Мета роботи. Вивчення особливостей процесу розтягу стандартного стального зразка, визначення характеристик міцності та пластичності, питомої роботи деформації:
Загальні відомості. При розрахунках на міцність, жорсткість і стійкість механізмів машин та споруд необхідні вихідні дані про фізико-механічні характеристики матеріалів, що використовуються.
Випробування на осьовий розтяг та стиск є основними видами механічних випробувань, так як при цьому виконується однорідність напружено-деформованого стану зразка, і діаграма деформування інформує про найбільш важливі властивості випробуваних матеріалів.
Для випробувань застосовують зразки круглого (рис.1а) та прямокутного (рис. 1б) перерізів, у яких виділяється робоча зона.
|
| Рис. 1. Ескіз зразка |
Кінці зразків мають потовщення для розміщення в захватах випробувальної машини. При виділенні робочої зони необхідно врахувати, що рівномірне напруження установлюється на поперечному перерізі, віддаленому від місця прикладання навантаження на відстані, що в 1.5 - 2 рази перевищує поперечні розміри зразка. Довжина робочої зони зразка приймається в залежності
,
де A0 - площа поперечного перерізу зразка.
Для запобігання виникнення осередку концентрації, що сприяє не- рівномірному розподілу деформацій, необхідно ретельно обробити поверхню і закруглення зразка.
Випробування проводяться на розривній машині Р-20 (рис.2), що дозволяє в процесі розтягу (стиску) реєструвати зусилля та відповідну деформацію зразка.
Машина представляє собою установку, що складається із пристрою навантаження І і пульту керування ІІ. Навантажуючий пристрій призначається для деформування та руйнування випробуваного зразка. Пульт керування служить для керування процесом навантаження зразка і контролю за величинами навантажень і деформацій. Навантажуючий пристрій і пульт керування монтуються на фундаменті і з’єднуються трубопроводами.
Навантажуючий пристрій 1 виконано вертикально з гідравлічним приводом активного 6 і пасивного 7 захватів. Станина представляє собою
|
| Рис.2. схема експериментальної машини |
раму, яка складається з основи 8 і траверси 9, що з’єднується колонами 10. В траверсі установлено робочий циліндр 11, на який спирається рухома рама, яка складається з траверси 12, активного захвату та двох тяг 13. Зразок встановлюється в захватах, відстань між якими регулюється за допомогою гвинта 14 з електричним приводом.
Пульт керування включає насосну установку з системою керування 3, силовимірювач 4 і діаграмний апарат 5 для запису залежності «навантаження - деформація». Керування навантаженням здійснюється ручкою дроселя 15, яка установлена на передній стороні пульта.
Шляхом передаючого пристрою об’єктивні дані про переміщення захвату і рівня навантаження передаються на діаграмний апарат, який записує «F- 
» діаграму.
|
| Рис.3. Діаграма розтягнення вуглецевоїсталі |
Типова «F- 
» діаграма для пластичної вуглецевої сталі показана на рис. 3, на якій можна виділити такі характерні ділянки:
ОА - ділянка, що характеризує прямо пропорціонально залежність між навантаженням та подовженням зразка. На цій стадії розтягу справедливий закон Гука.
Напруження, яке визване навантаженням Рпр, після якого порушується закон Гука називається границею пропорціональності і визначається за формулою
ОВ - ділянка пружної деформації матеріалу. Точка В відповідає найбільшому значенню навантаження Fпр, при зніманні якого ще не виявляється залишкова деформація. Напруження, яке визване навантаженням Fпр називається границею пружності і визначається за формулою
Найбільше напруження, до якого при розвантаженні не виявляється залишкова деформація, називається границею пружності матеріалу.
Подальший розтяг зразка приводить до плавного переходу діаграми в горизонтальну ділянку СД, яка називається поличкою текучості. На цій стадії зразок розтягується при постійному значенні навантаження, яке позначається Fт. Текучість матеріалу супроводжується залишковим подовженням, яке не зникає після розвантаження.
Найменше напруження, при якому деформація зразка відбувається при постійному розтягуючому навантаженні називається границею текучості і визначається за формулою
Далі матеріал знову збільшує опір деформуванню. Цьому процесу відповідає висхідна ділянка ДЕ діаграми, яка називається ділянкою зміцнення. Точка Е відповідає максимальному навантаженню Fв, яке може сприймати зразок.
Напруження викликане навантаженням Fв називається тимчасовим опором або границею міцності 
і визначається за формулою
в = 
Подальший розтяг зразка проходить головним чином на невеликій ділянці зразка, що веде до утворення «шийки» та падіння навантаження. При рівні навантаження Fр проходить розрив зразка, чому відповідає точка K на діаграмі.
Напруження, яке визване навантаженням Fр називається напруженням розриву і визначається за формулою
Враховуючи, що відносна деформація 
(
повн - абсолютне подовження) і використовуючи вище приведені вирази діаграму «F- » можна перебудувати в умовну діаграму деформування 
.
Повне подовження зразка в момент розриву дорівнює 
де 
- пружне подовження
- залишкове подовження
Після розриву зразка пружна деформація зникає, тоді 
.
Характеристика пластичності матеріалу - відносне залишкове подовження зразка при розриві і відносне залишкове звуження площы поперечного перерізу зразка визначаються у відсотках по відношенню до початкових розмірів
де 
- повна і початкова довжина зразка відповідно:
Аш -площа поперечного перерізу «шийки»:
А0 -початкова площа поперечного перерізу.
Необхідно врахувати, що вище приведені характеристики міцності та пластичності в якійсь мірі умовні, тому що визначаються по відношенню до початкової площі перерізу F0 та довжині 
. В реальності, за границею пропорціональності площа поперечного перерізу, а з утворенням «шийки», довжина зони деформації значно змінюється. Для побудови діаграми дійсних напружень необхідно вимірювати діаметр зразка в декількох перерізах по довжині в процесі навантаження і відносити навантаження до найменшої площі перерізу.
Треба мати на увазі, що при розтягу зразка із крихких матеріалів на діаграмі відсутня площадка текучості і руйнування проходить при незначній деформації. Необхідно відзначити, що на характеристики міцності та пластичності впливають такі фактори, як швидкість деформування, термічна та технологічна обробка, температура і т.і.
Крім характеристик міцності та пластичності діаграма «Р - 
» дозволяє оцінити роботу деформування. Точна величина роботи деформування, що необхідна для подовження зразка на є інтегральною характеристикою і визначається за формулою
Отож, вона визначається як площа ділянки кривої «F - » від нуля до визначеного подовження «
» і складається із суми роботи пружного деформування і пластичного деформування.
Розділивши повну роботу деформування на об’єм робочої частини зразка, одержимо питому роботу деформування, роботу, яку витратили на деформування одиниці об’єму матеріалу;
Проведення випробувань.
На зразку діаметром 
відмічаємо рисками розрахункову довжину 
, і встановлюємо в захвати випробувальної машини. Вибравши швидкість і режим навантаження проводимо розтяг. По руху стрілки спостерігаємо характерні значення навантаження 
(по зупинці стрілки), 
і 
(в момент розриву). Звертаємо увагу на процес появи «шийки» локалізації деформування.
Після руйнування вимірюємо довжину робочої зони між рисками 
, діаметр «шийки» в перерізі розриву 
.
Порівняння залишкової деформації і показників силовимірювача з записаною діаграмою дозволяє визначити реальний масштаб діаграми по навантаженню і деформації.
За допомогою приведених вище формул з врахуванням масштабу і визначаємо характеристики міцності та пластичності, роботу та питому роботу деформування. Дані заносимо до протоколу випробувань, №1.
Протокол випробувань
до лабораторної роботи №1.
РОБОТА № 2
