах с предельной энергией маятника до 300 Н·м и скоростью в пределах от 4 до 7 м/с, пластмассы - до 5 Н·м и 3,5 ± 0,5 м/с, соответственно.

Описание установки для испытаний. Испытание на ударную вязкость проводится на маятниковом копре, например, ХР-05, схема которого показана на рис. 2.22. Копер состоит из массивного основания 1 с двумя вертикальными стойками 2. К верхней части этих стоек на горизонтальной оси подвешен маятник 3, представляющий собой плоский стальной диск с вырезом. Кроме того, на оси маятника установлена стрелка 4, напротив которой к стойке 2 прикреплена шкала 5 для отсчета затрат энергии на разрушение образца. Для фиксации маятника в исходном верхнем положении предусмотрена защелка 6.

 На стойках 2 предусмотрены опоры

 7 для установки образцов 8 из испытуемого материала. Расстояние между опорами 7 регулируется в пределах от 40 до 70 мм (см. рис. 2.23, а). Для образцов толщиной 5 мм и менее, расстояние между опорами 7 принимают 40 ± 0,2 мм, а для образцов толщиной более 5 мм – 70  ± 0,2 мм.

При проведении испытаний маятник 3 поднимают вверх и фиксируют защелкой 6. Стрелку 4 устанавливают на нуль, а на опоры 7 помещают испытуемый образец 8. Затем, повернув защелку 6, отпускают маятник 3, который при своем падении разрушит образец и двигаясь далее, переместит стрелку 4 по шкале 5, на которой считывают величину энергии, сохраненной маятником после разрушения образца.

Ф о р м а и р а з м е р ы о б р а з ц о в. Образцы для испытаний на ударную вязкость изготавливают механической обработкой из листов, плит или стержней; а также прессованием; или литьем под давлением. При испытании листовых и слоистых материалов толщиной менее 10 мм ширину поперечного сечения образцов принимают равной толщине этих листов. На образцах следует указать направление, соответствующее длине листа или плиты, из которых изготовлены эти образцы, так как механические свойства пластмасс в различных направлениях неодинаковы.

Образцы, изготовленные литьем под давлением, в соответствии с ГОСТ 4647 – 84 имеют размеры поперечного сечения (6 ± 0,2) х (4 ± 0,2) мм и длину - 55 ± 1 мм.

  а) б)

Рис. 2.23. Схема установки образцов

 а) образцы из пластмасс; б) образцы из металлов

Поверхность образцов должна быть гладкой, ровной, без трещин, сколов, вздутий и раковин.

 П о р я д о к п р о в е д е н и я о п ы т а и о б р а б о т к а 

р е з у л ь т а т о в. 1. Замеряют ширину и толщину образца, изготовленных из одного материала, штангенциркулем с точностью до 0,1 мм. Устанавливают образец 8 на опоры 7 так, чтобы удар пришелся по его широкой стороне (рис. 2.23, а). Поднимают маятник в верхнее исходное положение и закрепляют защелкой 6. Устанавливают стрелку 4 шкалы на ноль.

2. Освобождают маятник от защелки 6, который, падая вниз, разрушит образец 8. Рассчитывают величину работы, затраченной на разрушение образца.

Вычисляют удельную ударную вязкость по формуле (2.35). Опыт повторяют еще для двух - трех образцов.

4. Проводят обработку результатов опыта в соответствии с требованиями раздела 4.

Содержание отчета

Название лабораторной работы.

Цель работы.

Испытательная машина (тип, марка).

Схема установки образцов.

Исходные данные.

п/п

Материал испытуемого

образца

Ширина

Длина

Толщина

Площадь

поперечного

сечения

1.

2.

3.

 Энергия потерь .

Определение работы разрушения для образцов и по шкале копра.

Определение удельной ударной вязкости для образцов а.

Анализ результатов. Выводы.

Вопросы для самоконтроля

1. Какая цель лабораторной работы?

2. Что такое удельная ударная вязкость?

3. В каких единицах измеряется удельная ударная вязкость?

4. Какие факторы влияют на величину ударной удельной вязкости?

5. О каких свойствах материала судят по величине ударной удельной вязкости?

6. Как определить энергию, запасенную маятником в самом верхнем положении?

7. Как влияет расстояние между опорами установки образца на величину удельной ударной вязкости?

8. Чем принципиально отличаются образцы из металла от образцов из других материалов?

Как изменится удельная ударная вязкость с изменением температуры?

10. Чем отличается маятниковый копер для определения ударной вязкости металлов от копра для испытаний неметаллических материалов?

11. Как влияет на ударную вязкость содержание в металле углерода и фосфора?

Что понимают под температурным интервалом хрупкости?

Изучение напряженно-деформированного состояния элементов конструкций Определение нормальных напряжений в балке при прямом изгибе Ц е л ь р а б о т ы: Ознакомление с методом электротензометрирования. Опытное изучение закона распределения нормальных напряжений по высоте сечения балки и сравнение с напряжениями, вычисленными теоретически.

Тарировочный коэффициент определяют следующим образом. Из партии одинаковых тензодатчиков отбирают необходимое количество рабочих и компенсационных тензодатчиков и приклеивают их, как описано выше, на исследуемую балку. К тарировочной балке приклеивают точно такой же тензодатчик. В данной работе используют типовую тарировочную балку типа СМ 25Б – консольную балку равного сопротивления (балку, по длине которой напряжения остаются постоянными).

Определение главных напряжений при совместном изгибе и кручении тонкостенной трубы Ц е ль р а б о т ы: Определение опытным путем величины и направления главных напряжений в поверхностном слое тонкостенной трубы при кручении, а также при одновременном изгибе и кручении, и сравнение их с данными, полученными теоретическим расчетом.

При кручении во всех точках на поверхности тонкостенной трубы возникает плоское напряженное состояние – чистый сдвиг. В этом случае известно, что главные напряжения направлены под углом  к продольной оси трубы.

Определение напряжений при внецентренном растяжении бруса Ц е л ь р а б о т ы: Определить опытным путем нормальные напряжения в крайних волокнах поперечного сечения бруса при внецентренном растяжении и сравнить их с напряжениями, вычисленными теоретически.

Работа выполняется на машине ДМ-30 М

Определение напряжений в стенке тонкостенного сосуда Ц е л ь р а б о т ы: определение напряжений в стенке тонкостенного осесимметричного сосуда, находящегося под действием внутреннего давления, и сравнивание с напряжениями, полученными расчетным путем.

Определение деформаций при прямом поперечном изгибе балки Ц е л ь р а б о т ы: экспериментальное определение деформаций балки при плоском поперечном изгибе и сравнение их с деформациями, вычисленными теоретическим расчетом.


Лабораторные работы по сопромату