Испытания материалов на одноосное растяжение. Диаграмма растяжения.

В этих испытаниях образец стандартной формы (в виде прутка с утолщениями на торцах) закрепляется в зажимах разрывной машины и к его концам прикладывается плавно нарастающая, растягивающая сила F.

F S0 F     l0

где S₀ - начальная площадь поперечного сечения прутка, l₀ - начальная длина.

В процессе испытания измеряется относительное удлинение образца или иначе его деформация ε в %, а также напряжение в образце σ в МПа:

, (4.2)

В результате получают диаграмму растяжения материала, то есть график зависимости напряжения от деформации.

Рассмотрим типичную для металлов диаграмму растяжения.

Рис.4.2. Диаграмма растяжения материала

На данной диаграмме выделяются 4 характерных участка: ОА, АВ, ВС и СD. Участок ОА (намерено увеличенный для наглядности) соответствует упругой деформации. На этом участке наблюдается линейная зависимость напряжения от деформации, то есть . Разгрузка образца здесь происходит по той же линии ОА, но в обратном направлении. Когда напряжение становится равным нулю (σ = 0) деформация полностью исчезает (ε= 0).

Коэффициент пропорциональности Е называют модулем упругости. Его величина характеризует жёсткость материала. Чем больше Е, тем круче участок ОА и, соответственно, выше жёсткость материала.

При напряжении σ_T нарушается пропорциональность между деформацией и напряжением. Наряду с упругой деформацией появляется пластическая составляющая. Напряжение σ_T называют пределом текучести. У некоторых пластичных металлов при этом напряжении на диаграмме растяжения наблюдается горизонтальный участок АВ (площадка текучести), на котором пластическая деформация образца происходит без заметного повышения напряжения. В этом случае предел текучести является реальным, физически фиксируемым. Для тех материалов, у которых такой площадки не наблюдается, используют условный предел текучести σ_0,2 - это такое напряжение, при котором остаточная пластическая деформация составляет величину 0,2%.

Если напряжение на образце превышает предел текучести (точка F), то деформация образца имеет две составляющие: e = e_УПР + e_ОСТ. Разгрузка образца в таком случае происходит не по линии нагрузки, а по линии FG, параллельной участку ОА. При этом упругая составляющая деформации исчезает, а пластическая сохраняется.

В точке С наблюдается максимальное напряжение, предшествующее разрушению материала. Это максимальное напряжение σ_B называют временным сопротивлением или пределом прочности. σ_T и σ_В характеризуют прочность материала. Чем они больше, тем прочнее материал.

Участок CD соответствует появлению и развитию на образце локального сужения (шейки). Фактическое напряжение здесь продолжает увеличиваться за счёт уменьшения площади поперечного сечения образца, но регистрируемое напряжение s = F / S₀ уменьшается. Точка D соответствует разрыву образца.

Площадь под кривой растяжения пропорциональна работе разрушения материала. Чем больше эта площадь, тем больше работа разрушения и соответственно выше вязкость материала

Величину называют относительным удлинением, а величину – относительным сужением.

Обе эти величины характеризуют пластичность материала. Чем они больше, тем пластичней материал. Если , а , то материал считается надёжным.