Выполнение работы
Данная лабораторная работа состоит из двух частей. В первой части работы по изменению размеров образцов (рис. 1) устанавливаем наличие и знак дополнительных напряжений. Во второй части изучается влияние дополнительных напряжений на сопротивление деформации и пластичность при растяжении стальных цилиндрических образцов.
Проведение испытаний по изучению влияния формы образцов на появление дополнительных напряжений
Влияние формы проследим на примере прокатки на лабораторном стане с гладкими рабочими валками трех образцов из малоуглеродистой стали с разной формой поперечного сечения (рис. 1, а). Прокатка образцов производится за несколько пропусков до появления на них поперечных трещин. По форме прокатанных образцов, изменению размеров и по характеру расположения трещин (рис. 1, б) делается заключение о наличии и знаке дополнительных напряжений первого рода. На рис. 2 в качестве примера приведены эпюры (качественная картина) продольных, т.е. действующих вдоль направления прокатки, основных, дополнительных и рабочих напряжений при прокатке образца с симметричным поперечным сечением с утолщенной средней частью.
Рис. 1. Формы поперечных сечений образцов до прокатки (а) и вид сверху
на образцы после прокатки (б)
Рис. 2. Форма поперечного сечения образца до прокатки (а) и эпюры продольных основных (б), дополнительных (в) и рабочих (г) напряжений при прокатке
Влияние дополнительных напряжений
Влияние дополнительных напряжений на пластические свойства и сопротивление деформированию при растяжении стальных образцов изучается при испытании на растяжение. Цилиндрические образцы и образцы с кольцевым надрезом (рис. 3) изготавливаются из одного прутка, чтобы обеспечить одинаковые свойства материала. При растяжении образца с надрезом возникают дополнительные напряжения первого рода. Поэтому, оценивая показатели сопротивления деформации (S , b) и пластичность (l , ), можно судить о влиянии дополнительных напряжений на сопротивление деформации и пластичность. В процессе растяжения образцов записывается индикаторная диаграмма «усилие деформации – удлинение образца» и фиксируется максимальная величина усилия растяжения, а также величина удлинения образца lP к моменту его разрыва, что позволяет определить масштаб индикаторной диаграммы, предел текучести S и величину относительного удлинения l .
Влияние кольцевого надреза на цилиндрическом образце на сопротивление деформации и пластичность вызвано следующими причинами.
При растяжении гладкого цилиндрического образца, т.е. образца без кольцевого надреза (рис. 4, а), на протяжении всего процесса равномерного удлинения возникает схема линейного напряженного состояния, когда в любом сечении «а-а» действуют главные нормальные напряжения 1. Дополнительные напряжения первого рода в образце не возникают, т.к. он удлиняется равномерно по сечению (деформация удлинения l одинакова как у продольной оси симметрии, так и у поверхности образца). При достижении напряжения S такой образец начинает пластически деформироваться.
При растяжении же образца с надрезом (рис. 3, б) напряжения в поперечном сечении распределяются неравномерно. При этом в зоне, примыкающей к продольной оси симметрии, возникает схема линейного напряженного состояния (1 = S ), а в примыкающей к поверхности канавки периферийной зоне - схема объемного напряженного состояния (рис. 4, б). Это происходит вследствие влияния соседних, имеющих большее поперечное сечение участков образца, сдерживающих (появляются напряжения 2 , 3 ) деформацию поперечного сужения. В связи с этим необходимые для протекания пластической деформации в периферийной зоне напряжения i превышают предел текучести (1 = S + 3). Поэтому и среднее по сечению образца значение сопротивления деформации будет превышать S , полученное при растяжении гладкого образца. С другой стороны, неравномерное распределение напряжений всегда будет вызывать частичное разрушение образца в тех местах, где местные напряжения превысят предел прочности материала. В результате этого живое сечение надрезанного образца будет уменьшаться и образец разрушится при меньшей степени деформации, чем гладкий образец. Таким образом, образец с надрезом обладает большим сопротивлением деформации и меньшей пластичностью.
В отчете по данной лабораторной работе должно быть представлено:
а) краткое описание работы;
б) эскизы и размеры образцов до и после деформации;
в) кривые испытаний на растяжение гладкого и надрезанного образца;
г) выводы о влиянии дополнительных напряжений первого рода на поведение металла при пластической деформации.
Рис. 3. Эскизы образцов Рис. 4. Схема напряженного состояния
центральной и периферийной зон при растяжении: а – цилиндрического образца; б – образца с кольцевым надрезом