Испытание материалов на растяжение и определение их основных механических характеристик

Цель работы.

1. Ознакомление с испытательной машиной и методикой испытания на растяжение по ГОСТ 1497–84 «Методы испытания на растяжение».

2. Проведение испытания на растяжение и изучение поведения образца вплоть до разрушения.

3. Определение основных механических характеристик материала по результатам испытания.

Краткие теоретические сведения. Испытания на растяжениеявляются основным и наиболее распространенным методом исследования

и контроля механических свойств материалов. Данные испытания регламентируются ГОСТ 1497–84 «Методы испытания на растяжение», который содержит основные требования к испытательным машинам, необходимые указания о форме и размерах образцов, определение основных механических характеристик материала и порядок проведения испытаний. Полученные в результате опыта характеристики позволяют судить о прочности материалов при статическом нагружении и считаются основными при расчетах деталей машин, элементов конструкций и сооружений на прочность.

В процессе испытания графопостроитель вычерчивает диаграмму растяжения образца в координатах P (нагрузка) – D l (удлинение). Примерный вид диаграммы для пластичного материала (малоуглеродистой стали) показан на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Диаграмма растяжения

^P max

Начальный линейный участок диаграммы ОА, для которого справедлив закон Гука, после точки А искривляется, а затем переходит в горизонтальный участок ВС, где деформация растет при практически постоянном усилии, а иногда и при уменьшении нагрузки. На диаграмме появляется так называемая «площадка текучести». Отношение

sТ = ^P^T (2.1)

называется пределом текучести (физическим), здесь Р _Т – нагрузка, вызывающая текучесть материала; F ₀ – первоначальная площадь поперечного сечения образца. У многих материалов отсутствует явно выраженная площадка текучести. В этом случае определяется условный предел текучести s _0,2 (технический), представляющий собой напряжение,

при котором остаточное удлинение достигает 0,2 %:

^s 0,2	=	^P 0,2	.	(2.2)

		F ₀

Деформирование образца после площадки текучести (участок CD)

требует увеличения нагрузки до некоторого наибольшего значения

(точка D). Происходит так называемое самоупрочнение материала. Если в некоторой точке F прекратить нагружение и разгрузить образец, то разгрузка пойдет по линии FR, практически параллельной начальному линейному участку ОА. Это свидетельствует о том, что при разгрузке исчезают только упругие деформации, связанные с действием закона Гука. Отрезок RP соответствует упругим деформациям, а отрезок OR – пластическим. Если же после разгрузки образца до точки R снова увеличивать нагрузку, то диаграмма изобразится линией RFDK, т. е. диаграмма предварительно нагруженного образца до нагрузки большей Р _Т окажется короче диаграммы исходного материала. Таким образом, предварительная пластическая деформация делает материал более хрупким, уменьшая величину остаточной деформации до момента разрушения в точке К, предел текучести повышается, точка F и площадка текучести исчезают. Это явление называется наклепом. Он повышает склонность материалов к хрупкому разрушению.

В точке D нагрузка на образец достигает своего максимального значения P _max, пластическая деформация становится неравномерной и

начинает концентрироваться в наиболее ослабленном участке образца, на котором появляется резкое местное сужение – шейка. Напряжение, соответствующее P _max, является важной механической характеристикой,

называемой пределом прочности или временным сопротивлением:

s		=	^P max
B	F ^.	(2.3)

^s max

Это напряжение является условным, так как площадь сечения образца в точке D диаграммы будет несколько меньше из-за поперечной деформации образца в процессе нагружения.

После начала образования шейки нагрузка уменьшается (участок DK), хотя истинные напряжения растут до самого разрушения образца. Отношение разрушающей нагрузки Р_разр к площади поперечного сечения образца в месте разрыва (площади шейки) F_Ш называют истинным сопротивлением разрыву:

^s разр ⁼	^Рразр	.	(2.4)

	F_Ш

Значение нагрузки Р_разр берется из диаграммы или фиксируется на силоизмерителе машины в момент разрыва образца; площадь шейки F _Ш определяют в самом тонком месте образца, диаметр которого нужно измерить, сложив вместе половинки разрушенного образца. Однако

напряжение нельзя принять за характеристику прочности, так как

напряженное состояние в шейке образца является сложным, т. е. нарушается нормальное течение процесса деформирования образца.

К моменту разрыва образца его рабочая часть l₀ удлинится на величину D l_общ (отрезок ОМ на диаграмме растяжения). После разрушения

упругая часть деформации (отрезок NM) исчезнет и останется деформация D l_полн –отрезок ON. Отношение приращения расчетной длины образцаD l_полн

к его первоначальной длине l ₀

d =	^D ^lполн _×_{100 %}	(2.5)
	^l 0

называют относительным остаточным удлинением. Абсолютное остаточное удлинение D l_полн после разрыва можно вычислить, сложив

половинки образца и измерив расстояние l _К между рисками I и II на его рабочей части D l_полн = l_K - l ₀.

Отношение уменьшения площади поперечного сечения в месте разрыва D F = F ₀ - F_Ш к начальной площади F ₀ поперечного сечения образца

y =	^D ^F ×100%	(2.6)
	^F 0

называется относительным остаточным сужением. По величинам d и y оценивают пластические свойства материалов.