Методы испытания механических свойств металлов — Студопедия

Размерность

1кгс = 9,8 Дж.

Килограмм-сила (кгс) – единица измерения
силы. Определяется как сила, действующая
на тело массой в 1 килограмм под
воздействием стандартного ускорения
свободного падения.

Килограмм-сила
удобна тем, что вес получается численно
равным массе, поэтому человеку легко
представить, например, что такое сила
5 кгс.

1 кгс = 9,80665 ньютонов точно 1 Н ≈ 0,10197162
кгс.

1 кгм (килограмм-сила-метр) – работа,
совершаемая силой 1 кгс при перемещении
точки приложения этой силы на расстояние
1 метр по её направлению.

1 кгм = 9,80665 Дж.

1кгс = 9,8 Дж

1 кгс = 9,80665 ньютонов точно 1 Н ≈ 0,10197162
кгс

1 кгс/см2=
0,1 Мпа; 1 кгс/мм2= 9,81 МПа

1МПа = 1000000 Па

1 Па = 1Н/м2;
1 МПа =
1Н/мм2
= 10 кгс/см2.

Основные термины и понятия, используемые в лабораторной работе

W, S, A, D – для перемещения в пространстве;

F2, E – аналоги средней клавиши манипулятора,
при первом нажатии берется объект, при
последующем – ставится;

F10 – выход из программы.

Рис. 2. Активные
клавиши клавиатуры

Рис. 3. Функции
манипулятора

Левая клавиша мыши (1) – при нажатии и
удерживании обрабатывается (поворачивается,
переключается) тот или иной объект.

Средняя клавиша (2) – при первом нажатии
(прокрутка не используется) берется
объект, при последующем – ставится.

Правая клавиша (3) – появляется
курсор-указатель (при повторном нажатии
исчезает).

Примечание: при появившемся курсоре
невозможно перевести взгляд вверх и в
стороны.

Бронза, касательное напряжение, модуль
упругости (юнга), нормальное напряжение,
силумин, упругая деформация, предел
пропорциональности, предел текучести,
предел прочности, предел упругости
(условный, физический), относительное
удлинение, относительное сужение, шейка,
неотпущенная сталь.

1. По диаграмме Fe – Fе3С
определить оптимальную температуру
нагрева стали 45 для получения структуры
мелкозернистого аустенита;

2. Нагреть муфельную печь до этой
температуры;

3. Загрузить 4
образца в нагретую печь и выдержать их
в течение 15 мин;

4. Охладить один образец на спокойном
воздухе, другой – в кипящей воде, третий
– в минеральном масле и четвертый – в
холодной воде;

5. Зачистить каждый образец с двух
сторон для удаления окалины;

6. Измерить их твердость на приборе
Роквелла и среднее значение из трех
испытаний записать в сводную таблицу;

7. Установить в муфельных печах
заданные температуры отпуска (200; 300;
400; 500 и 600 °С);

8. Заложить в них по одному предварительно
закаленному образцу, выдержать в течение
30 мин. и охладить на воздухе;

9. Зачистить образцы с двух сторон,
измерить их твердость и среднее значение
из трех измерений записать в сводную
таблицу;

10. Перенести данные сводной таблицы
в таблицу п. 4 и п. 5 бланка отчета;

11. Построить графики зависимости
твердости от скорости охлаждения и
температуры отпуска;

12. Идентифицировать каждую операцию
термической обработки и установить
соответствующую ей микроструктуру;

13. Результаты замеров твердости по
методу Роквелла записываются в
соответствующую графу таблицы, затем
переводятся в значения твердости по
Бриннелю по переводной таблице (табл.
П3) и записываются в графу «Твердость
НВ, кгс/мм2».

Галтели, динамическое испытание,
концентратор, канавка, маятниковый
копер, работа удара, статическое
испытание, ударная вязкость, усталостная
трещина.

Рис. 1. Образцы с
концентраторами:

а)
концентратор вида U;

б)
концентратор вида Т (усталостная
трещина);

в)
концентратор вида V

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.

5.5.1Чувствительность к перегреву. Стабильность плавочных свойств.

Чувствительность к перегреву проявляется
в том, что даже при небольшом перегреве
при закалке происходит заметный рост
зерна. Она характерна для сталей с узким
интервалом закалочных температур.

Нестабильность плавочных свойств
проявляется в том, что для разных плавок
стали одной марки, имеющих химический
состав, соответствующий ГОСТ, оптимальная
температура закалки сильно различается.

Причина проявления этих дефектов одна
и та же – недостаточное количество
карбидов, сдерживающих рост зерна при
нагреве под закалку.

Первый дефект присущ как некоторым БРС,
так и некоторым инструментальным сталям.
Второй отмечен для БРС.

Среди
инструментальных чувствительность к
перегреву присуща эвтектоидным сталям
из-за отсутствия в структуре вторичных
карбидов.

Это характерно и для БРС с невысоким
содержанием основных легирующих
компонентов – вольфрама и молибдена
(Р9, 11АР3М3Ф2). При этом вольфрамовые стали
обладают меньшей чувствительностью к
перегреву и более широким интервалом
закалочных температур, так как карбиды
Ме6С на вольфрамовой основе
растворяются менее интенсивно.

Закалка вольфрамомолибденовых БРС
требует более точного соблюдения
температур. Это обеспечивается применением
контрольно-регулирующих приборов более
высокого класса (закалка сталей Р18 и
Р12 успешно проводится с потенциометрами
класса 0,5 и даже 1, тогда, как для закалки
инструмента из стали Р6М5 класс точности
должен быть 0,25).

Нестабильность плавочных свойств
некоторых БРС объясняется тем, что
вследствие недостаточного легирования
вольфрамом и молибденом изменение
химического состава в пределах марки
меняет количественное соотношение
между карбидами разного типа. Например,
увеличение содержания углерода повышает
количество легко растворимого карбида
Ме23C6и снижает
количество карбида Ме6С, сдерживающего
рост зерна. Аналогично влияние снижения
вольфрама и молибдена (в пределах
марки).

Таким образом, оптимальная температура
закалки (на зерно балла 11 — 10) будет самой
низкой у стали, в которой содержание
вольфрама, молибдена и ванадия
соответствует нижнему пределу марочного
состава, а углерод – верхнему.

Нестабильность плавочных свойств
наиболее опасна для универсальных
сталей, предназначенных для массового
выпуска инструмента. При закалке от
одной температуры инструмента,
изготовленного из разных плавок, лишь
часть его будет закалена оптимально.
Часть инструмента будет закалена с
недогревом, часть — с перегревом.

https://www.youtube.com/watch?v=aeYRmaiMRXo

Обеспечить получение качественного
инструмента возможно только применением
поплавочной закалки, при которой
инструмент, изготовленный из одной
плавки, закаливают от заранее определенной
оптимальной температуры. Она определяется
предварительно на образцах-свидетелях.

Маятниковый копер мк-зоа

Рис. 4. Маятниковый
копер МК-ЗОА для испытаний на ударный
изгиб

Копер состоит из чугунной станины в
виде массивной плиты (2) с двумя
вертикальными колоннами (3). В верхней
части колонн на горизонтальной оси
подвешен укрепленный в шарикоподшипниках
маятник с грузом в виде стального
плоского диска с вырезом (5), в котором
закреплен стальной закаленный нож,
служащий бойком при испытании.

Внизу
на уровне вертикально висящего маятника
к колоннам станины прикреплены две
стальные закаленные опоры (10), на которые
помещают испытываемый образец (11). Под
опорами между колоннами проходит
тормозной ремень (12), который, прижимаясь
к маятнику, качающемуся после удара,
вызывает его торможение. Тормозной
ремень приводится в действие при
помощи педали (1).

Перед испытанием маятник поднимают на
исходную высоту и удерживают его в этом
положении защелкой (6). В копре МК-ЗОА
эта высота зависит от того, в каком
положении установлена защелка подъемной
рамы (7) в храповике.

Рис 5. Опоры и нож
маятника

При испытании образца маятник освобождается
от защелки (6), падая, ударяет образец,
разрушает его и взлетает на некоторый
угол, которым и определяется работа,
затраченная на разрушение образца.
В копре на оси маятника жестко
закреплен поводок (9). При прямом и
обратном движении маятника поводок
увлекает за собой соответственно одну
или другую стрелку шкалы (13) и оставляет
их в положении, фиксирующем нож, служащий
бойком при испытании (рис. 5).

Внизу на
уровне вертикально висящего маятника
к колоннам станины прикреплены две
стальные закаленные опоры (10), на которые
помещают испытываемый образец (11). Под
опорами между колоннами проходит
тормозной ремень (12), который, прижимаясь
к маятнику, качающемуся после удара,
вызывает его торможение. Тормозной
ремень приводится в действие педалью
(1).

При записи значения максимальной энергии
удара маятника в джоулях следует
округлять соответственно до 5; 10; 50; 100;
150 и 300 Дж.

Максимальная энергия удара маятника
должна быть такой, чтобы значение работы
удара составляло не менее 10% от максимальной
энергии удара применяемого маятника.

Скорость движения маятника в момент
удара, погрешность градуировки шкал
копра, требования к термостатам,
обеспечивающим равномерное охлаждение
или нагрев образца, термометры для
измерения температуры контрольных
образцов также регламентированы ГОСТом.

Предлагаем ознакомиться:  Расчёт клиноременной передачи.

8.1. Повышение стойкости инструмента за счет изменения структуры

ИНСТРУМЕНТА.

Стойкость инструмента
определяется, прежде всего, свойствами
материалов: инструментального и
обрабатываемого. Стойкость может быть
повышена улучшением свойств инструмента,
повышением обрабатываемости резанием
обрабатываемого материала. Весьма
важным фактором является также
рациональное применение инструментального
материала для конкретных условий
обработки (обрабатываемый материал,
конструкция режущего инструмента и
т.д.).

инструментального
материала.

Повышение
стойкости крупногабаритного инструмента
(сечением 100мм и более) достигается
применением специальных металлургических
технологий- порошкового производства
БРС и ЭШП (соответствующие технологии
см. 4.3).

Стойкость
инструмента (червячные фрезы, долбяки,
сверла) из металло-порошковых сталей
10Р6М5 МП, Р12Ф5К5 МП, Р6М5Ф3К8 МП в 1,5…3 раза
выше, чем из сталей производимых
традиционно.

Повышения стойкости
достигается за счет получения структуры
с весьма равномерным распределением
карбидов (1…2 балл карбидной неоднородности
в больших сечениях), весьма мелкими
размерами карбидов. Малые размеры
карбидов (1…3 мкм в сталях порошковых,
тогда как в сталях обычного производства
их величина может достигать15 мкм)
позволяют получить более острую режущую
кромку инструмента и, следовательно,
уменьшить силы резания. Кроме того,
такие дисперсные карбиды прочнее связаны
с матрицей, это определяет меньшую
склонность к выкрашиванию режущей
кромки инструмента.

Повышение
стойкости инструмента из порошковых
БРС достигается также за счет лучшей
шлифуемости этих сталей, они менее
склонны к образованию шлифовочных
прижогов.

Более дешевая
технология получения крупногабаритных
заготовок – ЭШП позволяет получить
структуру с меньшей карбидной
неоднородностью, чем у сталей, полученных
традиционно, и повысить за счет этого
стойкость инструмента на 20 –50%.

Повышение
стойкости инструмента может быть
достигнуто за счет рационального выбора
режимов термической обработки.

Изменяя режимы
закалки, можно целенаправленно получать
оптимальное сочетание свойств БРС,
учитывая различные условия работы
инструментов и, соответственно, разные
причины отказов (выхода из строя).

В общем случае
оптимальной является закалка,
обеспечивающая величину зерна аустенита
11-10 балла стандартной шкалы. Такая
структура обеспечивает необходимое
сочетание свойств: высокие значения
твердости и теплостойкости и
удовлетворительные прочность и вязкость
(см. 4.2).

Повышение
температуры закалки приводит к росту
твердости и теплостойкости, но прочность
и вязкость при этом снижаются из-за
роста зерна. При понижении температуры
закалки, напротив, повышаются прочность
и ударная вязкость, а твердость и
теплостойкость снижаются.

Отказ в
результате поломок или сколов режущей
кромки свидетельствует о недостаточной
прочности инструмента. В этом случае
необходимо понизить закалочную
температуру. Закалку следует выполнять
на зерно 11…12 балла. Именно так проводят
термическую обработку мелкоразмерного
инструмента (диаметром менее 1 мм –
«нулевок» — написание их диаметра
начинается с нуля: 0,1 и т.д.). Основная
причина отказа (до 70%) таких инструментов
– поломки.

Некоторое
повышение прочности достигается также
дополнительным отпуском при 520–5400С,
выполняемым после заточки инструмента.
Такой отпуск уменьшает напряжения,
полученные при шлифовании и заточке.

Причиной повышенного
износа и затупления инструмента
(инструмент «садится») является
недостаточная твердость или (и)
теплостойкость. В этом случае следует
повысить температуру закалки (величина
зерна аустенита — 9–10 балл). Такая закалка
рекомендуется для крупногабаритного
инструмента, конструктивно обладающего
высокой прочностью.

Следует
отметить, что получение необходимых
свойств БРС за счет изменения закалочных
температур ограничено. Это возможно
при изготовлении инструмента
непосредственно в инструментальном
цехе предприятия (специальный, а не
покупной инструмент) или на инструментальном
заводе по специальному заказу, в котором
оговорены режимы термической обработки.

Контрольные вопросы

1. Что такое работа удара?

2. Что такое ударная вязкость?

3. Чем вызвана необходимость проведения
испытаний на ударный изгиб?

4. Роль надреза в образцах при испытаниях
на ударный изгиб.

5. Какие виды надрезов в образцах
предусматривает ГОСТ?

6. Привидите пример обозначения работы
удара.

7. Как обозначается ударная вязкость?

8. В каких случаях не указываются цифры
в обозначении ударной вязкости?

9. Порядок проведения испытания.

10. Устройство и принцип действия
маятникового копра.

1. Что такое термическая обработка?

2. Какие виды термической обработки вы
знаете?

3. Что такое обработка холодом?

4. Что такое старение?

5. Как влияет скорость охлаждения на
структуру стали?

6. Что такое время выдержки и как оно
определяется?

7. Что такое закалка на сорбит, троостит,
бейнит, мартенсит?

8. Как произвести отжиг на мелкое зерно?

9. Что такое нормализация?

10. Какие существуют виды отпуска и для
чего они применяются?

        1. Для чего применяется отжиг после
          холодной пластической деформации?
          Выбор режима отжига.

  1. Вычертите
    диаграмму состояния железо – карбид
    железа, укажите структурные составляющие
    во всех областях диаграммы, опишите
    превращения и постройте кривую охлаждения
    в интервале температур от 1600 до 0
    °С (с
    применением правила фаз) для сплава,
    содержащего 2,7%С. Для заданного сплава
    определите процентное содержание
    углерода в фазах при температуре 950
    °С.

  2. Энергетические
    условия процесса кристаллизации. Почему
    превращения происходят при строго
    определенных температурах?

  3. Какую роль играют несовершенства
    структуры кристаллов. Какую роль играют
    дислокации в вопросах прочности и
    пластичности материала.

  4. Вычертите
    диаграмму состояния железо – карбид
    железа, спишите превращения и постройте
    кривую нагревания в интервале температур
    от 0 до 1600
    °С с
    применением правила фаз для сплава,
    содержащего 0,3%С.

  5. Отжиг. Цель и назначение диффузионного,
    изотермического отжига.

  6. Назовите режим термической обработки
    температуру закалки, охлаждающую среду
    и температуру отпуска фрез из стали
    У12. Опишите сущность проходящих
    превращений, структуру и твердость
    инструмента после термообработки.

  7. Опишите, в каких
    отраслях промышленности особенно
    перспективно применение титана и
    сплава титана.

Литература

1. Геллер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение.
Методы анализа, лабораторные работы,
задачи. – М.: Металлургия, 1984.

2. Металловедение / Под ред. М.С. Ароновича.
– М.: МЭИ, 1970.

3. Арзамасов Б.И.
Материаловедение технология конструкционных
материалов.– М: Издательский
центр «Академия», 2007.

Лабораторная работа № 8

ИСПЫТАНИЕ МАТЕРИАЛОВ НА СЖАТИЕ

Цель работы

Определение основных механических
характеристик различных материалов.

Рабочее задание

  1. Определить ударную вязкость материала
    при сжатии

  2. Определить предел прочности.

Оборудование и материалы

Виртуальный
лабораторный комплекс, пресс гидравлический
(ПСУ-10).

Проведение испытания

1. Взять образец со стола;

2. Установить образец между плитами;

3. При помощи тумблера сети (рис. 1)
включить пресс в сеть (загорится лампочка
«СЕТЬ» на пульте управления прессом);

Рис. 1. Тумблер
включения сети

4. Установить
режим работы на пульте управления
«НАГРУЖЕНИЕ», что будет соответствовать
ходу пресса вверх. Режим «0» –работа
вхолостую и передвижения пресса не
будет. Режим «СБРОС» используется при
разгрузке образца (обратный ход плиты
пресса);

5. Включить прибор СИ-2;

6. На СИ-2 с помощью кнопок выставить
уровень защиты. Уровень защиты выставляется
в кН. Если уровень защиты ниже усилия
пресса, то пресс автоматически выключается.
Если такое произошло, то для включения
пресса нажать на кнопку «НАСОС»;

7. На СИ-2 выставить скорость нагружения
– разница между нагрузкой в данный
момент и предыдущей. Если скорость
нагружения больше установленной, то
пресс автоматически выключается;

8. При включении СИ-2 горит лампочка
«ПУСК», что соответствует отображению
данных в реальном времени. При нажатии
на кнопку произойдет переключение
режимов отображения – загорится лампочка
«МАКС» и на панели будет отображаться
последнее максимальное значение
напряжения. При повторном нажатии на
кнопку режим вернется в «ПУСК» (режим
реального времени);

10. По завершению опыта пресс
автоматически выключится, СИ-2 продолжает
работать;

11. Установить режим работы на «СБРОС».
Дождаться, пока нижняя плита придет в
исходное положение, – образец можно
извлекать. Положить образец на стол;

12. Снять диаграмму и положить ее на
стол. После того как динамограмма
оказалась на столе, имеется возможность
посмотреть ее (щелчок на диаграмму
поднимает ее перпендикулярно перед
пользователем, повторный щелчок убирает
ее обратно на стол);

13. Взять новый образец и провести
испытания дальше;

14. Вычислить
предел прочности дерева вдоль волокон
по формуле: (1)

где Fвс
– наибольшая нагрузка, предшествующая
разрушению образца;

А0 – площадь поперечного
сечения образца до начала испытания;

15. Заполнить табл. 1.

Таблица 1

Результаты испытания материалов на
сжатие

Наименование образца

Площадь сечения, см2

Максимальная нагрузка, Н

Предел прочности, МПа

9.1. Критерии обрабатываемости резанием.

Обрабатывамость
резанием определяется рядом факторов:

  • производительностью
    обработки;

  • качеством
    обработанной поверхности (шероховатость);

  • видом
    образующейся стружки.

В зависимости
от условий обработки любой из названных
критериев может оказаться решающим.
Так, в условиях автоматизированного
производства важнейшим является вид
стружки и легкость ее удаление из зоны
резания, тогда как при работе на станках
с ручным управлением это не существенно.

Наиболее
распространенный критерий — по
производительности
обработки.
Это скорость резания, при которой
обеспечивается определенная стойкость
инструмента. Часто пользуются критерием
V60
– это скорость резания (м/мин), при
которой достигается 60-минутная стойкость
инструмента до регламентируемого
износа. Для труднообрабатываемых
материалов заданный период стойкости
может быть понижен до 30 или даже до 15
мин.

Предлагаем ознакомиться:  Когда появляются темные выделения из влагалища

Критерий
V60
является абсолютным показателем
обрабатываемости. Используют также
относительный показатель — Кv.

Кv.=
V60i
/V60эт,
где V60i
и V60эт
– обрабатываемость исследуемой и
эталонной стали. За эталон часто
принимается сталь 45 с твердостью
160…180НВ.

Качество
обработанной поверхности
оценивается высотой микронеровностей,
а также наличием макродефектов
обработанной поверхности.

Вид
стружки.
Хорошо удаляется из зоны резания стружка
надлома (серые чугуны), плохо – сливная
(стали).

Стали – наиболее
распространенный конструкционный
материал. Так, доля обработки резанием
составляет, примерно:

  • углеродистых
    и низколегированных сталей 70%;

  • высоколегированных
    сталей – 8%;

  • чугунов –
    14%;

  • цветных
    металлов – 4%;

  • прочих
    материалов – 4%.

Кv.(V60)
зависит от механических свойств, состава
и структуры стали. Более высокие
механические
свойства
сталей (твердость, прочность) определяют
их более низкую обрабатываемость
резанием. Это объясняется большим
изнашивающим воздействием обрабатываемого
материала на инструмент, а также
повышением уровня напряжений в инструменте
при обработке более прочных сталей.

Оба
эти фактора способствуют повышению
температуры в зоне резания, что приводит
к потере твердости инструмента, причем
тем сильнее, чем выше температура. Если
температура в зоне резания ниже, чем
при отпуске, происходит только «обратимая»
потеря твердости инструментального
материала, если выше, то и — «необратимая»
(см. 2.6).

Обрабатываемость
резанием сталей тем ниже, чем больше в
них содержится углерода
и легирующих компонентов.

Увеличение
содержания углерода приводит к росту
количества карбидной фазы, обладающей
высокой твердостью и оказывающей сильное
изнашивающее воздействие на инструмент.
Так, при твердости около 180НВ, Кvсталей,
содержащих 0,6 и 0,8%С, составляет 0,52 и 0,4,
соответственно.

Легирующие
компоненты повышают твердость феррита.
Это повышение наиболее заметно при
легировании компонентами, растворяющимися
в феррите — марганцем, кремнием, никелем,
оно слабее при легировании сильными
карбидообразующими компонентами —
молибденом, вольфрамом, хромом (табл.
9.1).

Таблица 9.1.

Влияние легирования на
обрабатываемость резанием

низколегированных
сталей.

Тип стали

Твердость,

НВ

КVпри точении инструментом из

БРС

Твердого
сплава

Углеродистые

137 — 241

0,8…2,0

0,9…1,7

Хромистые
(до 1,5% Cr)

137…241

0,7…1,6

0,9…1,4

Марганцовистые
(до 2% Mn)

137 — 241

0,5…1,3

0,75…1,25

Легирование
может очень сильно, скачкообразно,
ухудшить обрабатываемость резанием.
Это происходит при изменении класса
сталей. Так, обрабатываемость
коррозионно-стойких хромоникелевых
сталей (18%Cr,
9…10%Ni)
очень плохая — Кv
= 0,3, хотя ее твердость не выше, чем устали
45. Это связано с тем, что стали Х18Н9,
Х18Н10 является аустенитными.

Основным
структурным фактором, определяющим
обрабатываемость резанием и углеродистых,
и легированных сталей, является форма
карбидов.
Более сильное изнашивающее воздействие
на инструмент оказывают карбиды
пластинчатой, а не сферической (зернистой)
формы, как имеющие большую поверхность
раздела. Так, переход от пластинчатой
формы карбидов к зернистой повышает Кv
сталей У12, 40Х, 35ХГСА на 25…30%.

Теоретические основы испытания материалов на сжатие

Следует отметить, что при сжатии стали
предел пропорциональности, предел
текучести, модуль упругости Е приблизительно
имеют такие же значения, как и при
растяжении. Хрупкие материалы (чугун,
камень, бетон и др.) разрушаются при
сжатии (рис. 3), выдерживая при этом
значительно большее напряжение, чем
при растяжении.

Рис. 2. Деформация
стального образца при сжатии

Рис. 3. Деформация
чугунного образца при сжатии

Испытание деревянных образцов представляют
собой интерес вследствие того, что
прочность этого материала, имеющего
волокнистую структуру, неодинакова
вдоль и попрек волокон (анизотропный
материал).

Для испытаний применяют деревянные
кубики (рис. 4). Прочность дерева на сжатие
вдоль волокон обычно в 8-10 раз больше,
чем поперек волокон (рис. 5).

Образцы до и после сжатия выглядят
следующим образом.

Рис. 4. Деревянные
образцы, разрушенные при сжатии волокон

Рис. 5. Деревянный
образец до и после сжатия поперек волокон

Пресс гидравлический (псу-10)

Гидравлический пресс ПСУ-10 предназначен
для испытания стандартных образцов
строительных материалов на сжатие, а
также поперечного изгиба кирпича
согласно ГОСТ 530-54 на ПСУ-10.

Рис. 8. Общий вид
гидравлического пресса ПСУ-10

По конструкции
силовозбуждающего устройства пресс
относится к типу гидравлических и
включает в себя три отдельных агрегата:
собственно пресс (рис. 8), пульт управления
(рис. 9), силоизмеритель СИ-2 (рис. 10).

Собственно пресс представляет собой
неподвижную раму, состоящую из станины
(5) и поперечины (1), соединенных между
собой двумя колоннами (3). В центральном
гнезде поперечины смонтирована винтовая
пара, на которую закреплена плита опорная
верхняя (2).

В центральной части станины расположен
рабочий цилиндр пресса, в котором
помещается плунжер. К плунжеру прикреплена
плита нижняя (4). Под действием давления
масла в цилиндре плунжер перемещается
вверх. Максимальное передвижение его
вверх должно быть в пределах 50 мм.
Подвижные части
машины опускаются вниз под действием
собственного веса.

Рис. 9. Панель
управления прессом

(1) – переключатель режимов работы
пресса, где «0» – нерабочее состояние,
«СБРОС» – состояние сброса нагрузки
пресса и возврата нижней плиты в нижнее
положение, «НАГРУЖЕНИЕ» – состояние
нагрузки пресса (нижняя плита перемещается
вверх);

(2) – лампочка индикации сети;

(3) – кнопка включения насоса,
подающего жидкость в гидро-цилиндр
пресса;

(4) – кнопка выключения насоса;

(5) – переключатель скорости нагружения
пресса;

(6) – динамограф.

Рис. 10. Панель
силоизмерителя СИ-2

(1) – кнопка включения прибора (вкл/выкл);

(2) – кнопки включения уровня защиты
напряжения. Включение уровня защиты
напряжения обеспечивает автоматическое
выключение пресса, при достижении
напряжения выше указанного;

(3) – кнопка режимов отображения
напряжения. При включении режима I
загорится индикатор «ПУСК» и числовое
табло (6) будет отображать напряжение
пресса в реальном времени. При включении
режима II загорится индикатор «МАКС» и
числовое табло (6) будет отображать
последнее максимальное напряжение
пресса;

(4) – ручка ручной настройки СИ-2;

(5) – кнопки включения уровней защиты
скорости нагружения;

Включение уровня защиты скорости
нагружения обеспечивает автоматическое
выключение пресса, при скорости нагружения
выше указанной.

Рис. 11. Стол с
образцами

Рис. 12. Пример
диаграммы

10.2.1. Органические связки — бакелитовая и вулканитовая.

Бакелит-
термореактивная фенолформальдегидная
смола, в качестве отвердителя используется
уротропин, наполнителя — алебастр. После
приготовления и формования смеси
производится термическая обработка.
Нагрев до 50-100°С вызывает размягчение
смолы и связывание абразива, при повышении
температуры до 180-200°С происходит
отверждения (бакелизация), придающая
изделию окончательные свойства.

В процессе работы
происходит выкрашивание частиц
наполнителя, образующиеся при этом поры
облегчают удаление продуктов шлифования
из зоны резания. Это повышает
работоспособность кругов. Круги на
бакелитовой основе обладают хорошей
самозатачиваемостью, прочностью и
упругостью. Они применяются для обдирочных
и черновых работ, а также при чистовом
шлифовании. Армированные круги на
бакелитовой основе позволяют выполнять
шлифование с высокими скоростями — до
60 м/с.

Недостаток бакелитовой
связки определяется релаксационными
свойствами пластмасс — деформацией при
постоянной нагрузке, приводящей к потере
размера круга.

Основой вулканитовойсвязки является синтетический каучук,
в ее состав входят также наполнители
(сажа, окись цинка) для повышении прочности
и мягчители (стеарин) для облегчения
смешивания каучука с порошковыми
компонентами. Окончательные свойства
достигаются в процессе вулканизации
(сшивания).

В зависимости от количества
серы получают различные свойства связки.
При ее содержании до 15% связка имеет
высокую пластичность, но низкую твердость.
При содержании серы 20-60% получается
твердый и прочный материал — эбонит.
Таким образом, круги на вулканитовой
основе могут быть гибкими или твердыми.

Твердая вулканитовая
связка обладает большей прочностью,
чем бакелитовая, поэтому она применяется
для изготовления тонких кругов. Для
чистовой обработки применяют круги со
связкой, обладающей большей податливостью,
чем бакелитовая. В этом случае при
повышении сил резания происходит
деформирование связки, зерно при этом
не выкрашивается, а вдавливается,
«утопает» в связке. Это оказывает
полирующее воздействие на обрабатываемую
поверхность.

Она обладает более
высоким прочностью, жесткостью и
химической стойкостью по сравнению с
органическими. В ее состав входят
огнеупорная глина, тальк, полевой шпат,
стекло, состоящие из окислов Al,Si,Mg,K,Na,B. Инструмент
на керамических связках получают в
результате сплавления (плавящиеся
связки, например, марка «К5» — 30% глины,
и по 35% полевого шпата и борного стекла)
или спекания (спекающиеся связки, марка
«К» — 30% глины и 70% полевого шпата) абразива
с твердыми компонентами Плавящиеся
связки применяются при изготовлении
инструмента из электрокорунда, на
границе «абразив — связка» образуются
твердые растворы.

Предлагаем ознакомиться:  Как выращивать брокколи на огороде: сроки посадки и особенности ухода

Это обеспечивает
после охлаждения прочное соединение
зерна и связки. Карбид кремния при
взаимодействии с жидкой фазой разлагается,
поэтому плавящиеся связки использовать
нельзя. Прочность удержание абразива
в спекающейся связке ниже, поэтому ее
количество в инструменте в 2-3 раза
больше, чем плавящейся.

Инструменты на
керамической связке хорошо сохраняют
профиль и отводят тепло, но плохо работают
при ударных нагрузках из-за повышенной
хрупкости, свойственной керамике.

Теоретические основы испытания материалов на растяжение

σ = F/A0,
(Па, МПа),

где F– сила,A0– площадь поперечного сечения образца,
м2(рис.
7);A0=πd02/4,d0– начальный диаметр образца, м.

Напряжение в системе СИ выражается в
Н/м2или
МН/м2,
т.е. МПа. На практике может быть использована
размерность кгс/мм2,
(1 кгс/мм2=
= 9,81 МПа);1 кгс = 9,8 Дж; 1 кгс/см2= 0,1МПа; 1МПа = 1000000 Па;
1
Па = 1Н/м2;
1 МПа =
1Н/мм2
= 10 кгс/см2.

Деформацией в механике называется
процесс изменения взаимного расположения
каких-либо точек твердого тела. Деформация
может быть обратимой (упругой), исчезающей
после снятия нагрузки, и необратимой –
остающейся после снятия деформирующего
усилия. Необратимую деформацию называют
пластической или остаточной. При
определенных условиях нагружения
деформация может закончиться разрушением.

Процесс деформации под действием
постепенно возрастающей нагрузки
складывается из трех последовательно
накладывающихся одна на другую
стадий.

Рис. 7. Схема процесса
деформации

Даже незначительное усилие вызывает
упругую деформацию, которая в чистом
виде наблюдается только при нагрузках
до точки А. Упругая деформация
характеризуется прямо пропорциональной
зависимостью от нагрузки и упругим
изменениям межатомных расстояний. При
нагрузках выше точки А в отдельных
зернах металла, ориентированных наиболее
благоприятно относительно направления
деформации, начинается пластическая
деформация.

Механические свойства материалов:
прочность, твердость, пластичность,
вязкость, упругость определяются при
различных условиях нагружения и разных
схемах приложения усилий. Широко
распространено испытание материалов
на растяжение, по результатам которого
можно определить в частности показатели
прочности и пластичности материала.

Теоретические основы испытания материалов на кручение

При кручении бруса круглого поперечного
сечения в плоскостях, перпендикулярных
к его продольной оси, и в плоскостях
совпадающей с этой
осью, возникают только касательные
напряжения, в плоскостях, расположенных
под углом 45° к оси бруса,–только нормальные
напряжения (главные). Напряженное
состояние во всех точках–чистый сдвиг.

Нормальные и касательные
напряжения по величине равны между
собой, поэтому разрушение образца при
кручении может произойти от сдвига или
отрыва. Так как сопротивление сдвигу
или отрыву у различных материалов
неодинаково, разрушение образцов при
испытании на кручение будет происходить
различно.

Рис.
4.
Характер разрушения образцов при
кручении: А)разрушение
стального образца, вызванное сдвигом
по поперечному сечению образца; Б)
разрушение чугунного образца от отрыва
по винтовой поверхности с углом наклона
45° к оси образца; В) разрушение деревянного
образца, вызванное сдвигом в продольном
осевом сечении

Рис. 5. Диаграмма
кручения образцов: а) стального; б)
чугунного; в) деревянного

Диаграмма зависимости угла закручивания
φот крутящего моментаМкнаглядно отражает процесс
деформации образца при кручении. Сначала
деформация (угол закручивания)
увеличивается пропорционально нагрузке
(крутящему моменту) и на диаграмме –
прямая (закон Гука) (рис. 5,а);
затем деформация растет значительно
быстрее нагрузки, и на диаграмме
появляется криволинейный участок.
Диаграмма обрывается при наибольшем
значении крутящего момента, соответствующего
разрушению образца.

Разрушение чугунного образца происходит
внезапно по наклонному сечению. Зернистый
характер излома является средством
разрушения от отрыва. На диаграмме
кручения чугунного образца (рис.
5,б) видно, что чугун не совсем
строго подчиняется закону Гука (кривая
имеет несколько выпуклый характер) и
не получает при разрушении от кручения
значительных остаточных деформаций.

На диаграмме кручения деревянного
образца (рис. 5,в)
вначале момент возрастает пропорционально
углу закручивания, затем после достижения
максимальной величины начинает заметно
уменьшаться вследствие образования в
образце продольной трещины.

Испытательная машина км-50-1

Испытательная машина КМ-50-1 предназначена
для испытания образцов из металлов на
кручение с наибольшим крутящим моментом
50 кгс/м2в соответствии с методами, указанными
в ГОСТе 3565-58.

Разрешается также
проводить также на машине испытания
образцов из других материалов. На рис. 6
представлена схема испытательной
машины.

Рис.
6.
Схема испытательной
машины КМ-50-1

Машина состоит из следующих частей:
остова, привода, механизма нагружения,
моментоизмерителя, устройства записи,
ручного привода, захватов и электроаппаратуры.

Остов представляет собой замкнутую
раму, основание которой –чугунный корпус привода (1), боковые
стороны–две стальные
цилиндрические колонны (2) и (3), нижние
концы их закреплены в корпусе привода,
а верхние закреплены чугунным корпусом
механизма нагружения (4). На левой колонне
укреплен корпус моментоизмерителя (5).
На остове размещаются все узлы и детали
машин.

При работе электродвигателя в зависимости
от установки переключателей скоростей
активный захват совершает 1 или 0,3 оборота
в минуту. При работе ручным приводом
(6) переключатель скоростей должен быть
установлен в нейтральное положение,
чтобы зубчатые передачи не работали,
т.е. против отметки «0».

Для закрепления образцов различной
длины нижний активный захват может
устанавливаться на различной высоте
маховиком (8). Нижний захват расположен
в ходовом винте на направляющих,
выполненных внутри шариковых обойм,
которые обеспечивают осевое давление
захвата во время испытания образцов.

Угол образования описывается по шкале
(9), установленной на ходовом винте. В
шкале 360 делений, цена каждого из них
соответствует углу закручивания в 1°.
Целые обороты ходового вала фиксирует
специальный счетчик с пределом измерения
в 10 оборотов.

Показания по шкале углов закручивания
соответствуют относительному повороту
захвата машины, т.к. поправка на поворот
верхнего захвата вносится автоматически
корректирующим приспособлением (10).
Верхнюю направляющую корректирующего
устройства перед испытанием образца
необходимо подводить рукой до
соприкосновения с верхним захватом
(11).

Необходимо иметь в виду, что из-за
инерционного пробега вала нижнего
захвата после выключения механического
привода в момент разрушения образца
углы закручивания следует отсчитывать
по шкале, если они не менее 200°, точно
отсчитывать каждые углы можно, лишь при
нагружении образца ручным приводом.

Для создания уравновешивающего момента
привода служит механизм нагружения, в
нижней части которого установлен верхний
захват (11). Уравновешивающий момент
создается с помощью сектора, связанного
гибкой связью с маятником, имеющимсъемные грузы, которые устанавливаются
в зависимости от применяемой при
испытании шкалы моментоизмерителя.

Моментоизмеритель
предназ-начен для отсчета по шкале
моментов (12) при помощи рабочей (13) и
контрольной (14) стрелок момента,
приложенного к образцу. Конструкция
моментоизмерителя рассчитана так, что
величина момента, приложенного к образцу,
прямо пропорциональна углу отклонения
рабочей стрелки по круговой шкале.
Стрелка по круговой шкале показывает
непосредственно действующий на образец
момент.

Д
Рис. 7. Общий вид
испытательной машины КМ-50-1ля закрепления образцов, испытываемых
на кручение, машина имеет клиновые
захваты. Верхний захват (11) установлен
в шпинделе головки нагружения, нижний
захват (7)–в ходовом
винте. Клиновые захваты снабжены
постоянными вкладышами, которые
перемещаются пружиной, поджимаемой
рукояткой.

Рис.
8. Эскиз образца круглого сечения

Рис.
9. Столы с образцами (сталь, чугун, дерево)

Теоретические основы испытания материалов на изгиб

Рассмотрим общий метод определения
перемещения, пригодный для любой
линейно-деформируемой системы, при
любой нагрузке. Этот метод предложен
немецким ученым О. Мором.

где EJ– жесткость
участка балки;М1– выражение для изгибающего момента
для произвольного участка, от единичной
нагрузки, приложенной к сечению, где
определятся перемещение;МF– выражение для изгибаю-щего
момента от заданной внешней нагрузки
для того же произвольного участка.
Интеграл записывается для каждого
участка балки (Н∙м).

Прямой изгиб подразделяют
на чистый и поперечный. При чистом прямом
изгибе в поперечных сечениях балки
возникает лишь один внутренний силовой
фактор –
изгибающий момент. При поперечном прямом
изгибе в поперечных сечениях балки
наряду с изгибающим моментом возникает
и другой внутренний силовой фактор –
поперечная сила.

В качестве примера рассмотрим балку с
консолями постоянной жесткости EJи лежащую на двух опорах (рис. 4).

(4)

.
(5)

.
(6)

Рис. 4. Расчетная
схема балки

Обработка результатов, их обобщение и выводы

После заполнения всех граф протокола
термообработки каждый студент должен
произвести обработку результатов
эксперимента, т.е. построить графики
зависимости твердости от скорости
охлаждения НВ=f(Uохл)
и зависимости твердости от температуры
отпускаНВ=f(Тотп).

Проанализировав построенные графики,
сделать выводы:

  1. О характере изменения твердости стали
    в зависимости от скорости охлаждения
    в различных средах;

  2. О характере изменения твердости стали
    в зависимости от температуры отпуска.

Загрузка ...
Adblock detector