Визначення характеристик міцності й пластичності під час статичних випробуваннях на розтягування

Ці випробування полягають у статичному розтягуванні стандартних зразків аж до їх руйнування на розривних машинах, які складаються з механізмів затискання, центрування і навантаження зразка, вимірювання зусилля й деформації, а також приладів для запису діаграми розтягування в координатах «навантаження F — абсолютне видовження Dl» (рис. 4).

а

б

в

а – крихких, б – міцних, в – високопластичних

Рисунок 4 — Схеми можливих діаграм розтягування матеріалів

Все розмаїття цих діаграм для різних металів та сплавів можна звести до кількох типів. Дуже крихкі матеріали руйнуються без помітної пластичної деформації (рис. 4, а). Більшість конструкційних сплавів у пластичному стані деформується за діаграмою, покааною на рис. 4, б. При досягненні зусилля у робочій частині зразка, яка до цього моменту зберігала початкову форму, наступає локалізація деформації, звичайно поблизу концентратора напружень. Вона виявляється в утворенні шийки — місцевого звуження поперечного перерізу зразка. Шийка розвивається аж до моменту руйнування зразка.

Діаграма розтягування з площинкою (сходинкою) текучості (рис. 4, в) властива для високопластичних металів і сплавів з ОЦК кристалічною граткою, наприклад, заліза і маловуглецевих сталей.

Для проведення випробування з досліджуваного матеріалу виготовляють циліндричні або плоскі зразки (рис. 5), що складаються з робочої частини і головок, форма і розміри яких відповідають затискачам розривної машини. У межах робочої частини рисками чи іншими відмітками з похибкою до 1% позначають початкову розрахункову довжину або , де — площа початкового перерізу зразка.

Характеристики міцності

Щоб унезалежнитися від розмірів та форми тіла (виробу) для характеристики міцності матеріалу використовуються напруження — питомi навантаження, що припадають на одиницю площi перерiзу тiла. Вони визначаються вiдношенням сили (навантаження) до площi перерiзу тiла, на якiй вона дiє. Їх розмiрнiсть у мiжнароднiй системi одиниць — паскаль (1Па = 1Н/м²); для зручностi користуються мегапаскалями (1МПа =10⁶ Па).

Напруження, як функцiя не тiльки сили, але i площi, в рiзних перерiзах тіла будуть вiдрiзнятися. У загальному випадку сила не перпендикулярна до площини, на яку вона дiє. Тодi її, як будь–який вектор, можна розкласти на двi cкладовi: нормальну та дотичну. Відповідно за цими складовими визначають:

– нормальні напруження , що діють перпендикулярно до площини перерізу тіла і викликають пружну деформацію;

– дотичні напруження , що діють у площині перерізу тіла і викликають пластичну деформацію.

Залежно вiд способу визначення при механiчних випробуваннях розрiзняють дiйсн i та умовн i напруження. Вiдомо, що в процесi деформацiї величина перерізу зразка змiнюється. Дiйснi напруження визначають вiдношенням сили до площi перерiзу в момент деформацiї, умовнi — відносять до початкової площi перерiзу (до початку навантаження), не враховуючи її змiни в процесi деформацiї. I хоча фiзичним змiстом володiють лише дiйснi напруження, в практицi механiчних випробувань частіше користуються умовними напруженнями завдяки зручностi їх визначення.

Основні стандартні характеристики міцності представляються умовними нормальними напруженнями — відношеннями відповідних зусиль (рис.4) до початкової площі поперечного перерізу зразка .

Границю пропорційності — умовне напруження, до якого в матеріалі зберігається лінійна залежність між навантаженням і видовженням, визначають за формулою

. (4)

Границю текучості фізичну визначають як найменше напруження, при якому зразок деформується без помітного зростання навантаження:

(5)

Границю текучості умовну , при якій величина пластичної (залишкової) деформації сягає 0,2 %, визначають при відсутності на кривій розтягування площинки текучості за формулою

. (6)

Границя міцності — напруження, яке відповідає найбільшому зусиллю , що передує руйнуванню зразка, визначається за формулою

. (7)

При визначенні границі міцності зразок плавно навантажують до руйнування.