Испытания свойств металлов

СОДЕРЖАНИЕ                                                                                                                      

                                                                                                                                                 стр.

Аннотация...................................................................................................................2

ВВЕДЕНИЕ....................................................................................................................3

РАЗДЕЛ 1

         1 Испытание механических свойств.................................................................4

             1.1 Классификация механических испытаний..............................................5

             1.2 Условия подобия механических  испытаний..........................................7

         2 Свойства металлов при статических  испытаниях.........................................10

              2.1 Испытания на растяжение (сжатие). Диаграмма растяжений.............10

                      2.1.2 Испытание на сжатие....................................................................12

               2.2 Определение твердости.........................................................................13

          3 Динамические испытания.............................................................................14

               3.1 Испытания на ударный изгиб................................................................15

          4 Циклические испытания................................................................................16

              4.1 Испытания на усталость..........................................................................16

              4.2 Испытание на истираемость...................................................................17

РАЗДЕЛ 2

          1 Анализ конструкторских, технологических  и метрологических объектов                

            контроля...........................................................................................................18

          2 Обзор существующих методов и средств контроля радиального биения..

.....................................................................................................................................19

              2.1Методы измерения радиального  биения..............................................21

          3 Выбор целесообразной конструкции прибора и описание его принципа                

              действия.........................................................................................................24

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..............................................................................................................29   

Список использованной литературы........................................................................30

Нормативные ссылки.................................................................................................31

ПРИЛОЖЕНИЯ.............................................................................................................32

                Аннотация

В первом разделе  данного курсового проекта рассмотрены  основные виды статистических,  динамических и прочих видов испытаний стали, имеющих практическое значение для  изучения их механических свойств, которые  определяют их поведение при эксплуатации и обработке.

 Второй  раздел проекта посвящен анализу конструкций измерительных приборов для контроля радиального биения.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ВВЕДЕНИЕ

При проектировании строительных конструкций, машин и  механизмов из стали инженеру необходимо знать и учитывать значения величин, характеризующих прочностные и  деформативные свойства данного металла. Их можно получить путем механических испытаний, проводимых в испытательных лабораториях на соответствующих машинах. Таких испытаний проводится много и самых различных, например испытание на твердость, сопротивляемость ударным и переменным нагрузкам, противодействие высокой температуре и так далее.

    Получить  идеальную форму детали в процессе  изготовления невозможно из-за: погрешности станка, деформации станка, инструмента, заготовки, неравномерности припуска и т.д.

    Искажение  формы детали приводит к снижению  эксплуатационных свойств детали, влияет на точность базирования при изготовлении и контроле. Влияет на трудоемкость, точность сборки, на неоднородность результата измерения, повышается объем пригоночных работ.

    Любая  деталь состоит из поверхностей, нескольких элементов которые  должны быть определенным образом  расположены относительно друг  друга, чтобы образовать конфигурацию  детали.

     Использовать деталь так, чтоб  составляющие ее поверхности  были точно расположены друг  относительно друга, невозможно, поэтому необходимо нормировать  требование к точности формы  и расположения поверхностей.

Результаты  испытаний используются для решения  основной задачи-повышение качества механических материалов, в частности  улучшение их механических свойств.

 

 

 

 

 

 

РАЗДЕЛ  1

1 Испытания механических свойств.

 

Поведение металлов под действием внешних нагрузок характеризуется их механическими свойствами, которые позволяют определить пределы нагрузки для каждого конкретного материала, произвести сопоставимую оценку различных материалов и осуществить контроль качества металла в заводских и лабораторных условиях.

К испытаниям механических свойств предъявляется  ряд требований. Температурно-силовые условия проведения испытаний должны быть по возможности приближены к служебным условиям работы материалов в реальных машинах и конструкциях. Вместе с тем методы испытаний должны быть достаточно простыми и пригодными для массового контроля качества металлургической продукции. Поскольку необходимо иметь возможность сопоставления качества разных конструкционных материалов, методы испытаний механических свойств должны быть строго регламентированы стандартами.

Результаты  определения механических свойств  используют в расчетной конструкторской  практике при проектировании машин  и конструкций. Наибольшее распространение  имеют следующие виды механических испытаний.

1) Статические кратковременные испытания однократным нагружением на одноосное растяжение - сжатие, твердость, изгиб и кручение.

2) Динамические испытания с определением ударной вязкости и ее составляющих - удельной работы зарождения и развития трещины.

3) Испытания переменной нагрузкой с определением предела выносливости материала.

4) Испытания на термическую усталость.

5) Испытания на ползучесть и длительную прочность.

6) Испытания на сопротивление развитию трещины с определением параметров вязкости разрушения.

7) Испытания материалов в условиях сложнонапряженного состояния, а также натурные испытания деталей, узлов и готовых конструкций.

 

1.1 Классификация механических испытаний

 

Многообразие  условий службы и обработки стали предопределяет необходимость проведения большого числа механических испытаний. Они классифицируются по разным принципам. Один из них — схема напряженного или деформированного состояния. Второй — это способ нагружения образца в процессе испытания.

В основном используют два способа нагружения образца:

1) путем его деформации с заданной скоростью и измерением сил сопротивления образца этой деформации;

2) подачей  постоянной нагрузки (напряжения) на образец с измерением возникающей при этом деформации.

Наиболее  распространен первый способ, обеспечивающий возможность непрерывного измерения и записи силы сопротивления образца деформированию. Он используется практически во всех разновидностях статических испытаний.

Примеры применения второго способа нагружения — испытания на ползучесть, длительную прочность и замедленное разрушение.

Механические  испытания можно классифицировать также по характеру изменения нагрузки во времени. По этому принципу нагрузки подразделяют на статические, динамические и циклические. Статические нагрузки относительно медленно возрастают от нуля до некоторой максимальной величины (обычно секунды — минуты). При динамическом нагружении это возрастание происходит за очень короткий промежуток времени (доли секунды). Циклические нагрузки характеризуются многократными изменениями по направлению и (или) по величине.

В соответствии с характером действующих нагрузок различают статические, динамические и усталостные испытания.

Статические испытания отличаются плавным, относительно медленным изменением нагрузки образца и малой скоростью его деформации.

Наиболее  важны следующие разновидности  статических испытаний, отличающиеся схемой приложения нагрузок к образцу (т. е. схемой напряженного состояния): одноосное растяжение, одноосное  сжатие (в дальнейшем — просто растяжение, сжатие), изгиб, кручение, растяжение и изгиб образцов с надрезом и трещиной (плоские и объемные схемы напряженного состояния).

Динамические  испытания характеризуются приложением  к образцу нагрузок с резким изменением их величины и большой скоростью деформации. Длительность всего испытания не превышает сотых — тысячных долей секунды.

В результате динамических испытаний определяют величину полной или удельной работы динамической деформации, а также величину остаточной деформации образца (абсолютной или относительной). Данных о величине напряжений и деформаций в процессе этих испытать обычно не получают, хотя в принципе это возможно. Динамические испытания чаще всего проводят по схеме изгиба. Испытания на усталость проводят при многократном приложении к образцу изменяющихся нагрузок. Такие испытания обычно длительны (часы — сотни часов), по их результатам определяют число циклов до разрушения при разных значениях напряжений, а в конечном итоге—то предельное напряжение, которое образец выдерживает без разрушения в течение определенного числа циклов нагружения.

Помимо рассмотренных  статических, динамических и усталостных, различают еще две большие  специфические группы испытаний. Первая из них — испытания на твердость, в которых оценивают различные характеристики сопротивления деформации или, реже, разрушению поверхностных слоев образца при взаимодействии их с другим телом— индентором (от английского indentation — вдавливание). Большинство испытаний на твердость статические.

Вторая группа — испытания на ползучесть и длительную прочность. Их обычно проводят при повышенных температурах для оценки характеристик жаропрочности. Образцы здесь в течение всего испытания находятся под постоянным напряжением или нагрузкой. При испытании на ползучесть измеряют величину деформации в зависимости от времени при разных напряжениях в образце, а при испытании на длительную прочность оценивают время до разрушения под действием различных напряжений.

Существует  еще ряд методов и разновидностей механических испытаний, которые используют на практике в более ограниченных масштабах.

Как видно, методы проведения испытаний весьма разнообразны. К тому же они проводятся при разных температурах, начиная от очень низких отрицательных и кончая температурами  в интервале плавления, в разных средах и т. д. Все это вполне естественно, ибо отражает разнообразие условии эксплуатации и обработки металлов и сплавов, которые в конечном итоге пытаются моделировать испытаниями.

 

1.2 Условия подобия механических испытаний

 

Большинство характеристик механических свойств  металлов и сплавов не является их физическими константами. Они в  сильной степени зависят от условий проведения испытаний. Поэтому нельзя судить о свойствах стали по данным механических испытаний, которые проводятся разными исследователями по разным методикам. Необходимо выполнение определенных условий проведения испытаний, которые бы обеспечили постоянство результатов при многократном повторении испытаний, так чтобы эти результаты в максимальной степени отражали свойства материала, а не влияние условий испытания. Кроме того, соблюдение этих правил должно гарантировать сопоставимость результатов испытаний, проведенных в разное время, в разных лабораториях, на различном оборудовании, образцах и т. д. Условия, обеспечивающие такое постоянство и сопоставимость результатов, называются условиями подобия механических испытаний.

Для соблюдения условий подобия образцы следует  подвергать испытаниям при одинаковой схеме напряженного состояния и в одинаковых физических условиях. Отсюда следует необходимость соблюдения трех видов подобия:

1) геометрического (форма и размеры образца);

2) механического (схема и скорость приложения нагрузок);

3) физического (внешние физические условия).

Условие геометрического  подобия сводится к тому, что испытываемые образцы должны иметь геометрически подобную форму. Например, два образца на рисунке 1.1 геометрически подобны, если они имеют качественно одинаковую конфигурацию, а отношения любых двух соответственных размеров каждого из них равны d₁/D₁= d₂/D₂ , l₁/d₁= l₂/d₂ и т. д. Форма и размеры образца влияют на результаты испытания через схему напряженного состояния, которая зависит от формы тела и определенного расположения точек приложения нагрузок.

                                          

                                       Рисунок 1.1- Геометрически подобные образцы

 

Естественно, что еще в большей степени на напряженное состояние в образце влияет схема приложения нагрузок. В общем виде механическое подобие заключается в том, что в сходственных сечениях рабочей части образцов возникают тождественное напряженное состояние и одинаковая относительная деформация.

 Следует  отметить, что сформулированные условия геометрического и механического подобия обеспечивают тождество напряженных состояний и относительных деформаций не во всех случаях. Отклонения наблюдаются, в частности, при хрупком разрушении, при очень больших различиях в абсолютных размерах образков (масштабный фактор) и в ряде других случаев, каждый из которых имеет свое объяснение. Например, влияние масштабного фактора можно объяснить на основе статистических теорий прочности. Снижение механических свойств при увеличении размеров образцов связывают с увеличением вероятности существования опасных поверхностных и внутренних дефектов—концентраторов напряжений, вызывающих преждевременную деформацию н разрушение.