Название: Испытания на растяжение - Методические указания (Л.И. Тушинский)

Жанр: Технические

Просмотров: 1062


1. механические свойства, определяемые при испытании на растяжение

 

При испытании на растяжение определяют предел пропорциональности, предел упругости, предел текучести, временное сопротивление (предел прочности), истинное сопротивление разрыву, относительное удлинение и относительное сужение после разрыва.

При растяжении образца записывающий прибор вычерчивает диаграмму растяжения, которая показывает зависимость деформации образца от растягивающей нагрузки. На этой диаграмме по оси ординат откладывается нагрузка P, а по оси абсцисс – абсолютное удлинение образца .

На рис. 1.1, а приведена диаграмма растяжения образца. От начала деформации точки О и до точки А образец деформируются пропорционально приложенной нагрузке. Участок ОА представляет прямую линию. Если нагрузку Рпц снять, то полученная образцом деформация исчезнет и образец примет первоначальные размеры. Если же нагрузку увеличить, то начнется отклонение линии ОА от прямолинейного направления. Таким образом, нагрузка Рпц является предельной, до которой сохраняется пропорциональность между прилагаемой нагрузкой и деформацией образца. Закон прямой пропорциональности носит название закона Гука: относительная линейная деформация Е прямо пропорциональна соответствующему нормальному напряжению s, т.е.

Е = s / E .

Величина Е характеризует способность металла сопротивляться упругому деформированию, т. е. характеризует жесткость металла. Эта величина называется модулем упругости первого рода или модулем Юнга, выражается в единицах силы на единицу площади, Н/м2 (МПа). Различные металлы имеют различную жесткость, т. е. различную величину модуля упругости. У стали Е находится в пределах (20…21) × 10 4 МПа, у латуни – (10…11) ´

´ 104  МПа, у алюминиевых сплавов – (7…8) × 104МПа.

Следовательно, предел пропорциональности sпц (Н/м2) представляет собой напряжение, выше которого нарушается пропорциональность между прилагаемым напряжением и деформацией образца:

sпц = Рпц / F.

Выше точки А располагается точка В, ордината которой соответствует нагрузке, вызывающей определенное остаточное удлинение образца: если снять нагрузку, длина образца будет больше начальной. Для практических целей величину этого остаточного удлинения принимают равной 0,05 \% от начальной расчетной длины образца. Напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,05 \% от начальной расчетной длины образца, называют условным пределом упругости и его обозначают s0,05. При дальнейшем увеличении нагрузки до РТ (точка С) на диаграмме появляется криволинейный участок, который при испытании мягких материалов может перейти в горизонтальную площадку.

Это показывает, что даже незначительное увеличение нагрузки вызывает деформацию, “текучесть” образца. После снятия нагрузки образец сохраняет остаточную деформацию. Предел текучести (физический) – наименьшее напряжение, при котором образец деформируется без заметного увеличения нагрузки. Нагрузку РТ можно определить по остановке стрелки силоизмерительного устройства испытательной машины, вызванной деформацией образца без заметного увеличения нагрузки. Предел текучести sТ (Н/м2) физический вычисляется по формуле: 

sТ = РТ  / F0 .

 

При испытании большинства металлов горизонтальная площадка на диаграмме отсутствует. В этих случаях определяют предел текучести условный s0,2 – напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,2 \% от начальной расчетной длины образца. Предел текучести s0,2 (Н/м2) вычисляют по формуле:

 

s0,2 = Р0,2/F0 .

 

Для определения нагрузки Р0,2 (рис. 1.1, б) на оси абсцисс от точки О вправо в соответствующем масштабе откладывают отрезок, равный 0,2 \% от начальной расчетной длины образца, и проводят линию, параллельную линии ОА, до пересечения с диаграммой растяжения (точка С). Точка С определяет высоту ординаты, т. е. нагрузку Р0,2 , соответствующую пределу текучести. При дальнейшем увеличении нагрузки до РВ (точка Д) у пластичных металлов происходит равномерная деформация образца по длине и поперечному сечению, а образцы из хрупких металлов при этой нагрузке разрушаются.

Напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке РMAX , предшествующей разрушению образца, называется временным сопротивлением sВ (Н/м2) и вычисляется по формуле  

sВ = РMAX / F0 .

 

Для хрупких металлов sВ характеризует сопротивление разрушению, а для пластичных металлов – сопротивление большим пластическим деформациям.

Далее нагрузка уменьшается. Это связано с тем, что у пластического металла начинается местное сужение поперечного сечения (образуется шейка). И в точке Е образец разрушается.

 

                                      а                                                      б

 

Рис. 1.1. Диаграмма растяжения образца из низкоуглеродистой стали (а)

и  схема определения предела текучести (б)

 

У пластичных материалов, получающих заметную пластическую деформацию при растяжении, есть еще одна характеристика – истинное сопротивление разрыву dК (Н/м2). Это напряжение, определяемое отношением нагрузки РК в момент разрыва к площади минимального поперечного сечения образца после разрыва FК:

dК  = РК / FК .

Пластичность металла при разрыве определяет две характеристики: относительное удлинение и относительное сужение.

Относительное удлинение после разрыва d (\%) – отношение приращения расчетной длины образца (lK – l0) после разрыва к его первоначальной длине l0:

 

d =  (lK – l0) ´ 100 / lК

 

Для определения расчетной длины образца после разрыва lК обе части образца плотно соединяют друг с другом и замеряют расстояние между кернами.

Относительное сужение после разрыва yК (\%) – отношение разности начальной и минимальной площади поперечного сечения образца после разрыва к начальной площади поперечного сечения образца:

 

yК = (F0 – FК ) ´ 100 / F0 .

 

Для определения относительного сужения y цилиндрического образца измеряют минимальный диаметр после разрыва dK  в двух взаимно перпендикулярных направлениях. По среднему арифметическому из полученных значений вычисляют площадь поперечного сечения. Для определения FK в месте разрыва плоских образцов определяют наибольшую ширину и наименьшую толщину образца в месте разрыва.