ИСПЫТАНИЕ МАТЕРИАЛОВ НА УДАРНУЮ ВЯЗКОСТЬ. ЛР №3. Лабораторная работа 3 испытание материалов на ударную вязкость цель работы
 Скачать 86.16 Kb.
|
|
Лабораторная работа №3 ИСПЫТАНИЕ МАТЕРИАЛОВ НА УДАРНУЮ ВЯЗКОСТЬ Цель работы Изучение методики определения основных механических характеристик металлических материалов. Рабочее задание Измерить ударную вязкость металла при испытании не менее 4-х стандартных образцов на маятниковом копре Оборудование и материалы Виртуальный лабораторный комплекс, маятниковый копёр МК-30А. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ИСПЫТАНИЯ МАТЕРИАЛОВ НА УДАРНУЮ ВЯЗКОСТЬ Для оценки свойств материала при динамических нагрузках недостаточно механических характеристик, определяемых при статических испытаниях. При больших скоростях нагружения, например, при ударе, увеличивается опасность хрупкого разрушения. Эта опасность особенно возрастает при наличии в детали различного рода надрезов (отверстия, галтели, канавки и пр.), которые вызывают концентрацию напряжений (неравномерное распределение напряжений). Надрез позволяет сосредоточить всю деформацию, поглощающую удар, в одном месте. Кроме того, наличие надреза ставит материал в более тяжёлые условия работы, поскольку надрез значительно ослабляет сечение и вызывает повышение напряжений от изгиба. В настоящее время применяют испытания на ударный изгиб образцов с концентраторами. Образцы устанавливаются на двух опорах и подвергаются воздействию ударной нагрузки падающего маятника. Разрушение происходит в плоскости надреза, и поэтому форма надреза и его размеры влияют на склонность материала к хрупкому разрушению. Тип Т соответствует концентратору, содержащему усталостную трещину, которую получают в вершине начального надреза при циклическом изгибе образца в одной плоскости. Работа удара Работу удара обозначают буквами (KU, KV или КТ) и цифрами. Первая буква (К) – обозначает символ работы удара; вторая буква (U, V или Т) – вид концентратора. Последующие цифры обозначают максимальную энергию удара маятника, глубину концентратора и ширину образца. Например: КСТ + 100 150/3/7,5 – ударная вязкость, определённая на образце с концентратором вида Т, при температуре плюс 100 °С, максимальная энергия удара маятника 150 Дж, глубина концентратора 3 мм, ширина образца 7,5 мм. Образцы с концентраторами представлены на рис. 6.1.  Рис. 6.1. Образцы с концентраторами: а) концентратор вида U; б) концентратор вида Т (усталостная трещина); в) концентратор вида V. Ударной вязкостью (КС) называется отношение работы (К), необходимой для разрушения образца, к площади поперечного сечения Aο в месте надреза. Вычисляется ударная вязкость по формуле:
где H1 - начальная высота рабочей части образца, м (см); В - начальная ширина образца, м (см). H1 и В измеряются с погрешностью не более 5 мм. Значение КС записывается в протоколе с округлением до 1 Дж/см², при КС>10 Дж/см² или до 0,1 Дж/см² при КС<10 Дж/см². Ударную вязкость обозначают сочетанием букв и цифр. Первые две буквы КС обозначают символ ударной вязкости, третья буква - вид концентратора; первая цифра - максимальная энергия удара маятника, вторая - глубина концентратора и третья - ширина образца. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
Содержание углерода: Ст.3- 0,21% 30ХГСА- 0,3% 60Г2- 0,6% Ст.45- 0,45% М2- 0 40Х- 0,4% Сч16-36- 3,%  Вывод:Каждый химический элемент, входящий в состав стали, по-своему влияет на ее механические свойства – улучшает или ухудшает. Углерод влияет на вязкие свойства стали. Увеличение содержания углерода повышает порог хладоломкости (склонность металла растрескиваться и ломаться при холодной механической обработке), снижает ударную вязкость (способность материала поглощать механическую энергию в процессе деформации и разрушения под действием ударной нагрузки.) Углерод оказывает влияние и на технологические свойства. Повышение содержания углерода ухудшает литейные свойства стали (используются стали с содержанием углерода до 0,4 %), обрабатываемость давлением и резанием, свариваемость. С увеличением содержания углерода в структуре стали увеличивается количество цементита – очень твердой и хрупкой фазы. Твердость цементита превышает твердость феррита примерно в 10 раз (800HB и 80HB соответственно). Поэтому прочность и твердость стали растут с повышением содержания углерода, а пластичность и ударная вязкость, наоборот, снижаются. Влияние хрома. Хром может присутствовать в стали как в виде карбида (при достаточном количестве углерода), так и в виде твердого раствора в феррите, особенно при наличии в стали элементов, обладающих большим сродством к углероду. Хром повышает пределы прочности, текучести и ползучести и незначительно понижает относительное удлинение и ударную вязкость Кремний (Si) считается полезной примесью, и вводится в качестве активного раскислителя. Как правило, он содержится в стали в небольшом количестве (в пределах до 0,4%) и заметного влияния на ее свойства не оказывает. Но при содержании кремния более 2% сталь становится хрупкой и при ковке разрушается. Марганец (Mn) содержится в обыкновенной углеродистой стали в небольшом количестве (0,3-0,8%) и серьезного влияния на ее свойства не оказывает. Марганец уменьшает вредное влияние кислорода и серы, повышает твердость и прочность стали, ее режущие свойства, увеличивает прокаливаемость, но снижает стойкость к ударным нагрузкам. Ударная вязкость ряда металлических материалов понижается плавно, а для отдельных металлов (медь) она сохраняет достаточно высокое значение вплоть до температур жидкого гелия (—270 °С). Следует учитывать, что на вязкость материала в значительной мере влияют такие факторы, как кристаллическая структура, термообработка, загрязнения, а также вид прилагаемой нагрузки. Пластические свойства металлов и сплавов — ударная вязкость, относительное удлинение и сужение — изменяются неоднозначно. Металлы с гранецентрированной кубической решеткой (медь, никель, алюминий и др.) сохраняют высокие пластические свойства при низких температурах, тогда как металлы-с объемно-центрированной кубической и гексагональной решеткой становятся хрупкими ОТВЕТЫ НА КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ: 1)Работа удара равна произведению веса груза на высоту падения. Работу удара обозначают буквами (KU, KV или КТ) и цифрами. Первая буква (К) – обозначает символ работы удара; вторая буква (U, V или Т) – вид концентратора. Последующие цифры обозначают максимальную энергию удара маятника, глубину концентратора и ширину образца. 2) Ударной вязкостью (КС) – способность материала называется отношение работы (К), необходимой для разрушения образца, к площади поперечного сечения А0 в месте надреза. 3) Методика определения критической температуры хрупкости материалов корпусов реакторов по результатам испытаний малоразмерных образцов на ударный изгиб. определяет требования к построению температурных зависимостей работы разрушения и поперечного расширения, а так же обработки экспериментальных данных для определения критической температуры хрупкости корпусных реакторных материалов Cr-Mo-V и Cr-Ni-Mo-V композиций и их сварных соединений по результатам испытаний образцов на ударный изгиб. устанавливает зависимости, обеспечивающие консервативную оценку абсолютных значений критической температуры хрупкости Тк10х10 на основе значений критической температуры хрупкости Тк5х5 и Тк3х4, определенных по результатам испытаний на ударный изгиб малоразмерных образцов. устанавливает порядок испытаний образцов на ударный изгиб для построения температурных зависимостей работы разрушения и поперечного расширения. устанавливает корреляционные соотношения, обеспечивающие консервативную оценку Тк10х10 на основе значений критической температуры хрупкости Тк5х5 и Тк3х4. определяет геометрические характеристики и требования к качеству изготовления малоразмерных образцов на ударный изгиб. 4) Типа надреза оказывает прямое влияние на величину ударной вязкости 5) Согласно ГОСТ 9454-78, применяют образцы с тремя видами концентраторов напряжений (надрезов) (рис. 3.9): U-образные с радиусом основания надреза 1 ± 0,1 мм (образцы типа Менаже); V-образные с радиусом основания надреза 0,25 ± 0,025 мм и углом раскрытия 45° (образцы типа Шарпи); Т-образные с радиусом основания 0,1 ± 0,017 мм и наведенной усталостной трещиной. 6) КСТ + 100 150/3/7,5 – ударная вязкость, определённая на образце с концентратором вида Т, при температуре плюс 100 °С, максимальная энергия удара маятника 150 Дж, глубина концентратора 3 мм, ширина образца 7,5 мм. 7) При испытании металлов на удар определяют ударную вязкость, которую обозначают КС. 8) Цифры не указывают при определении работы удара на копре с максимальной энергией удара маятника 300 (30,0) Дж (кгс•м), при глубине концентратора 2 мм для концентраторов видов U и V и 3 мм для концентратора вида Т и ширине образца 10 мм (образцы 1, 11 и 15 типов). |
