Испытание основных свойств черных металлов.

1.Цель работы: Углубление знаний студентов при изучении свойств металлов, применяемых в строительном производстве.

2.Теоретическое обоснование. В строительных конструкциях сталь подвергается различным видам механического воздействия: растяжению, сжатию; поэтому при расчете строительных конструкций необходимо иметь механические характеристики стали, определяемые по результатам испытаний образцов стали на растяжение, твердость и ударную вязкость. По результатам определения механических свойств стали при растяжении и сравнении этих результатов с табличными данными студенты определяют марку испытанной стали.

3.Приборы и материалы:

3.1 Весы лабораторные.

3.2 Образец стальной для испытания на разрыв.

3.3 Образец цилиндрический для испытания на сжатие.

3.4 Штангенциркуль № 3.

3.5 Разрывная машина с самописцем.

3.6 Гидравлический пресс.

4.Программа работы.

4.1 Испытание стального образца на разрыв.

4.2 Определение предела прочности и относительного удлинения.

4.3 Определение марки стали.

4.4 Определение прочности на сжатие.

5.Методика проведения работы.

5.1 Для определения марки стали изготовленные образцы испытывают на растяжение до разрыва. При этом определяют основные механические характеристики стали: пределы пропорциональности, текучести, прочности, относительное удлинение и сужение.

Для испытания стали на растяжение используют цилиндрические образцы, изготовленные путем соответствующей механической обработки. Перед испытанием образцы тщательно измеряют при помощи штангенциркуля или микрометра с точностью до 0.1мм следующим образом: диаметр (d) измеряют в трех местах по длине рабочей части. Затем вычисляют площадь поперечного сечения образца (S) по наименьшему из полученных размеров с точностью до 0.5%. Кроме того, на поверхности образца наносят керном риски и измеряют расстояние между ними - расчетную длину образца (i) -с точностью до 0.1мм. Сталь на растяжение испытывают на разрывной машине Р-5. Подлежащий испытанию образец помещают в захваты машины. Для записи диаграммы растяжения на барабан самописца закрепляют миллиметровую бумагу и устанавливают масштабы нагрузок и деформаций. После установки стрелки шкалы силоизмерителя машины на нуль - включают двигатель и испытывают образец до полного разрушения. При этом следят за нарастанием нагрузки по движению стрелки силоизмерителя, и за деформацией образца - по диаграмме. Нарастание нагрузки должно быть плавным.

 

 

Прямой участок диаграммы растяжения (от начала координат до точки 1) показывает, что удлинение (деформация) возрастает пропорционально приложенной нагрузке. Если образец подвергнут растяжению нагрузкой, равной или меньшей (Р_p), а затем снять эту нагрузку, то образец примет первоначальную длину. В нем будут отсутствовать остаточные деформации. Точка 1 на кривой растяжения соответствует пределу пропорциональности, т.е. тому наибольшему напряжению, при котором растяжение металла прямо пропорционально нагрузке. Это напряжение (s_р), Мпа, вычисляют по формуле:

s_р= Рр / S,

где Рр -нагрузка при пределе пропорциональности, Н;

S -первоначальная площадь поперечного сечения образца, мм.

При увеличении нагрузки (свыше Рр) испытываемый образец удлиняется быстрее, чем возрастает нагрузка. На диаграмме это показано кривой 1 - 2, которая потом переходит в горизонтальную 2 - 3. Наличие горизонтального участка указывает на то, что образец самопроизвольно вытягивается (течет), хотя нагрузка остается постоянной. Напряжение, при котором появляется текучесть стали, называют пределом текучести.

Предел текучести физический - наименьшее напряжение, при котором образец деформируется без видимого увеличения нагрузки. При испытании образца стали следят за показаниями стрелки силоизмерителя. Как только сталь достигнет предела текучести, стрелка остановится, а затем опять начнет двигаться. Значения нагрузки (Rs) в момент остановки стрелки фиксируют и принимают за нагрузку, соответствующую пределу текучести, который вычисляют по формуле:

ss = Rs / S,

где Rs - нагрузка при педеле текучести, Н; S -первоначальная площадь поперечного сечения образца.

Пределом прочности при растяжении называют напряжение, которое соответствует максимальной нагрузке, предшествующей разрушению образца. Максимальная нагрузка может быть легко определена в процессе испытания образца, т.к. на циферблатах испытательных машин имеется вторая контрольная стрелка. Она увлекается рабочей стрелкой машины до крайнего положения и фиксирует максимальную нагрузку. На диаграмме точкой 4 зафиксирована максимальная нагрузка, которую выдерживает образец. Начиная с этой точки, деформация концентрируется, в каком либо одном месте, которое начинает быстро растягиваться. При этом уменьшается диаметр поперечного сечения, а нагрузка падает до точки 5, где происходит разрыв образца. Предел прочности при растяжении вычисляют по формуле:

sь = Rь / S_,

где Rь -наибольшая нагрузка, предшествующая разрыву образца, Н.

5.2 Относительным удлинением называют отношение приращения расчетной длины образца после разрыва к ее первоначальной длине. Для определения относительного удлинения испытанного образца обе его части плотно прикладывают и измеряют длину после разрыва. Значение относительного удлинения d, вычисляют по формуле:

d = [(l₁ - l₀) /l₀] * 100%,

где l₁ - длина образца после разрыва, мм; l₀ - длина образца начальная (расчетная), мм.

Относительное удлинение вычисляют как среднее арифметическое из результатов всех определений.

Относительное сужение площади поперечного сечения образцов определяют после разрыва. Для этого в месте разрыва (в шейке) измеряют диаметр в двух взаимно перпендикулярных направлениях. По среднему арифметическому наименьших значений диаметра вычисляют площадь поперечного сечения шейки. Относительное сужение j определяют по формуле:

j = [(S₀ - S₁) / S₁] * 100%,

где S₀ -первоначальная площадь поперечного сечения образца, мм;

S₁ - площадь поперечного сечения в месте разрыва (в шейке), мм.

Результаты испытания стали на растяжение заносят в журнал для лабораторных работ, и по данным, приведенным в таблице определяют марку исследуемой стали.

. Механические свойства углеродистых сталей обыкновенного качества.

Таблица 1

Марка стали группы А	Предел текучести, Мпа, не менее	Предел прочности при растяжении, МПа	Относительное удлинение, %
Ст0	-	Не менее 310	20 - 23
Ст1 сп, пс	-	320 - 420	31 - 34
Ст2 сп,пс	200 - 230	340 - 440	29 - 32
Ст3 сп, пс	210 - 250	380 - 490	23 - 26
Ст4 сп, пс	240 - 270	420 - 540	21 - 24
Ст5Г пс	260 - 290	460 - 600	17 - 20
Ст6 сп,пс	300 - 320	Не менее 800	12 - 15