Определение основных характеристик материала при испытании на растяжение

Механические свойства при растяжении можно разделить на три основные группы: прочностные, пластические и характеристики вязкости. Прочностные свойства – это характеристики сопротивления материала образца деформации или разрушению. Большинство стандартных прочностных характеристик рассчитывают по положению

Рис. 3. Типы первичных кривых растяжения.

определенных точек на диаграмме растяжения, в виде условных растягивающих напряжений. Механические свойства обычно определяют по первичным кривым растяжения в координатах нагрузка – абсолютное удлинение. Для различных металлов и сплавов первичные кривые можно свести к трем типам (рис. 3).

Диаграмма растяжения I типа характерна для образцов, разрушающихся без заметной пластической деформации. Диаграмма II типа получается при растяжении образцов, равномерно деформирующихся вплоть до разрушения. Диаграмма III типа характерна для образцов, разрушающихся после образования «шейки» в результате сосредоточенной деформации. Такая диаграмма может получиться и при растяжении образцов, разрушающихся без образования «шейки» (при высокотемпературном растяжении); участок bk здесь может быть сильно растянут и почти параллелен оси деформации. Возрастание нагрузки до момента разрушения (см. рис. 3, II) или до максимума (см. рис. 3, III) может быть либо плавным (сплошные линии), либо прерывистым. В последнем случае на диаграмме растяжения могут, в частности, появиться «зуб» и площадка текучести (пунктир на рис. 3, II, III).

На рис. 4 представлена диаграмма растяжения с нанесенными характерными точками, по ординатам которых рассчитывают прочностные характеристики ().

Предел пропорциональности. Первая характерная точка на диаграмме растяжения – точка p (см. рис. 4). Усилие P _пц определяет величину предела пропорциональности – напряжения, которое материал образца выдерживает без отклонения от закона Гука. Приближенно величину P _пц можно определить по точке, где начинается расхождение кривой растяжения и продолжения прямолинейного участка (рис. 5).

Рис. 4. Характерные точки на диаграмме растяжения, по которым рассчитывают прочностные характеристики.

Стандартная величина допуска 50%, возможно также использование 10%-ного и 25%-ного допуска. Его величина должна указываться в обозначении предела пропорциональности – s_пц50, s_пц25, s_пц10.

Графически предел пропорциональности можно определить двумя способами (см. рис. 5). В первую очередь продолжают прямолинейный участок диаграммы до пересечения с осью деформаций в точке О, которую и принимают за новое начало координат, исключая таким образом искаженный из-за недостаточной жесткости машины начальный участок

Рис. 5. Графические способы определения предела пропорциональности.

диаграммы. По первому способу на произвольной высоте в пределах упругой области проводят перпендикуляр АВ к оси нагрузок (см. рис. 5, а), откладывают вдоль него отрезок ВС = 1/2 АВ и проводят линию ОС. При этом tga¢ = tga/1,5. Если теперь провести касательную к кривой растяжения параллельно ОС, то точка касания р определит искомую нагрузку Р _пц.

При втором способе из произвольной точки прямолинейного участка диаграммы опускают перпендикуляр KU (см. рис. 5, б) на ось абсцисс и делят его на три равные части. Через точку С и начало координат проводят прямую, а параллельно ей – касательную к кривой. Точка касания р соответствует усилию Р _пц (tga¢ = tga/1,5).

Предел упругости. Следующая характерная точка на первичной диаграмме растяжения – точка е. Ей отвечает нагрузка, по которой рассчитывают условный предел упругости – напряжение, при котором остаточное удлинение достигает заданной величины, обычно 0,05%, иногда меньше – вплоть до 0,005%. Используемый при расчете допуск указывается в обозначении условного предела упругости: s_0,05, s_0,01 и т. д.

Рис. 6. Определение условных предела упругости и текучести по диаграмме растяжения.

Для определения предела упругости графическим способом, например s_0,05, на оси удлинения от начала координат откладывают отрезок ОК = 0,05 l ₀/100 и через точку К проводят прямую, параллельную прямолинейному участку диаграммы (см. рис. 6). Ордината точки е будет соответствовать величине нагрузки Р _0,05, определяющей условный предел упругости.

Предел текучести. При отсутствии на диаграмме растяжения зуба и площадки текучести рассчитывают условный предел текучести – напряжение, при котором остаточное удлинение достигает заданной величины, обычно 0,2%. Соответственно условный предел текучести обозначается s_0,02. Предел текучести характеризует напряжение, при котором происходит более полный переход к пластической деформации.

Графически условный предел текучести определяется также как и условный предел упругости, только отрезок ОК = 0,2 l ₀/100 (см. рис. 6).

Если на диаграмме имеется зуб и площадка текучести, то определяют нижний () и верхний () пределы текучести. Нижнему пределу текучести соответствует точка s на диаграмме растяжения (см. рис. 4), а верхнему – точка u.

Предел прочности. После прохождения точки s на диаграмме растяжения (см. рис. 4) в образце развивается интенсивная пластическая деформация. До точки b рабочая часть образца сохраняет первоначальную форму, т. е. удлинение образца равномерно распределяется по расчетной длине. В точке b эта макроравномерность пластической деформации нарушается. В какой-то части образца, обычно вблизи концентратора напряжений, который был уже в исходном состоянии или образовался при растяжении (чаще всего в середине расчетной длины), начинается локализация деформации. Ей соответствует местное сужение поперечного сечения образца – образование «шейки».

Возможность значительной равномерной деформации и «оттягивание» момента начала образования «шейки» в пластичных материалах обусловлены деформационным упрочнением. Если бы его не было, то «шейка» начала бы формироваться сразу же по достижении предела текучести. На стадии равномерной деформации увеличение напряжения течения из-за деформационного упрочнения полностью компенсируется удлинением и сужением расчетной части образца. Когда же прирост напряжений из-за уменьшения поперечного сечения становиться больше прироста напряжения из-за деформационного упрочнения, равномерность деформации нарушается и образуется «шейка». «Шейка» развивается от точки b вплоть до разрушения в точке k (см. рис. 4), одновременно снижается действующее на образец усилие. По максимальной нагрузке на первичной диаграмме растяжения рассчитывают временное сопротивление (часто его называют пределом прочности или условным пределом прочности)

.

Истинное сопротивление разрыву. Определяется как отношение усилия в момент разрушения (P _k) к максимальной площади поперечного сечения образца в месте разрыва (F _k)

.

Характеристики пластичности при растяжении

Основные характеристики пластичности при испытании на растяжение – относительное удлинение (d) и относительное сужение (y).

Относительное удлинение. Различают относительное равномерное удлинение и относительное удлинение образца после разрыва.

Для определения относительного равномерного удлинения по диаграмме растяжения из точки b, соответствующей наибольшей нагрузке Р _max (см. рис. 4) проводят линию параллельную начальному прямолинейному участку диаграммы растяжения. Точка пересечения на оси удлинения определяет конечную длину образца.

Относительное равномерное удлинение (d_р) вычисляют по формуле:

.

Для определения конечной расчетной длины образца после разрыва l _к, разрушенные части образца плотно складывают так, чтобы их оси образовывали прямую линию. Определение конечной расчетной длины образца проводится измерением расстояния между метками, ограничивающими расчетную длину.

Относительное удлинение образца после разрыва (d) вычисляют по формуле:

.

Относительное сужение. Для определения относительного сужения цилиндрических образцов после разрыва измеряют минимальный диаметр (d_к) в двух взаимно перпендикулярны направлениях. По среднему арифметическому из полученных значений вычисляют площадь поперечного сечения образца после разрыва (F_к).

Относительное сужение вычисляют по формуле:

.

II. ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ

1. Измерить основные размеры рабочей части образца.

2. Провести испытание образца на растяжение.

3. Используя полученную во время испытаний диаграмму растяжения определить следующие механические свойства материала:

- модуль упругости

- предел пропорциональности

- предел упругости

- предел текучести или предел текучести условный

- временное сопротивление (предел прочности)

- относительное удлинение образца

- относительное сужение образца

Дата добавления: 2015-08-05