Исследование характера упрочнения металла по индикаторной диаграмме растяжения

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Магнитогорский Государственный Технический Университет

им. Г.И. Носова»

Кафедра технологии, сертификации и сервиса автомобилей

 

 

 

Курсовая работа

по дисциплине «Обработка металлов давлением» на тему:

«Исследование характера упрочнения металла по индикаторной диаграмме растяжения»

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил:                                                        Cт. Гр ТСБ 12/1 Колос А.С.

 

Проверил:                                                         Доц., к.т.н. Зотов С.В.

 

 

 

 

Работа допущена к защите «____ ________________20__г.»__________________ 
Работа защищена «____ _______________20__г.» с оценкой __________________

                ____________________

 

 

 

 

 

 

Магнитогорск 2013

 

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ БЮДЖЕТНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

«Магнитогорский Государственный Технический Университет

им. Г.И. Носова»

Кафедра технологии, сертификации и сервиса автомобилей

ЗАДАНИЕ:

 

Вариант 6

Для того, чтобы по индикаторной диаграмме растяжения рассчитать характеристики упрочнения и пластичности металла образца, а также построить кривые упрочнения, в таблице представлены необходимые данные для расчета всех характеристик.

Таблица 1 – Исходные данные для расчета

 

Вариант	Р, кгс			Dl, мм		e, б/р		q		sусл, кгс/мм2		SК МПа	h	si = sS		`e		dШ, мм	dК, мм
	РТ	Рmax	PК	DlР	DlК	eШ	eК	qШ	qК	sТ	sВ			sШ кгс/ мм2	sК, МПа	`eШ	`eК
6	4000	5250	5000	13,5	17	0,27	1,01	0,212	0,50	51	66,9	128	0,9	85	115	0,24	0,7	8,88	7,06

 

d0=10 мм; F0=78,54 мм2; l0=50 мм

 Рисунок 1- Индикаторная диаграмма растяжения. Вариант 6

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Выполнил: Cт. Гр ТСБ 12/1 Колос А.С.

 

Проверил:  Доц., к.т.н. Зотов С.В.

 

Работа допущена к защите «____ ________________20__г.»__________________ 
Работа защищена «____ _______________20__г.» с оценкой __________________

СОДЕРЖАНИЕ

 

 

Введение………………………………………………………………………………………….5

1.Анализ  процесса растяжения и основных  характеристик диаграмм………………..……..7

  1.1 Описание процесса деформирования……………………………………………………..7

  1.2 Виды диаграмм растяжения и их качественные характеристики……………………..10

  1.3 Основные параметры диаграмм ………………………………………..………………..13

  1.4 Вывод ………………………………………………………………………..………...…..18

2.Расчет  основных характеристик металла  по индикаторной диаграмме…………………..19

2.1 Определение масштаба диаграммы по горизонтали……………………………………19

2.2 Определение остаточного удлинения образца до момента образования шейки…………………………………………………………..………………………………19

2.3 Определение масштаба диаграммы по вертикали………………………...……………20

2.4 Вычисление относительной деформации для всех точек……...………………….……20

2.5 Определение относительного уменьшения длины образца…………………...…….…20

2.6 Определение относительного уменьшения длины образца...………………….………21

2.7 Определение условного напряжения……...……………………………..………………21

2.8 Определение истинного напряжения…...………………………………….……………22

2.9 Определение истинной деформации…………………………...………….…………….22

2.10 Определение коэффициента анизотропии, модуля упрочнения……………...…..….23

2.11 Определение модулей пластичности первого и второго рода…………………….….23

2.12 Вывод по главе………………………………………………………………..………….25

3. Анализ основных показателей металла по графическим зависимостям…………………26

  3.1 Вывод по главе……………………………………………………………………….……33

4. Выводы по проделанной работе…………………………………………………………….34

Список используемой литературы…………………..………………………………………...35

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

       

  ВВЕДЕНИЕ

 

Металлы и сплавы, используемые в качестве конструкционных материалов, должны обладать определенными механическими свойствами – прочностью, упругостью, пластичностью, твердостью.

Прочность – это способность металла сопротивляться деформации и разрушению.

Деформацией называется изменение размеров и формы тела под действием внешних сил. Деформации подразделяются на упругие и пластические. Упругие деформации исчезают, а пластические остаются после окончания действия сил. В основе пластических деформаций – необратимые перемещения атомов от исходных положений на расстояния, большие межатомных, изменение формы отдельных зерен металла, их расположения в пространстве.

Способность металлов пластически деформироваться называется пластичностью. Пластичность обеспечивает конструктивную прочность деталей под нагрузкой и нейтрализует влияние концентратов напряжений – отверстий, вырезов и т.п. При пластическом деформировании металла одновременно с изменением формы меняется ряд свойств, в частности при холодном деформировании повышается прочность, но снижается пластичность.

Большинство механических характеристик металла определяют в результате испытания образцов на растяжение (ГОСТ 1497-84).

При растяжении образцов с площадью поперечного сечения Fо и рабочей (расчетной) длиной lо строят диаграмму растяжения в координатах: нагрузка Р и удлинение l образца.

Диаграмма растяжения характеризует поведение металла при деформировании от момента начала нагружения до разрушения образца. На диаграмме выделяют три участка: упругой деформации – до нагрузки Рупр; равномерной пластической деформации от Рупр до  Рmax и сосредоточенной пластической деформации от Рmax до Рк . Если образец нагрузить в пределах Рупр , а затем полностью разгрузить и замерить его длину, то никаких последствий нагружения не обнаружится. Такой характер деформирования образца называется упругим. При нагружении образца более Рупр появляется остаточная (пластическая) деформация. Пластическое деформирование идет при возрастающей нагрузке, так как металл упрочняется в процессе деформирования. Упрочнение металла при деформировании называется наклепом. При дальнейшем нагружении пластическая деформация, а вместе с ней и наклеп все более увеличиваются, равномерно распределяясь по всему объему образца. После достижения максимального значения нагрузки  Рmax в наиболее слабом месте появляется местное утонение образца – шейка, в которой в основном и протекает дальнейшее пластическое деформирование. В это время между деформированными зернами, а иногда и внутри самих зерен могут зарождаться трещины. В связи с развитием шейки, несмотря на продолжающееся упрочнение металла, нагрузка уменьшается от Рmax до Рк , и при нагрузке Рк происходит разрушение образца. При этом упругая деформация образца (Dlупр) исчезает, а пластическая (Dlост) остается.

   Цель работы: по индикаторной диаграмме растяжения и известным исходным данным рассчитать характеристики упрочнения и пластичности металла образца, построить кривые упрочнения и аппроксимировать их простейшими функциями. По диаграмме условных напряжений сделать вывод о характере упрочнения металла, из которого изготовлен образец.

Также работа должна содержать расчетную часть, в которой подсчитаны все основные параметры деформации образца, диаграмму растяжения (по варианту) со всеми необходимыми построениями, графики основных зависимостей и вывод по проделанной работе.

 

1. АНАЛИЗ ПРОЦЕССА РАСТЯЖЕНИЯ И ОСНОВНЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ДИАГРАММ

 

1.1 Описание процесса деформирования

Процессы обработки металлов давлением по назначению подразделяют на два вида:

1. Для получения заготовок постоянного  поперечного сечения по длине (прутков, проволоки, лент, листов), применяемых  в строительных конструкциях  или в качестве заготовок для  последующего изготовления из  них деталей — только обработкой  резанием или с использованием  предварительного пластического  формоизменения, основными разновидностями  таких процессов являются прокатка, прессование и волочение.

2. Для получения деталей или  заготовок (полуфабрикатов), имеющих  приближённо формы и размеры  готовых деталей и требующих  обработки резанием лишь для  придания им окончательных размеров  и получения поверхности заданного  качества; основными разновидностями  таких процессов являются ковка  и штамповка.

Прокатка - процесс пластического деформирования тел, между вращающимися приводными валками.

Прессование заключается в продавливании заготовки, находящейся в замкнутой форме, через отверстие матрицы, причём форма и размеры поперечного сечения выдавленной части заготовки соответствуют форме и размерам отверстия матрицы.

Волочение заключается в протягивании заготовки через сужающуюся полость матрицы; площадь поперечного сечения заготовки уменьшается и получает форму поперечного сечения отверстия матрицы.

Ковкой изменяют форму и размеры заготовки путём последовательного воздействия универсальным инструментом (бойками) на отдельные участки нагретой заготовки.

Штамповкой изменяют форму и размеры заготовки с помощью специализированного инструмента — штампа (для каждой детали изготовляют свой штамп), который состоит из матрицы, пуансона и дополнительных частей. Различают объёмную и листовую штамповку. При объёмной штамповке в качестве заготовки используют сортовой металл, разрезаемый на заготовки. На заготовку в процессе объемной штамповки воздействуют специализированным инструментом — пуансоном, при этом металл заполняет полость матрицы, приобретая её форму и размеры.

Листовой штамповкой получают плоские и пространственные полые детали из заготовок, у которых толщина значительно меньше размеров в плане (лист, лента, полоса). Обычно заготовка деформируется с помощью пуансона и матрицы.

Существуют так же процессы, при которых используются комбинации из нескольких методов. Например, метод прокатка-волочение. Обработка металлов давлением основана на их способности в определенных условиях пластически деформироваться в результате воздействия на деформируемое тело (заготовку) внешних сил.

Если при упругих деформациях деформируемое тело полностью восстанавливает исходные форму и размеры после снятия внешних сил, то при пластических деформациях изменение формы и размеров, вызванное действием внешних сил, сохраняется и после прекращения действия этих сил. Упругая деформация характеризуется смещением атомов относительно друг друга на величину, меньшую межатомных расстояний, и после снятия внешних сил атомы возвращаются в исходное положение. При пластических деформациях атомы смещаются относительно друг друга на величины, большие межатомных расстояний, и после снятия внешних сил не возвращаются в свое исходное положение, а занимают новые положения равновесия.

Холодная штамповка как технология известна достаточно давно. Ещё в конце первого тысячелетия древнерусские мастера стали применять метод холодной штамповки для производства металлической посуды. Саму холодную штамповку отличает достаточно высокое качество получаемых изделий, высокая скорость их изготовления, а также низкая цена на само изделие — разумеется, как уже было отмечено, при массовом их производстве. Холодная штамповка заключается в механическом воздействии штампа в процессе прессования листов металла, итогом которого получаются готовые изделия. Таким образом, сам штамп выступает в роли технологической насадки для прессовального механизма, его можно использовать только для одной операции. Кроме того, операции холодной штамповки легко поддаются автоматизации, в том числе могут проводиться с помощью промышленных роботов, что способно сделать производство методом холодной штамповки ещё более выгодным.

Холодная штамповка технологически подразделяется на два основных вида. Первый — это операции разъединительные, в ходе которых над листом металла проводятся операции рубки, резки, изготовления отверстий различной формы. Второй тип операций — формование, или пластическое воздействие, в ходе которых форма самой заготовки — вытяжка, выдавливание, гибка, формовка, чеканка. Иногда операции двух типов объединяют — например, производят одновременно вытяжку и рубку или гибку и обрезку. В таком случае применяются так называемые комбинированные штампы. Для операций холодной штамповки необходимо использовать металлы и сплавы, которые обладают гибкостью, пластичностью, а также дешевизной.