Методические рекомендации по выполнению внеаудиторной самостоятельной работы по дисциплине «Материаловедение» (стр. 2 )

Если прочность сварного соединения меньше, чем у основно­го металла, то допускается использование для испытания плоских и круглых образцов с одинаковой площадью сечения. При испытании стыковых швов соединений большой толщины (более 30 мм) применяют образцы, длина захватной части которых может быть установлена в соответствии с конструкцией испытатель­ной машины, но изменение других размеров образцов недопустимо.

Для испытаний отдельных участков сварного соединения ис­пользуют круглые образцы с рабочей частью диаметром 3... 10 мм, вырезанные вдоль оси сварного шва в соответствующей зоне со

Рис. 1. Образцы для определения относительной прочности шва при толщине основного металла менее 3 мм (а) и более 3 мм (б)

Рис. 2. Схема фиксации образца в зажимах разрывной машины при испытании на растяжение; стрелкой показано направление действия силы

Для испытаний отдельных участков сварного соединения ис­пользуют круглые образцы с рабочей частью диаметром 3... 10 мм, вырезанные вдоль оси сварного шва в соответствующей зоне соединения при многослойной сварке. При испытании на растяже­ние определяют условный предел текучести G02, временное сопро­тивление и относительное удлинение δ.

Под условным пределом текучести понимают напряжение, при котором деформация образца составляет 0,2% его первоначаль­ной расчетной длины.

Относительное удлинение образца представляет собой про­центное отношение абсолютного остаточного удлинения к перво­начальной расчетной длине образца. Схема фиксации образца в зажимах разрывной машины при испытании на растяжение пред­ставлена на рис. 2. В этом случае определяют временное сопро­тивление наиболее слабого участка.

Временное сопротивление рассчитывают по методике, уста­новленной в ГОСТ 1497—84. При испытании определяют место разрушения образца (по металлу шва, околошовной зоны или ос­новному металлу).

Испытание на изгиб осуществляют для определения пластич­ности сварного соединения в целом. Пластичность стыкового со­единения оценивается по углу изгиба образца до образования первой трещины на любом его участке. Угол изгиба измеряют в ненапряженном состоянии с погрешностью до ±2°. Схемы испы­таний на изгиб при продольном и поперечном расположении шва приведены на рис.3.

На практике часто вместо плоских образцов используют труб­чатые. Для ответственных конструкций считаются удовлетвори­тельными углы изгиба 120... 180°. При отсутствии трещин испытание заканчивается изгибом образца до достижения параллельно­сти сторон.

В - ширина пуансона; S - толщина образца Рисунок 3 - Схемы испытаний на изгиб при продольном (а) и поперечном (б) расположении шва

Испытаниям на статический изгиб стыковых соединений ли­стов и труб толщиной 3 мм и более подвергают четыре образца, два из которых подлежат изгибу с лицевой стороны шва, а два — с обратной. Если в процессе испытаний угол изгиба превысит 150°, то их можно продолжить, зафиксировав образец между дву­мя параллельными нажимными плитами и установив вместо пуансона прокладку толщиной, равной его толщине В. Испытания осу­ществляют после удаления прокладки до соприкосновения сторон образца.

Обязательным условием при выполнении испытаний на стати­ческий изгиб является плавность нарастания нагрузки на образец. Это условие выполняется при испытаниях на машинах и прессах, оснащенных опорными роликами, при скорости перемещения пуансона не более 15 мм/мин.

К динамическим относят испытания на ударный изгиб и на усталость.

Испытания на ударный изгиб позволяют определить ударную вязкость при заданной температуре. Образцы для испы­таний (рисунок 4) изготавливают в соответствии с ГОСТ 6996—66. В зависимости от назначения испытания надрез располагают по оси сварного шва, в зоне сплавления или термического влияния. После испытания исследуют структуру излома для определения дефектов сварного шва.

а — 10 мм и более; б - 5... 10 мм; в - 2...5 мм Рисунок 4 - Образцы для испытаний на ударный изгиб толщины

Для испытания применяют образцы с U - или V-образным над­резом (предпочтение отдают последним). Ударную вязкость опре­деляют в джоулях на сантиметр в квадрате. Условное обозначе­ние ударной вязкости или работы удара включает в себя:

- символ ударной вязкости (КС) или работы удара (К);

- вид надреза (концентратора напряжений) — U или V;

- температуру испытания (значение 20 °С не проставляют);

- максимальную энергию удара маятника (значение 300 Дж);

- тип образца;

- место расположения надреза (Ш — шов, ЗС — зона сплавления, ЗТВ — зона термического влияния, t— рас­стояние от границы сплавления до оси надреза); при рас­положении надреза поперек шва, зоны сплавления или термического влияния в конце обозначения ставят бук­ву П.

Валик сварного шва на всех образцах удаляют до уровня ос­новного металла. Смещение кромок в сварном соединении устра­няют механическим путем. Разметку для нанесения надреза про­изводят по макрошлифам, расположенным на гранях образца или заготовки для образцов.

Испытание на ударный изгиб осуществляют на специальной машине — маятниковом копре (рисунок 5). Образец 8 устанавлива­ют на двух опорах 9 надрезом внутрь станины 7. Маятник б с ножом 5 поднимают на определенную высоту (угол) и закрепляют защелкой 4. Отпущенный маятник, разбивая образец, подни­мается, и стрелка 3 шкалы 2 показывает угол его взлета. Останав­ливают маятник ремнем 10, натягивая последний рукояткой 1. По таблице определяют работу удара, затраченную на излом образ­ца. У некоторых типов копров эта работа определяется по диско­вому указателю.

1 - рукоятка; 2 - шкала; 3 - стрелка; 4 - защелка; 5 - нож; 6 - маятник;

7 - станина; 8 - образец; 9 - опоры; 10 - ремень

Рисунок 5 - Маятниковый копр

Испытания на усталость позволяют оценить устойчивость металла к воздействию переменных нагрузок при изгибе, растя­жении и кручении. Переменные нагрузки характеризуются изме­нением амплитуды напряжения, и в зависимости от этого могут осуществляться симметричный, асимметричный или пульсирую­щий циклы нагружения. Цилиндрические или плоские образцы специальной формы и определенных размеров, вырезанные попе­рек сварного соединения, испытывают в условиях осевого нагру­жения. При испытаниях определяют предел выносливости. Коли­чественной оценкой усталостной прочности является число цик­лов, которое выдержал сварной образец до разрушения.

Оформление результатов работы

Напишите отчет, в котором укажите название и цель работы, применяемое оборудование и образцы. методику их подготовки к различным видам испытаний.

Самостоятельная работа №2.

Чтение маркировки сплавов цветных металлов.

Цель работы: развитие умений классифицировать, расшифровывать и

характеризовать область применения сплавов цветных металлов.

Оборудование: - «Материаловедение»,

плакаты: «Область применения медных сплавов», «Свойства алюминиевых сплавов», «Область применения баббитов».

Содержание работы.

Теоретическая часть:

Классифицировать сплав – значит отнести его к соответствующему классу

материалов по признакам:

- химическому составу,

- структуре,

- применению.

Расшифровывая марку сплава, необходимо дать его полное название и раскрыть содержание всех букв и цифр марки. Следует иметь в виду, что в ряде сплавов содержание компонентов прямо не указано в арке, но следует из принципов маркировки данного материала и должно быть отражено при расшифровке.

Характеризуя область применения сплава, можно сослаться на круг наиболее

распространенных изделий из данного сплава. Необходимые для выполнения данного задания сведения содержатся в главе 2 учебника «Материаловедение».

Сплавы на основе меди. Медные сплавы обладают высокими механическими свойствами, хорошо сопротивляются износу и коррозии. По составу легирования различают латуни, бронзы и медно-никелевые сплавы.

Традиционная маркировка имеет следующий вид. Латуни обозначаются буквой Л, бронзы – Бр. У латуни после буквы Л указываются буквенные обозначения легирующих компонентов, далее проставляется массовое процентное содержание меди, затем подряд –массовое процентное содержание легирующих компонентов, содержание цинка –остальное. Например: ЛМцЖ55-3-1 – латунь, медь - 55 %, марганец – 3 %, железо – 1 %,цинк – остальное.

У бронзы после букв Бр указываются буквенные обозначения легирующих компонентов, далее подряд – массовое процентное содержание легирующих компонентов, содержание меди – остальное. Например: БрОЦС4-4-2,5 – бронза, олово –4%, кремний – 2.5 %, остальное – медь.

Сплавы на основе титана. Титановые сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью и прочностью при малой плотности. Наибольшее распространение получили сплавы, легированные алюминием, оловом, марганцем, хромом и ванадием. Сплавы широко используются в машиностроении, особенно в авиа - и судостроении.

Сплавы на основе алюминия. Для алюминиевых сплавов характерна относительно большая удельная прочность. Литейные сплавы имеют хорошие литейные свойства, хорошо обрабатываются резанием. Маркируют буквами АЛ, затем цифрами, указывающими порядковый номер сплава. Деформируемые сплавы обладают удовлетворительной пластичностью, высокой коррозионной стойкостью, в основном применяются для сварных и клепаных соединений элементов конструкций, испытывающих небольшие нагрузки, но требующих высокого сопротивления коррозии.