МАТЕРИАЛОВ

 

Цель работы:

1.Определить механические характеристики материалов: для пластич­ных - предел пропорциональности, для хрупких - временное сопротив­ление.

2.Сравнить поведение пластичных и хрупких материалов при испытании на сжатие.

 

Испытания на сжатие распространены гораздо меньше, чем испытания на растяжение. Как правило, испытанию на сжатие подвергают такие мате­риалы, как дерево, чугун, бетон и некоторые другие хрупкие материалы, которые лучше сопротивляются сжатию, чем растяжению и применяются для изготовления элементов конструкций, работающих на сжатие.

Рассмотрим особенности поведения пластичных и хрупких материа­лов при испытаниях на сжатие.

Для испытаний на сжатие применяют образцы либо цилиндрической формы, либо в форме кубика. При испытании металлов (сталь, бронза, дю­раль, чугун и др.) применяются образцы цилиндрической формы, причем во избежание искривления высота h цилиндрического образца не долж­на превышать двух-трех диаметров d

Образцы в форме кубика применяются при испытании бетона, камня, дерева и т.д.

 

1.Сжатие пластичных материалов

На рис.5 приведена диаграмма сжатия образца из малоуглеродистой стали. В начале диаграммы так же, как при растяжении, имеется прямолинейный участок AO, выражающий пропорциональную зависимость между нагрузкой и деформацией (закон Гука). Точка A диаграммы соответствует пределу пропорциональности при сжатии

= , (10)

 

где - начальная площадь поперечного сечения образца.

После перехода через предел пропорциональности наблюдается бо­лее быстрый рост деформаций, причем от точки В диаграммы деформации растут без увеличения нагрузки - материал течет. Точка В диаграммы соответствует пределу текучести при сжатии

. (11)

При нагрузке F_y, соответствующей пределу текучести, образец получает заметные остаточные деформации, которые выражаются в его укорочении и увеличении поперечного сечения. Вследствие сил трения между торцами образца и опорными поверхностями испытательной маши­ны образец принимает бочкообразную форму (рис.6).

Рис.5 Рис.6

 

Для дальнейшей деформации образца необходимо увеличивать наг­рузку - кривая на диаграмме сжатия (рис.5) идет резко вверх. Обра­зец расплющивается в тонкий диск, не обнаруживая признаков разруше­ния. Поэтому временное сопротивление при сжатии пластичных ма­териалов не определяется.

При сжатии пластичных материалов так же имеет место явление наклепа.

У пластичных материалов пределы пропорциональности и пределы текучести при испытании на растяжение и сжатие практически одинаковы.

 

2.Сжатие хрупких материалов

 

Хрупкие материалы при сжатии разрушаются при малых деформа­циях. Разрушение происходит внезапно с образованием трещин по нак­лонным или продольным плоскостям. Временное сопротивление при сжатии таких материалов как чугун, бетон и камень в два и более раз превы­шает временное сопротивление при растяжении.

Диаграмма сжатия чугуна (рис.7) не имеет прямолинейного уча­стка. Точка E диаграммы соответствует временному сопротивлению при сжатии

= . (12)

Разрушение чугунных образцов, а так же образцов из некоторых марок алюминиевых сплавов, происходит по плоскости (рис.8), наклоненной к оси образца на угол, близкий к 45° от действия максимальных ка­сательных напряжений.

 

Рис.7 Рис.8

Подготовка образцов к испытанию

Измерить диаметр d и высоту h образцов. Вычислить началь­ную площадь поперечного сечения каждого образца.

Проведение испытания 1

1. Установитьобразец из пластичного материала (стали, бронзы и др.) на нижнюю траверсу испытательной машины.

2. Взаписывающее устройство установить лист миллиметровой бумаги.

3. Плавно нагружать образец усилием (до 60 70 кН)

4. Разгрузить образец.

5. Из записывающего устройства извлечь диаграмму сжатия.

 

Обработка результатов испытания 1

1. На диаграмме сжатия установить точку A (рис.5) в конце прямо­линейного участка.

2. Измерить ординату точки A в мм и умножить ее на масштаб диаг­раммы. Полученное значение записать в журнал лабораторных ра­бот.

3. Вычислить предел пропорциональности при сжатии по формуле (10).

4. Сравнить с пределом пропорциональности при растяже­нии. (см. лаб. работу №1).

5. В журнале лабораторных работ начертить диаграмму сжатия и выпол­нить эскиз образца до и после испытания.

 

Проведение испытания 2

 

1. Установить образец из хрупкого материала (чугуна, дюрали др.) на нижнюю траверсу испытательной машины.

2. В записывающее устройство установить лист миллиметровой бумаги.

3. Плавно нагружать образец усилием до разрушения.

4. Из записывающего устройства извлечь диаграмму сжатия.

Результаты испытаний

Таблица 3

 

Вариант	Пластичные материалы	Хрупкие материалы
материал	, кН	материал	, кН
	Медь М4		Чугун марки СЧ 12
	Латунь Л90		Чугун марки СЧ 15
	Латунь Л59		Чугун марки СЧ 18
	Латунь ЛН65-5		Чугун марки СЧ 21
	Латунь ЛО60-1		Чугун марки СЧ 24
	Алюминий АМг5П		Чугун марки СЧ 28	78, 5
	Алюминий АМг1		Чугун марки СЧ 32
	Бронза Бр. Б2		Чугун марки СЧ 35
	Бронза Бр. Мц5		Чугун марки СЧ 38
	Сталь Ст0		Чугун марки ВЧ 40-10

 

 

По окончании испытаний следует сделать вывод о форме разрушения хрупкого и пластичного образцов.

Все расчеты и выводы по работе занести в журнал лабораторных работ.

 

Обработка результатов испытания 2

 

1. Ha диаграмме сжатия установить точку (рис.7) в том месте, где диаграмма достигает максимума.

2. Измерить ординату точки в мм и умножить ее на масштаб диаг­раммы. Полученное значение записать в журнал лабораторных ра­бот.

3. Вычислить временное сопротивление при сжатии по формуле (12).

4. В журнале лабораторных работ начертить диаграмму сжатия и выпол­нить эскиз образца до и после испытания.

 

Контрольные вопросы

 

1. Укажите соотношение между размерами круглого образца при испытании на сжатие.

2. В каких координатах строят диаграммы сжатия?

3. Укажите механические характеристики, определяемые при сжатии пластичных и хрупких материалов.

4. Запишите закон Гука при сжатии.

5. Укажите примерное соотношение между временным сопротивлением чугуна при испытании на сжатие и на растяжение.

6. Укажите характер разрушения чугунного образца при сжатии.

7. Какой характер разрушения имеет образец из малоуглеродистой стали при сжатии?