Вопросы для самоконтроля

2 3 4 5 6 7 8

1. Какова цель лабораторной работы?

2. Как графически показывают закон изменения циклических напряжений?

3. Какими параметрами характеризуют цикл напряжений? Как их определяют?

4. Какие параметры цикла преимущественно влияют на усталостную прочность материала?

5. Как получают диаграмму усталости материала?

6. Что понимают под пределом выносливости материала? Как его обозначают?

7. Что понимают под базой испытаний? Какие ее значения принимают для различных металлов?

8. Какова форма, чистота обработки поверхности образцов для испытаний на усталость?

9. В каком случае возникает концентрация напряжений?

10. Что понимают под эффективным коэффициентом концентрации напряжений?

11. Как теоретически вычислить коэффициент концентрации напряжений?

12. Почему в деталях из серого чугуна практически не возникает концентрация напряжений?

13. Каким образом в металлах и их сплавах уменьшить влияние концентраторов напряжений?

14. Опишите устройство и принцип действия испытательной машины.

15. Какой вид изгиба возникает в образце? Изобразите эпюру изгибающих моментов.

16. Разрушится ли образец, если при испытаниях в нем возникнут напряжения ниже предела текучести?

17. Какое практическое значение имеют испытания материалов при переменных напряжениях?

18. Выведите формулу для определения максимальной нагрузки, прилагаемой к образцу?

19. Влияет ли на величину предела выносливости выбор диаметра образца?

22. Можно ли по характеру излома определить при каких напряжениях (постоянных или переменных) проводилось испытание образца?

Литература: [5] - §§ 84-87; [6] - §§ 19.1 – 19.3, 19.5; [7] - §§ 99-100, 102.

2.6 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;

- 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.

Рис. 2.22. Схема маятникова копра

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.

3. 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

1. Название лабораторной работы.

2. Цель работы.

3. Испытательная машина (тип, марка).

4. Схема установки образцов.

5. Исходные данные.

№ п/п	Материал испытуемого образца	Ширина	Длина	Толщина	Площадь поперечного сечения
1.
2.
3.