На одноосное растяжение

ИСПЫТАНИЯ МЕТАЛЛОВ

Методические указания к лабораторному практикуму

по курсу «Физика реального кристалла»

для студентов специальности 010400 «Физика»

Иваново 2008

Печатается по решению методической комиссии

физического факультета

Ивановского государственного университета

Составитель:

кандидат техн. наук В.В. Новиков

(Ивановский государственный университет),

Рецензент:

кандидат техн. наук С.А. Егоров

(Ивановская государственная текстильная академия)

1. Теоретические сведения

Деформацией называется изменение размеров и формы тела. Деформа­ции разделяются на упругие и пластические. Упругие деформации исчезают, а пластические остаются после окончания действия сил. В основе упругих деформаций лежит обратимые смещения атомов вещества из положения равновесия; в основе пластических деформаций — необратимое перемещение одних частей тела по отношению к другим.

Растяжение — простой и наиболее распространенный метод определения прочности и пластичности. Диаграмма растяжения в координатах «нагрузка — удлинение образца» (рис.1) включает в себя три части: 1) участок упругой деформации до нагрузки Р _упр, 2) участок равномерной пластической деформации от Р _упр до Р _макс и 3) участок сосредоточенной деформации — развития шейки от Р _макс до Р _к.

Участок упругой деформации характеризует жесткость материала. Тангенс угла наклона прямолинейного участка пропорционален модулю упругости материала Е. Линейная зависимость между Р и D l нарушается лишь на небольшом участке от Р _пц до Р _упр из-за упругих несовершенств металла, связанных с дефектами решетки.

Пластическое деформирование идет при все возрастающей нагрузке, так как металл упрочняется в процессе деформирования. Упрочнение металла при деформировании называют наклепом. Хотя разрыв образца происходит при снижающейся нагрузке, металл продолжает упрочняться до самого момента разрушения.

Диаграмма «нагрузка — удлинение образца» просто преобразуется в диаграмму «напряжение — деформация» путем перерасчета напряжения s = P/S ₀ и деформации e = D l/l ₀, где S ₀ – площадь поперечного сечения образца и l ₀ – длина образца перед испытанием. Напряжения s_пц, s_упр, s_т, s_в — стандартные характеристики прочности материала. Они называются условными, поскольку принимают, что площадь поперечного сечения в процессе деформации не изменяется.

Предел упругости определяется как напряжение, при котором пластическая деформация достигает некоторой малой величины, установленной техническими условиями. Часто используют величину остаточной деформации 0.05 %. Соответствующий предел упругости обозначают s_0.05, Предел упругости — важная характеристика пружинных материалов, которые используются для упругих элементов машин и приборов.

Предел текучести s_т легко определить, если на диаграмме растяжения имеется площадка текучести. Однако многие материалы (медь, латунь, аустенитные стали, алюминий) имеют диаграмму растяжения без площадки текучести, поэтому условным пределом текучести называют напряжение, которое вызывает остаточную деформацию 0.2 %. Пределы упругости и текучести характеризуют прочность материалов при малых деформациях. Предел прочности (временное сопротивление) s_в характеризует предельную несущую способность материала, его прочность.

Пластичность характеризует относительное удлинение d и относительное поперечное сужение y образца

, ,

где l ₀ и S ₀ — начальная длина и площадь поперечного сечения образца, l _к и S _ê — конечная длина образца и площадь поперечного сечения в месте разрыва.

Один и тот же материал может находится в вязком или в хрупком состоянии. Критерием состояния материала служит характер разрушения. Различают вязкое и хрупкое разрушение.

Вязкое разрушение наступает после значительных пластических деформаций под влиянием касательных напряжений. Поверхность излома имеет гладкий матовый вид, без каких либо признаков кристаллического строения.

Хрупкое разрушение наступает без видимых пластических деформаций. На поверхности излома явно видны следы кристаллического строения. На хрупкое разрушение тратится значительно меньше энергии, чем на вязкое.

Хрупкому разрушению способствует понижение температуры, увеличения скорости деформирования и концентраторы напряжений, создающее сложное напряженное состояние в деталях. Концентраторами напряжений являются надрезы, микротрещины, поры, неметаллические включения. Около концентратора напряжение больше расчетного. У пластичных материалов влияние концентраторов нейтрализуется местной пластической деформацией.

Хрупкому разрушению способствуют также внутренние структурные факторы — тип кристаллической структуры, ограничение подвижности дислокаций, ослабление сцепления зерен за счет концентрации примесей на границах или образование хрупких прослоек. Повышение прочности как правило сопровождается понижением пластичности и вязкости (табл.1). Чем больше размеры детали, тем выше склонность к хрупкому разрушению (масштабный фактор). Это объясняется увеличением числа внутренних дефектов материала.

2. ПРАКТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Приборы, материалы и инструмент: разрывная испытательная машина Р-5, образцы для испытаний на растяжение, штангенциркуль, микрометр, линейку, диаграммную бумагу.

Дата добавления: 2015-08-21