Материаловедение (стр. 7 )

1. Изучить ГОСТ Отливки из чугуна и стали. Термины и определения дефектов.

На какие группы делят дефекты отливок из чугуна и стали?

2. Записать в таблицу (группируя их согласно классификации) названия следующих дефектов:

1) щель в стенке отливки;

2) нарушение размера отливки при очистке;

3) выступ произвольной формы;

4) прожилки на поверхности отливки;

5) шероховатость поверхности;

6) полость с газами в теле отливки;

7) мелкие поры в теле отливки;

8) неметаллическая частица в отливке;

9) местное скопление химических элементов;

10) проявление структуры другого чугуна;

11) открытая или закрытая полость.

Название дефекта	Описание дефекта	Причина возникновения

Раздел 2 Неметаллические материалы.

Лабораторные работы к темам 7, 8, 10-15

Лабораторная работа № 10

Определение деформационно-прочностных свойств

при одноосном растяжении

текстильных, кожевенных материалов и резин

Цель работы: изучение методики определения деформационно-прочностных свойств при одноосном растяжении текстильных, кожевенных материалов и резин

Оборудование и материалы: разрывная машина РТ-250М (FP-100/1), образцы текстильных полотен, кожи и искусственной кожи, резины; толщиномер.

10.1 Основные сведения

При одноосном полуцикловом растяжении материалов определяют следующие характеристики:

абсолютное удлинение рабочей части пробы материала, Dl мм:

Dl = l1 - l ,

(10.1)

где l1 - длина рабочей части элементарного образца материала при действии внешней силы Р, мм; l - длина рабочей части образца до приложения нагрузки, мм;

относительное удлинение рабочей части образца материала, e:

e = 100%×[ (l1 - l) / l ] = 100%×(Dl/ l ) ;

(10.2)

напряжение, возникающее в материале в ответ на действие внешней силы, s, МПа:

s = 10· Р/ F ,

(10.3)

где: Р - действующая сила, даН; F - площадь поперечного сечения образца материала, мм2; F = b×h, b - ширина, мм, и h - толщина, мм;

прочность - сила, которую необходимо приложить к образцу материала для его разрушения, Р*, даН;

предел прочности - напряжение, предшествующее разрушению материала, s*, МПа:

s* = 10· Р*/ F.

(10.4)

коэффициент поперечного сокращения - m :

m = eпоп/eпрод ,

(10.7)

где eпоп - относительная деформация (относительное сокращение) образца в поперечном направлении:

eпоп = 100%×(b - b1)/b;

(10.8)

b - ширина рабочей части образца материала до растяжения; b1 - ширина рабочей части образца при заданном значении Р ; eпрод - относительная деформация рабочей части образца в продольном направлении.

Материалы, применяемые для производства изделий лёгкой промышленности, не подчиняются закону Гука, поэтому уравнение зависимости Р = f(Dl) (рис. ) имеет степенной вид:

e = АQn ,

(10.9)

где А - коэффициент растяжимости материала, Н-1 (даН-1); Q = 0,1P; n - показатель степени.

Рис. 10.1 График растяжения образца материала

Рис. 10.2 Графики растяжения образцов материалов до Р = 0,75×Р* , имеющих разное значение показателя степени n уравнения в уравнении e = АQn

Рис. 10.3 Графическое определение показателя степени n и коэффициента

растяжимости А

Уравнение (10.9) описывает кривую растяжения материала только при действии на материал внешней силы Р £ 0,75×Р*.

Коэффициент растяжимости А для всех видов материалов определяется при действии на образец силы Р = 10 даН. Относительная деформация e при этой силе принимает значение eА, и, исходя из уравнения (10.9), eА численно равно А, так как при Q=1, значение Qn = 1. Для расчёта eА из графика зависимости Р=f(Dl) определяют величину абсолютного удлинения DlA при Р = 10 даН (рис.10.1). Зная DlA, относительную деформацию eА вычисляют по формуле:

eА = 100×(DlA/l) .

(10.10)

Показатель n можно рассчитать из формулы (10.9). Если прологарифмировать уравнение e = АQn , то n = (lge - lgA)/lgQ . Показатель степени n вычисляют как среднеарифметическое значение n, рассчитанных при нескольких значениях Q и e .

Показатель степени n можно определить графическим способом. Зная величины lge и lgQ, строят график зависимости lge = f(lgQ). Тангенс угла наклона прямой к абсциссе равен показателю степени n, то есть tga = n (рис.10.3). В том случае, если ширина образца больше 10 мм, то коэффициент растяжимости материла Аb рассчитывается по формуле

Ab = A/bn ,

(10.11)

где А - коэффициент растяжимости материла при b = 10 мм.

Для характеристики равномерности (изотропности) механических свойств материалов по площади применяют коэффициент равномерности (kр):

kр = Пmin/Пmax ,

(10.16)

где Пmin и Пmax - среднее арифметическое минимального и максимального значений одного из показателей механических свойств, найденных для разных направлений: прочности (Р*), относительного удлинения (e* ), предела прочности (s* ) и др.

Характеристиками упругих свойств материалов при полуцикловых испытаниях являются:

условный модуль упругости - Еу, Па ,(МПа):

Еу = 100×sу/eу ,

(10.17)

где sу - условные напряжение; eу - условное относительное удлинение образца материала;

жесткость - Dу, даН, (Н):

Dу = 100×(Ру/eу) .

(10.18)

Рис. 10.4 Определение абсолютного условного удлинения

Характеристики Еу и Dу определяют при заданных условиях, которые зависят от вида материала (табл.10.1).

Таблица 10.1 Значения напряжений и деформаций для определения условного модуля упругости материалов и жесткости

Наименование материала	Размеры рабочей части, мм	Величина действующей силы (напряжения) или деформации
	Длина	Ширина
Кожа: для верха обуви и подкладки	50	10	при s = 10 МПа, Ру = F
для одежды	50	10	при s = 5 МПа, Ру =0,5 F
Искусственная кожа: на тканой основе	100	20	Dlпол = Dlу = 0,75Dl*
на нетканой основе	100	20	при s = 5 МПа, Ру = 0,5 F
Все ткани, кроме шерстяных	200	50	Dlпол = Dlу = 0,75Dl*
Ткани шерстяные	100	50	Dlпол = Dlу = 0,75Dl*
Трикотажные полотна	100	50	Dlпол = Dlу = 0,75Dl*
Нетканые полотна	200	50	Dlпол = Dlу = 0,75Dl*
Войлок	100	50	при Ру = 25×F , Н
Картон	50	10	при Р = s*
Мех для ремешков	25	5	при s = 5 МПа, Ру = 0,5 F
для целых шкурок	25	5	при s = 10 МПа, Ру = F
Синтетические материалы для деталей низа обуви	50	10	если e* > 100% то e* = 100% ( Dl=50м); если e* < 100%. то sу = 0,4s*

Для резин и других синтетических материалов, имеющих монолитную структуру, напряжение рассчитывают по формуле:

,

(10.19)

а предел прочности

.

(10.20)

Если деформация пробы монолитной резины e* > 100%, то вычисляют истинный условный модуль упругости Еу. и. при eу = 100%, то есть при Dlу = 50 мм:

(10.21)

Так как eу = 100%, то

Еу. и = 2×(Pу /eу) = 2sу. и .

(10.22)

Cилу Ру определяют из графика растяжения материала при Dlу = 50 мм.

Если e* < 100 %, Еу и Dу резины вычисляют при условном напряжении sу = 0,4s* по формулам:

× 100% , Dу = 100×Ру / eу ,

(10.23) (10.24)

где eу - относительная деформация образца материала при нагрузке Ру=0,4Р*.

Для резин и других высокоэластических материалов дополни­тельно определяют запас прочности (З) — показатель, характеризующий кратность превышения нагрузки разрыва над нагрузкой, испытываемой материалом в деталях изделия при экс­плуатации:

,

(10.25)

где Р25% — нагрузка, даН при деформировании образца материала на 25%.

Для тканей и трикотажных полотен определяют расчетное разрывное усилие Руд, даН, приходящееся на структурный элемент ма­териала (в тканях — нить основы или утка, в трикотаже — пе­тельный столбик или ряд):

Руд = Р* /n ,

(10.26)

где n — число структурных элементов на ширине образца.

Удельное разрывное усилие, даН×м/г, по длине и ширине текстильных полотен вычисляют по формуле

,

(10.27)

где rs — поверхностная плотность полотна, г/м2 ; b — ширина образца, м.

В тканях, имеющих разную долю массы нитей основы и утка, удельное разрывное усилие () определяют с учетом доли массы разрываемой системы нитей:

,

(10.28)

где с — доля массы нитей той системы, по направлению которой идет разрушение образца.

Доли массы нитей основы и утка можно подсчитать исходя из показателей структуры ткани:

; ;

(10.29)

где , — линейная плотность нитей основы и утка, текс; , — число нитей основы и утка на 100 мм.

Для нетканого полотна при одинаковой для всех несущих нагрузку нитей линейной плотности Т и при известном числе несущих нитей по длине Пд или по ширине Пш относительное разрывное усилие () вычисляют по формуле

или

(10.30)

Для кож рассчитывают напряжение при появлении трещин на лицевом слое, МПа:

sТ = РТ / F ,

(10.31)

где РТ — сила в момент появления трещин на лицевом слое образца, Н; F — средняя площадь поперечного сечения образца, м2 .

Для картонов определяют коэффициент мокростойкости, который характеризует влия­ние влаги на механические свойства картона:

kм = s*м / s* ,

(10.32)

где s*м и s* – пределы прочности образца, МПа после замачивания и при нормальных условиях соответственно.

Сохраняемость свойств материалов:

А= П /П0,

(10.33)

где П0 – показатель свойств материала при нормальных условиях; П – после различных внешних воздействий.

10.2 Подготовка образцов материалов

Образцы кож вырубают из чепрачной части кож вдоль и поперёк линии хребта в количестве не менее двух по каждому направлению. Затем образцы маркируют и определяют толщину рабочей части. Для этого длину рабочей части образца - l, разбивают на пять равных участков (рис.10.5). После этого измеряют толщину (hi) каждого участка образца. Измерив толщину образцов в размеченных участках, приступают к испытанию образцов кож на разрывной машине РТ-250М.

Таблица 10.2 Размеры образцов кож, мм

Кожа	l	b	a	c	r
Подошвенная и стелечная, для верха обуви хромового дубления, юфть обувная и шорно-седельная, подкладочная и прочие	50	10	20	25	5
Чепрак для ремней	200	30	40	60	5
Сыромять и ремни*	200	20	30	60	5
Для шорно-седельных изделий	150	15	20	30	2,5
Овчина шубная	50	5	8	14	1,5

Рис. 10.5. Форма образца материала для одноосного растяжения

Определение показателей, характеризующих свойства тканей, осуществляется на образцах прямоугольной формы, имеющих следующие размеры: