Лабораторна робота № 16
Мета роботи - ознайомитися з методикою втомних випробувань при деформації чистого вигину і визначити межу витривалості матеріалу при напружених, змінних в часі.
Основні відомості
Відомо, що близько 20% деталей машин виходять з ладу при напружених, багато менших межі міцності для даного матеріалу. Причиною цього є втома - стан матеріалу, при якому змінні напруги викликають прогресуюче розвиток тріщин, що приводить до руйнування.
Здатність матеріалу чинити опір руйнуванню при змінних напругах називається витривалістю.
Найбільш несприятливим фактором, значно зменшує витривалість, є концентрація великих місцевих напружень, що виникають при різких змінах перетинів (галтелі, отвори, виточки, уступи і т.д.), нерівностях і пошкодженнях поверхні (груба обробка, подряпини і т.д.), внутрішні пороки (пори, шлакові включення ін.).
Найбільш просто здійснюються змінні напруги симетричного циклу при згині обертового зразка.
Випробування на втому проводиться на спеціальній машині моуї-6000. яка дозволяє створювати деформацію чистого вигину з максимальним моментом 50 Н · м. Схема навантаження зразка представлена на рис. 16.1. Постійне навантаження Q викликає в обертовому зразку симетричний цикл напружень. найбільш небезпечний для деталі.
Мал. 16.1. Схема навантаження зразка під час випробування на витривалість
При випробуванні на витривалість використовуються стандартні циліндричні зразки по ГОСТ 25.502-79 діаметром 5-10 мм, при цьому для отримання достовірних результатів потрібно випробувати 6-12 однакових зразків.
Перший зразок випробовують при найбільшій напрузі циклу для сталей σmax = 0,6 · σпч. для сплавів і кольорових металів σmax = 0,4 · σпч. фіксуючи число циклів N, при якому зразок був зруйнований.
Для кожного наступного зразка найбільші напруги зменшують на 20. 40 МПа, при цьому число циклів, необхідне для руйнування, збільшується. У підсумку знаходять так звану межу витривалості - найбільше напруження, яке зразок витримує без руйнування протягом заданого числа циклів, званого базою випробувань (для сталей база випробувань дорівнює 10 · 10 6 циклів, для кольорових металів - 100 · 10 6 циклів).
Діаграма, представлена в координатах σmax -Nц. називається кривою втоми (крива Велера) і дозволяє визначити межу витривалості матеріалу при симетричному циклі навантаження σ-1 (рис. 16.2).
Мал. 16.2. Крива втоми (крива Велера)
Випробування на витривалість - дуже тривалі випробування і при проведенні навчальної лабораторної роботи не завжди вдається отримати межа витривалості. Зазвичай обмежуються визначенням руйнівного напруження двох-трьох зразків.
При ретельно проведені випробування можна переконатися, що чим менше σmax. тим більше число циклів навантаження витримує зразок.
Порядок виконання та обробка результатів
Підрахунок напруг, що викликали руйнування зразка, здійснюється за формулою
де Mi = Qi l0 / 2 - згинальний момент на середній ділянці зразка;
Wx = πd 3/32 - момент опору середнього ділянки зразка.
Для стали очікуване значення межі втоми підраховується по одній з наступних залежностей:
Порядок проведення випробування наступний:
- вимірюються розміри зразка і підраховується первинна навантаження Q;
- зразок закріплюється в шпиндельних голівках випробувальної машини. встановлюється індикатор, скидається показання лічильника зразків і запускається двигун;
- після поломки зразка визначається за лічильником зразків число циклів до руйнування;
- приймається чергова сходинка навантаження і випробування повторюється.
Контрольні питання
- Які чинники зумовлюють руйнування деталей при відносно невеликих змінних напругах?
- Як будується і для чого крива втоми для симетричного циклу?
- Дайте визначення межі витривалості.