МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ для лабораторной работы №2 по материаловедению
учебно-методический материал на тему

Министерство образования Московской области

Государственное образовательное учреждение высшего образования Московской области «Государственный гуманитарно-технологический университет»

(ГГТУ)

Ликино-Дулевский политехнический колледж – филиал ГГТУ

УТВЕРЖДАЮ

                                                             И. о директора колледжа ЛДПК – филиала ГГТУ

                                                                                      ________________/Чистов А.А./

                                                                                       «___» ____________  201_ г.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

                           По выполнению лабораторных работ учебной дисциплины

 ‹‹Материаловедение›› для студентов специальности  

15.02.08 ‹‹Автоматизация технологических процессов и производств››

Разработчик: Кузина Н.Ф - преподаватель ЛДПК – филиала ГГТУ

Г. ЛИКИНО-ДУЛЕВО

2017

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ  по выполнению лабораторных работ учебной дисциплины ‹‹Материаловедение››  для студентов специальности  15.02.07 ‹‹Автоматизация технологических процессов и производств››

Организация – разработчик: 

Ликино-Дулевский политехнический колледж – филиал ГГТУ

Эксперты от работодателя:

1. ООО ‹‹ Ликинский автобусный завод›› - ведущий инженер-технолог

____________________________Кочеткова Наталья Викторовна

2. ООО ‹‹ Ликинский автобусный завод›› - главный инженер по качеству

____________________________Максимчук Эдуард Михайлович

                        ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Методические указания по выполнению лабораторных работ учебной дисциплины

«Материаловедение» для студентов специальности 15.02.07. Автоматизация технологических процессов и производств (далее – Методические указания) разработаны Ликино-Дулевским политехническим колледжем-филиалом ГГТУ

          Методические указания описывают порядок организации выполнения лабораторных работ и последовательно раскрывают содержание всех ее необходимых этапов – от выбора темы до защиты. Подробно излагают структуру, содержание каждого раздела и требования к ее оформлению, а также включают примеры, рекомендации и иллюстрированный материал, что способствует правильному выполнению студентами лабораторных работ.

          Методические указания разработаны в соответствии с:

          - Федеральный закон от 29.12.2013 г. N 273-Ф3 «Об образовании Российской Федерации»;

          - Федеральный государственный образовательный стандарт по специальности среднего

профессионального образования 15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств, утвержден приказом Министерства образования и науки Российской Федерации

 от 12 ноября 2019 г. N 582;

             Освоение лабораторных работ предполагает формирование у студента специальности

15.02.07 Автоматизация технологических процессов и производств соответствующих профессиональных компетенций (ПК) :

             ПК 1.1. Производить анализ работоспособности измерительных приборов и средств автоматизации.

             ПК 1.2. Диагностировать измерительные приборы и средства автоматического управления.

             ПК 1.3. Производить проверку измерительных приборов и средств автоматизации.

             ПК 2.1. Выполнять работы по монтажу систем автоматического управления с учетом спецификации технологического процесса.

             ПК 2.2. Проводить ремонт технических средств и систем автоматического управления.

             ПК 2.3. Выполнять работы по наладке систем автоматического управления.

             ПК 2.4. Организовывать работу исполнителей.

             ПК 3.1. Выполнять работы по эксплуатации систем автоматического управления с учетом специфики технологического процесса.

             ПК 3.2. Контролировать и анализировать функционирование параметров систем в процесс эксплуатации.

             ПК 3.3. Снимать и анализировать показания приборов

Теоретическая часть для изучения

        Прочность – это способность материала сопротивляться разрушению и появлению остаточных деформаций под действием внешних сил

        Испытание на растяжения. Эти испытания являются основными для определения прочных, упругих и пластических свойств металлов. При испытании на растяжение образец находится в равновесии под действием растягивающих сил, вызывающих в материале напряжение.

        Для статических испытаний изготавливают обычно круглые образцы 1 (рис 1) испытуемого металла или плоские 2 для листовых материалов.

Рис. 1. Образцы для статических испытаний металлов: 1 — круглый; 2 — плоский

Образцы состоят из рабочей части и головок, предназначенных для закрепления их в захватах разрывной машины. Расчетная длина берется несколько меньше рабочей длины. Размеры образцов стандартизированы. Диаметр рабочей части нормального круглого образца 20 мм. Образцы других размеров называются пропорциональными.

        Все разрывные машины имеют два основных механизма; нагружающий и силоизмерительный. Кроме того, большинство современных машин снабжено диаграммным устройством, автоматически записывающим диаграмму растяжения.

        Растягивающее усилие создает напряжения в испытуемом образце и вызывает его удлинение; когда напряжение превзойдет прочность образца, он разрывается.

        На рис. 2 приведена кинематическая схема разрывной машины с механическим приводом и рычажно-маятниковым силоизмерением. Она имеет механизм нагружения, силоизмерительный механизм и диаграммное устройство.

Рис. 2. Кинематическая схема разрывной машины

Механизм нагружения образца, закрепленного в захватах 7, состоит из электродвигателя 1, двух пар червячных передач 2 и 3, пары 4 цилиндрических зубчатых колес, гайки 5 и винта 6.

Силоизмерительный механизм состоит из рычага 10, связанного с маятником 14, стрелки-указателя 13 и шкалы 11. При максимальном усилии маятник поднимается на угол α, на этот же угол отклоняется жестко связанная с ним стрелка-указатель.

Диаграммный механизм  состоит из пары 8 цилиндрических зубчатых колес, пары 9 конических зубчатых колес и двух валиков 12. При нагружении машины верхний валик вращается и перематывает бумагу с нижнего валика, причем количество перемотанной бумаги будет пропорционально удлинению образца. На стрелке-указателе 13 шарнирно насажена каретка с пером, передвигающимся вдоль оси верхнего валика и вычерчивающим по движущейся бумаге кривую растяжения.

        На рис. 3 приведена диаграмма растяжения мягкой стали, построенная в системе прямоугольных координат. По оси ординат откладывается усилие P,H (кгс), по оси абсцисс – деформация (абсолютное удлинение образца ΔL, мм). Эта диаграмма получается при медленном увеличении растягивающего усилия вплоть до разрыва испытуемого образца. Напряжение (σ) в любой точке диаграммы может быть определено путем деления усилия P на площадь поперечного сечения , (), образца до испытания.

Рис. 3 Диаграмма растяжения мягкой стали

        На диаграмме можно отметить несколько характерных точек. Участок 0A является отрезком прямой и показывает, что до точки A удлинение образца пропорционально нагрузке: каждому приращению нагрузки соответствует и одинаковое приращение деформации. Такая зависимость между удлинением образца и приложенной нагрузкой называется законом пропорциональности.

        При дальнейшем нагружении образца наблюдается отклонение от закона пропорциональности: на диаграмме появляется криволинейный участок. До точки B деформации образца упругие.

        Точкой C на диаграмме отмечено начало горизонтальной площадки, которая показывает, что образец удлиняется без увеличения нагрузки: металл как бы течет. Наименьшее напряжение, при котором без заметного увеличения нагрузки продолжается деформация образца, называется физическим пределом текучести. Предел текучести , Па (кгс/), определяется по формуле  

где  – нагрузка в точке C.

        Текучесть характерна только для низкоуглеродистой отожженной стали и для латуни некоторых марок. Стали с большим массовым содержанием углерода и другие металлы не имеют площадки текучести на диаграмме растяжения. Для таких металлов определяют условный предел текучести , Па, при котором растягиваемый образец получает остаточное удлинение, равное 0,2% своей расчетной длины.

        Точка D показывает наибольшую нагрузку, которую может выдержать образец. Условное напряжение, отвечающее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца, называется временным сопротивлением разрыву (предел прочности) , Па (), и определяется по формуле

где – нагрузка в точке D.

        До точки D удлинение  образца и сужение его поперечного сечения происходит равномерно по всей длине рабочей части. По достижении точки D деформация образца сосредоточивается в месте наименьшего сопротивления и дальнейшее удлинение  протекает за счет образования шейки, по которой происходит разрыв образца при нагрузки

        При разрыве упругая деформация  исчезает и абсолютное остаточное удлинение  сложится из удлинения равномерного  и удлинения местного  т.е.

        На рис. 4, а приведен круглый образец из мягкой стали до испытания. Расчетная длина образца по рисунку разделена на 10 равных частей. На рис. 4, б приведен тот же образец после разрыва. По разметки видно, что удлинение в области шейки значительно больше, чем в других частях расчетной длины.

Рис. 4  Образец до растяжения (а) и после растяжения (б)

Для оценки пластичности металла важно знать относительное удлинение δ и относительное сужение площади поперечного сечения Ψ (в процентах).

Относительное удлинение (%) определяют по формуле

где  – длина образца после разрыва, мм;  – расчетная длина образца, мм.

        Относительное сужение (%) определяют по формуле

где  – начальная площадь поперечного сечения образца,   – площадь в месте разрыва, .

        У хрупких металлов относительное удлинение δ и относительное сужение Ψ близки к нулю; у пластичных металлов они достигают несколько десятков процентов.

        Модуль упругости E, Па () – отношение напряжения в металле при растяжении к соответствующему относительному удлинению в пределах упругой деформации (отрезок 0В на диаграмме растяжения):

        Модуль упругости характеризует жесткость металла, его сопротивление деформации.

        Таким образом, при статическом испытании на растяжение определяют характеристики прочности, упругости и пластичности.

Лабораторная работа №1

Ход выполнение работ

1)Цель работы.

Определение  - предела прочности.

2)Необходимое оборудование.

Разрывная машина

Образцы заготовок для испытания круглого сечения, плоские из листового материала

3)Порядок выполнения работы

1) Провести инструктаж по технике безопасности при выполнении лабораторных работ инструктаж № ИОТ Р-056-2016

2) Подготовить металлические заготовки, из разных марок стали.

3) Закрепить испытуемый образец в тиски разрывной машины.

4) Включить разрывную машину.

5) По диаграмме растяжения определим  

6) Данные занести в таблицу

        4) Отчет о проведенных испытаний

Ипользуемая литература:

Основные источники:

1. Лахтин Ю.М., Лентьева В.П. Материаловедение. – М.: Машиностроение, 2009.
2. Лахтин Ю.М. Металловедение и термическая обработка. – М.: Металлургия, 2006.
3. Фетисов Г.П., Карпман М.Г. и др. Материаловедение и технология конструкционных материалов. – М.: Металлургия, 2009.

Дополнительные источники:

1. Арзамасов Б.Н., Макарова В.Н., Мухин Г.Г. и др. Материловедение. – М.: Машиностроение, 1086
2. Галлер Ю.А., Рахштадт А.Г. Материаловедение. – М.: Металлургия, 1983.
3. Гольштейн М.И., Грачев С.В., Векслер Ю.Г. Специальные стали. – М.: МИСИС, 1985.
4. Колачев Б.А., Лавинов В.А., Елагин В.И. Металловедение и термическая обработка цветных металлов и сплавов. – М.: МИСИС, 1999.

Интернет-Ресурсы:

1. Http://materialscience.ru/lectures/lectures_materialoved.htm Материаловедение: курс лекций.
2. http://materialu-adam.blogspot.com Литература по Материалам и Материаловедению.
3. http://materialscience.ru Материаловедение: образовательный курс