до какого предела можно довести предел пропорциональности материалов с помощью наклепа
iSopromat.ru
Наклепом называют процесс повышения прочности и изменения упругих свойств металлических элементов путем пластического деформирования.
Характеризуется повышением предела пропорциональности и снижением пластичности металла при повторных нагружениях.
Если при испытании на растяжение стальной образец разгрузить не доводя до разрушения (точка М на рис.1), то в процессе разгрузки зависимость между силой F и удлинением Δl изобразится прямой MN. Опыт показывает, что эта прямая параллельна прямой ОА. При разгрузке деформация полностью не исчезает. Она уменьшается на величину упругой части удлинения (отрезок равный Δlу).
Отрезок ОN диаграммы растяжения представляет собой остаточное удлинение (отрезок равный Δlост). Его называют также пластическим удлинением, а соответствующую ему деформацию – пластической деформацией. Таким образом,
Если образец был нагружен в пределах участка ОА и затем разгружен, то удлинение будет чисто упругим, и Δlост=0.
При повторном нагружении образца диаграмма возвращается по прямой NM и далее проходит по кривой MDE (рис. 1) так, как будто промежуточной разгрузки и не было.
Следовательно, при повторных нагружениях образца, предварительно растянутого до возникновения в нём напряжений, больше предела текучести, предел пропорциональности повышается до того уровня, которого достигли напряжения при предшествующей нагрузке. Если между разгрузкой и повторным нагружением был перерыв, то предел пропорциональности повышается ещё больше.
Следует отметить, что диаграмма NMDE, получаемая при повторном нагружении, не имеет площадки текучести, поэтому для образца, претерпевшего разгрузку и повторное нагружение, определяется условный предел текучести ( σ0.2), который, очевидно, выше предела текучести при первичном нагружении.
Наклёп во многих случаях является нежелательным явлением, так как наклёпанный материал становится более хрупким. Поэтому наклёп часто снимают отжигом – нагревом до определённой температуры.
В целом ряде случаев наклёп полезен и его создают искусственно, например, в деталях подвергающихся воздействию переменных нагрузок и при производстве арматуры.
Уважаемые студенты!
На нашем сайте можно получить помощь по техническим и другим предметам:
✔ Решение задач и контрольных
✔ Выполнение учебных работ
✔ Помощь на экзаменах
1.Что такое прочность конструкции (элемента конструкции)?
Прочность–способность материала противостоять разрушению
2. В чем заключается расчет на прочность?
Определение максимальных нагрузок до разрушения.
3. Что такое жесткость конструкции (элемента конструкции)? Жесткость – способность противостоять недопустимым деформациям и перемещениям в течение длит времени
4. В чем заключается расчет на жесткость?
В определении максимальной допускаемой деформации
5. Что означает понятие «устойчивость» в сопротивлении материалов?
Устойчивость – способность сохранять определенную первоначальную форму равновесия
6. Что такое расчетная схема?
Расчетная схема – упрощенная, идеализированная схема, отображающая наиболее существенные характеристики конструкции, определяющие его поведение под нагрузкой
7. Какое свойство тел называется упругостью?
Упругость- свойство материала восстанавливать свою первоначальную форму после снятия нагрузки
8. Какой частный случай свойства упругости рассматривают в сопротивлении материалов?
Линейная упругость (закон Гука)
упругие деформации находятся в линейной зависимости от нагрузки, напряжения.
Идея и суть з-на Гука: напряжение прямо пропорционально упругой деформации
9. К каким простейшим типам с точки зрения формы сводятся различные элементы конструкций?
стержень (брус, балка, вал), пластина (плита, оболочка) и массивное тело (массив)
10. Какие объекты называются стержнями?
Стержень — элемент, длина которого превышает поперечные размеры в 5 или более раз
11. Что такое стержневая система?
между собой в узлах.
Различают плоские и пространственные стержневые системы.
Примеры стержневых систем: ферма, рама.
12. Какие объекты называются пластинами и оболочками? В чем состоит разница между пластинами и оболочками?
Пластины – плоские элементы, у которых толщина значительно меньше других размеров.. Оболочка Отличается тем, что имеет форму поверхности одинарной или двоякой кривизны
13. Какие тела называются объемными (массивами)?
Тела, габаритных размеров, соизмеримых между собой
14. Что означает понятие «однородность»?
15. Что означает понятие «сплошность»?
Сплошность – способ заполнять весь выделенный объем без пустот и трещин
16. Какие материалы называются изотропными?
Материалы, у которых свойства во всех напр. одинаковые
17. Какие материалы называются анизотропными?
Это материалы, обладающие различными свойствами в различных направлениях
18. Сформулируйте принцип независимости действия сил.
Результат действия группы сил не зависит от последовательности нагружения ими конструкции и равен сумме результатов действия каждой из этих сил в отдельности.
19. Какие положения сопротивления материалов обосновывают возможность применения принципа
независимости действия сил (принципа суперпозиции)?
Величины,для которых применяется принцип, связаны линейной завиимостью (з-н Гука). Деформация и перемещения – малы
20. Сформулируйте принцип Сен-Венана?
Если система сил приложена к небольшой чати тела, то напряжения и деформации в малом объеме тела, непосредственно прилегающем к месту приложения сил, зависят от от их равнодействующей и от закона распределения сил, а в остальном объеме тела, удаленном от места приложения сил, напряжения и деформации зависят только от равнодействующей этих сил
21. Какие силы называются статическими, какие динамическими?
Статические силы-это силы, которые не меняются во времени, либо меняются на столько медленно, что ими
Динамические силы-это силы, меняющиеся во времени.
22. Что такое объемная сила, ее размерность? Приведите примеры объемных сил.
Объемные силы распределены по всему объему рассматриваемого тела и приложены к каждой его точке.
[кH/м3] Пример : сила тяжести и инерции
23. Какие силы называются поверхностными?
Силы, которые действуют по поверхности.
Поверхностные нагрузки подразделяются на сосредоточенные (кН) и распределенные (по площади кН/м2 и по линии кН/м).
24. Какие силы называются сосредоточенными? При выполнении каких требований внешнюю нагрузку можно считать сосредоточенной силой?
Сосредоточенные нагрузки – силы и моменты, площадь действия которых мала по сравнению с размерами
меньше по сравнению с размерами взаимодействующих тел [н], [кг].
25. Как понимать термин «число степеней свободы объекта»?
Число степени свободы – количество независимых параметров, однозначно определяющих положение
— Подвижная шарнирная опора (а). 
— Неподвижная шарнирная опора (б).
— Жесткая заделка или защемление (в).
27. Какие системы называются статически неопределимыми?
Система называется статически неопределимой, если число неизвестных в ней больше числа статических
28. Какие системы называются статически определимыми?
Система называется статически определимой, если число неизвестных в ней равно числу статических
29. Почему для определения опорных реакций в сопротивлении материалов можно использовать
уравнения статики абсолютно твердого тела?
Потому что система находится в полном равновесии
30. Какие силы называются внешними?
Силы действующие на тело извне, в результате взаимодействия с другими телами
31. Опишите метод, используемый при определении внутренних усилий.
Метод сечений: Его суть в том, что если при действии внешних сил тело находится в состоянии равновесия, то любая отсеченная часть тела вместе со всеми ее внешними и внутренними усилиями также находится в
равновесии, следовательно, к ней применимы уравнения равновесия.
32. Как вводятся понятия «внутренние усилия»? Перечислите составляющие внутренние усилия в
поперечных сечениях стержня для общего случая нагружения.
Внутренние усилия –изменения во взаимодействии между частицами, которые возникают в результате приложения внешней нагрузки.
33. Что такое «эпюра внутреннего усилия»?
Эпюра – график функции, показывающий распределение внутренних усилий вдоль оси стержня.
34. Зачем строят эпюры внутренних усилий?
Эпюры внутренних усилий строят для того, чтобы определить опасные сечения.
35. Какие виды простой деформации прямолинейного стержня Вам известны (указать действующие
Растяжение-сжатие (N-нормальная сила [Н]; σ- нормальное напряжение[Н])
Кручение (Мкр- момент кручения [Нм]; φ– угол поворота [рад])
36. Какие напряжения называют опасными (предельными)?
Напряжения, вызывающ разрушение элемента (при которых начинаются деф и разрушения)
37. Какое напряжение является опасным (предельным) для хрупких материалов? Почему?
38. Какое напряжение является опасным (предельным) для пластичных материалов? Почему?
Для пластичных материалов — предел текучести
39. Как вводят понятие «допускаемое напряжение»?
Допускаемое напряжение-значение напряжения, которое считается предельно приемлемым при вычислении
размерности поперечного сечения элемента. Предельное напряжение определяется опытным путем. [σ] 1 / 3 1 2 3 > Следующая > >>
Тут вы можете оставить комментарий к выбранному абзацу или сообщить об ошибке.
iSopromat.ru
Лабораторная работа №1 по испытанию на растяжение и разрыв стального образца из малоуглеродистой стали (видео).
Цель работы – изучить поведение малоуглеродистой стали при растяжении и определить ее механические характеристики.
Основные сведения
Испытания на растяжение являются основным и наиболее распространенным методом лабораторного исследования и контроля механических свойств материалов.
Эти испытания проводятся и на производстве для установления марки поставленной заводом стали или для разрешения конфликтов при расследовании аварий.
В таких случаях, кроме металлографических исследований, определяются главные механические характеристики на образцах, взятых из зоны разрушения конструкции. Образцы изготавливаются по ГОСТ 1497-84 и могут иметь различные размеры и форму (рис. 1.1).
Рис. 1.1. Образцы для испытания на растяжение
Между расчетной длиной образца lо и размерами поперечного сечения Ао (или dо для круглых образцов) выдерживается определенное соотношение:
В испытательных машинах усилие создается либо вручную — механическим приводом, либо гидравлическим приводом, что присуще машинам с большей мощностью.
В данной работе используется универсальная испытательная машина УММ-20 с гидравлическим приводом и максимальным усилием 200 кН, либо учебная универсальная испытательная машина МИ-40КУ (усилие до 40 кН).
Порядок выполнения и обработка результатов
Образец, устанавливаемый в захватах машины, после включения насоса, создающего давление в рабочем цилиндре, будет испытывать деформацию растяжения. В измерительном блоке машины есть шкала с рабочей стрелкой, по которой мы наблюдаем рост передаваемого усилия F.
Зависимость удлинения рабочей части образца от действия растягивающей силы во время испытания отображается на миллиметровке диаграммного аппарата в осях F-Δl (рис. 1.2).
В начале нагружения деформации линейно зависят от сил, потому участок I диаграммы называют участком пропорциональности. После точки В начинается так называемый участок текучести II.
На этой стадии стрелка силоизмерителя как бы спотыкается, приостанавливается, от точки В на диаграмме вычерчивается либо прямая, параллельная горизонтальной оси, либо слегка извилистая линия — деформации растут без увеличения нагрузки. Происходит перестройка структуры материала, устраняются нерегулярности в атомных решетках.
Далее самописец рисует участок самоупрочнения III. При дальнейшем увеличении нагрузки в образце происходят необратимые, большие деформации, в основном концентрирующиеся в зоне с макронарушениями в структуре – там образуется местное сужение — «шейка».
На участке IV фиксируется максимальная нагрузка, затем идет снижение усилия, ибо в зоне «шейки» сечение резко уменьшается, образец разрывается.
При нагружении на участке I в образце возникают только упругие деформации, при дальнейшем нагружении появляются и пластические — остаточные деформации.
Если в стадии самоупрочнения начать разгружать образец (например, от т. С), то самописец будет вычерчивать прямую СО1. На диаграмме фиксируются как упругие деформации Δlу (О1О2), так и остаточные Δlост (ОО1). Теперь образец будет обладать иными характеристиками.
Так, при новом нагружении этого образца будет вычерчиваться диаграмма О1CDЕ, и практически это будет уже другой материал. Эту операцию, называемую наклеп, широко используют, например, в арматурных цехах для улучшения свойств проволоки или арматурных стержней.
Диаграмма растяжения (рис. 1.2) характеризует поведение конкретного образца, но отнюдь не обобщенные свойства материала. Для получения характеристик материала строится условная диаграмма напряжений, на которой откладываются относительные величины – напряжения σ=F/A0 и относительные деформации ε=Δ l/l0 (рис. 1.3), где А0, l0 – начальные параметры образца.
Рис. 1.2. Диаграмма растяжения образца из малоуглеродистой стали
Рис. 1.3. Условная диаграмма напряжений при растяжении
Условная диаграмма напряжений при растяжении позволяет определить следующие характеристики материала (рис. 1.3):
σпц – предел пропорциональности – напряжение, превышение которого приводит к отклонению от закона Гука. После наклепа σпц может быть увеличен на 50-80%;
σу – предел упругости – напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,05%. Напряжение σу очень близко к σпц и обнаруживается при более тонких испытаниях. В данной работе σу не устанавливается;
σт – предел текучести – напряжение, при котором происходит рост деформаций при постоянной нагрузке.
Иногда явной площадки текучести на диаграмме не наблюдается, тогда определяется условный предел текучести, при котором остаточные деформации составляют ≈0,2% (рис. 1.4);
Рис. 1.4. Определение предела упругости и условного предела текучести
σпч ( σв ) – предел прочности (временное сопротивление) – напряжение, соответствующее максимальной нагрузке;
Определяются также характеристики пластичности – относительное остаточное удлинение
где l1 – расчетная длина образца после разрыва,
и относительное остаточное сужение
По диаграмме напряжений можно приближенно определить модуль упругости I рода
причем после операции наклепа σпц возрастает на 20-30%.
Работа, затраченная на разрушение образца W, графически изображается на рис. 1.2 площадью диаграммы OABDEO3. Приближенно эту площадь определяют по формуле:
W = 0,8∙Fmax∙Δlmax.
Удельная работа, затраченная на разрушение образца, говорит о мере сопротивляемости материала разрушению w = W/V, где V = A0∙l0 – объем рабочей части образца.
По полученным прочностным и деформационным характеристикам и справочным таблицам делается вывод по испытуемому материалу о соответствующей марке стали
Контрольные вопросы
Уважаемые студенты!
На нашем сайте можно получить помощь по техническим и другим предметам:
✔ Решение задач и контрольных
✔ Выполнение учебных работ
✔ Помощь на экзаменах
Закон разгрузки. Явление наклепа
Пластические и хрупкие материалы
Пластичные и хрупкие материалы отличаются еще и характером разрушения при растяжении. Пластичные материалы проявляют большее сопротивление отрыву частиц, чем сдвигу их относительно друга, и разрушаются главным образом, от сдвига частиц в плоскостях действия наибольших касательных напряжений. Именно вследствие сдвига частиц увеличивается длина образца из пластического материала при его растяжении, а место разрушения в шейке имеет вид кратера, стенки которого наклонены к оси образца под углом 45°. Дном этого кратера является поверхность первоначальной внутренней трещины, возникающей после образования шейки (рис. 4.3а).
Хрупкие материалы, наоборот обладают большим сопротивлением сдвигу, чем отрыву и разрушаются при растяжении внезапно от отрыва частиц материала по плоскости поперечного сечения (рис. 4.3б). Единственной прочностной характеристикой хрупких материалов является предел прочности sВ.
При сжатии образца из пластического материала, как и при растяжении, сначала имеет место линейная зависимость s от e, затем площадка текучести и зона упрочнения. Но в отличие от растяжения площадка текучести едва намечается, и в дальнейшем нагрузка все время возрастает. Возрастание происходит потому, что при сжатии образец из пластического материала не разрушается, а постепенно сплющивается в тонкий диск при одновременном увеличении площади сечения. Предел текучести материала при сжатии по абсолютной величине практически равен пределу текучести при растяжении.
Иные свойства при сжатии проявляют хрупкие материалы. Образцы из таких материалов при сжатии разрушаются внезапно, раскалываясь по наклонным (под углом 45°) плоскостях (рис. 4.3г). Большинство материалов лучше сопротивляются сжатию, чем растяжению. Так, например, для чугуна предел прочности при сжатии выше, чем предел прочности при растяжении примерно в 2,5-4,5 раз.
Если разгрузить образец, растянутый до напряжений, не превышающих предел упругости sу, то линия разгрузки совпадает с линией нагрузки ОА (рис. 4.5). При повторном нагружении диаграмма растяжения полностью совпадает с первоначальной диаграммой растяжения. Многократные нагружения до напряжения меньше предела пропорциональности не приводят к изменению механических свойств материала.
Иная картина наблюдается при нагружении до напряжений превышающих предел упругости sу. Разгрузка пойдет по кривой БО1. Повторное нагружение происходит по кривой О1Б до точки Б, из которой произведена разгрузка. Обе линии (разгрузки и нагрузки) близки к прямой параллельной линейному участку диаграммы. Линии разгрузки и нагрузки образуют замкнутую петлю- петлю гистерезиса. Площадь петли гистерезиса соответствует потерям механической энергии за один цикл. После полного цикла образец возвращается к первоначальному состоянию. При дальнейшем нагружении (после точки Б) кривая деформирования продолжается, как будто не было промежуточного цикла. Следовательно, после промежуточной разгрузки появился как бы новый материал с более высоким пределом пропорциональности sпц, но с меньшей пластичностью. Явление повышения упругих свойств материала в результате предварительного пластического деформирования наклепом или нагартовкой. Наклеп возникает при вытяжке, холодной прокатке металла, в процессе штамповки. Часто наклеп играет положительную роль для упрочнения поверхностного слоя детали, повышения упругих свойств проволоки, канатов.
Как было отмечено выше, цикл нагружения растяжением за пределом упругости приводит к возрастанию предела упругости при растяжении. Экспериментально установлено, что одновременно с возрастанием предела упругости при растяжении понижается предел упругости при сжатию. Это явление было изучено Баушингером и носит название эффект Баушингера.
Порядок выполнения и обработка результатов
Образец, устанавливаемый в захватах машины, после включения насоса, создающего давление в рабочем цилиндре, будет испытывать деформацию растяжения. В измерительном блоке машины имеется шкала с рабочей стрелкой, по которой мы наблюдаем рост передаваемого усилия F.
Рисунок – 2 Диаграммой растяжения образца из малоуглеродистой стали
В начале нагружения деформация линейно зависит от силы, поэтому участок ОА диаграммы называют участком пропорциональности. После точки В начинается так называемый участок текучести ВС.
Далее самописец рисует участок самоупрочнения (деформационное упрочнение) участок СЕ. При дальнейшем увеличении нагрузки в образце происходят необратимые, большие деформации, в основном концентрирующиеся в зоне с макронарушениями в структуре материала – там образуется местное сужение так называемая «шейка».
На участке Еf фиксируется максимальная нагрузка, затем идет снижение усилия, ибо в зоне «шейки» сечение резко уменьшается, далее образец разрывается.
Если в стадии самоупрочнения начать разгружать образец (например, от т. D), то самописец будет вычерчивать прямую СО1. На диаграмме фиксируются как упругие деформации Δlупр (О1О2), так и остаточные Δlост (ОО1). При дальнейшем нагружении образец будет обладать иными характеристиками, то есть усилие соответствующее упругой деформации увеличивается.
Так, при новом нагружении этого образца будет вычерчиваться диаграмма О1DЕf, и практически это будет уже другой материал. Эту операцию (наклеп) широко используют, например, в арматурных цехах для улучшения свойств проволоки или арматурных стержней.
Диаграмма растяжения (рисунок 2) характеризует поведение конкретного образца, но отнюдь не обобщенные свойства материала. Для получения характеристик материала строится условная диаграмма напряжений, на которой откладываются относительные величины – напряжения σ=F/A0 и относительные деформации ε=Δl/l0 (рисунок 3), где А0, l0 – начальные параметры образца, площадь сечения и длина.
Условная диаграмма напряжений при растяжении позволяет определить следующие характеристики материала (рис. 3):
σпц – предел пропорциональности – напряжение, превышение которого приводит к отклонению от закона Гука.
,
— максимальное усилие, соответствующее участку ОА;
— масштаб усилия.
После наклепа σпц может быть увеличен на 50-80%;
σу – предел упругости – напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,05%. Напряжение σу очень близко к σпц и обнаруживается при более тонких испытаниях. В данной работе σу не устанавливается;
σт – предел текучести – напряжение, при котором происходит рост деформаций при приблизительно постоянной нагрузке.
,
— усилие, соответствующее участку текучести В.
Иногда явной площадки текучести на диаграмме не наблюдается, тогда определяется условный предел текучести, при котором остаточные деформации составляют ≈0,2%.
σв – предел прочности – максимальное напряжение, соответствующее точке Е на диаграмме напряжения
.
Определяются также характеристики пластичности – относительное остаточное удлинение
где l1 – расчетная длина образца после разрыва.
Относительное остаточное сужение поперечного сечения
где А0 – первоначальная площадь поперечного сечения образца до разрыва.
По диаграмме напряжений можно приближенно определить модуль упругости первого рода (модуль Юнга)
По полученным прочностным и деформационным характеристикам и справочным таблицам делается вывод по испытуемому материалу о соответствующей марке стали
Контрольные вопросы
1. Изобразите диаграмму растяжения образца из малоуглеродистой стали (Ст.3). Покажите полные, упругие и остаточные абсолютные деформации при нагружении силой, большей, чем Fт.
2. На каком участке образца происходят основные деформации удлинения? Как это наблюдается на образце? Какие нагрузки фиксируются в этот момент?
3. Объясните, почему после образования шейки дальнейшее растяжение происходит при все уменьшающейся нагрузке?
4. Перечислите механические характеристики, определяемые в результате испытаний материала на растяжение. Укажите характеристики прочности и пластичности.
5. Дайте определение предела пропорциональности.
6. Дайте определение предела упругости.
7. Дайте определение предела текучести.
8. Дайте определение предела прочности.
9. Как определить предел текучести при отсутствии площадки текучести? Покажите, как это сделать, по конкретной диаграмме.
10. Какие деформации называются упругими, какие остаточными? Укажите их на полученной в лабораторной работе диаграмме растяжения стали.
11. Как определяется остаточная деформация после разрушения образца?
12. Выделите на диаграмме растяжения образца из мягкой стали упругую часть его полного удлинения для момента действия максимальной силы.
13. Какое явление называется наклепом? До какого предела можно довести предел пропорциональности материалов с помощью наклепа?
14. Как определить марку стали и допускаемые напряжения для нее после проведения лабораторных испытаний?
15. Чем отличается диаграмма истинных напряжений при растяжении от условной диаграммы?
16. Можно ли определить модуль упругости материала по диаграмме напряжений?