ИСПЫТАНИЕ НА РАСТЯЖЕНИЕ

Испытания на растяжение относятся к статическим испытаниям, т. е. к таким, когда нагрузка на образец в процессе испытания

Рис. 12. Образцы для испытания на разрыв.

Расчетная длина образца l₀ берется для длинного образца l₀=11,3 F₀ и короткого l₀= 5,65 F₀, где F₀ — произвольное сечение образца в мм. Нормальный размер длинного образца l₀ = 200 мм, F₀=314 мм и d₀ 4= 20 мм.

возрастает относительно медленно от нуля до некоторой конечной величины. Для испытания на растяжение применяют стандартные образцы (ГОСТ 2055-43) цилиндрической (рис. 12, а) или плоской формы (рис. 12,6).

Головки образцов закрепляют в захватах разрывной машины. Механические свойства при растяжении определяются на расчетной длине образца l₀. Для испытания на растяжение наиболее широко применяют универсальную рычажно-маятниковую машину типа Р5(рис. 13), пресс Гагарина и разрывную машину типа ИМ-4Р, созданную в ЦНИИТМАШ И. В. Кудрявцевым и др. (рис. 14), работающую по принципу пресса Гагарина1.

Все разрывные машины имеют два основных механизма:

1) механизм для нагружения испытываемого образца (гидравлический или механический привод);

2) механизм для измерения усилий, приложенных к образцу (рычаг с подвижным грузом, маятниковый рычаг, манометр). Машины снабжены самозаписывающим прибором, который автоматически вычерчивает так называемую диаграмму растяжения, показывающую изменение длины образца в зависимости от приложенной к нему нагрузки. Наиболее точную диаграмму растяжения дают пресс Гагарина и мaшинa ИМ-4Р.

Рис. 13. Общий вид разрывной машины типа Р5.

На рис. 15, а приведена диаграмма растяжения для малоуглеродистой стали. Как видно из приведенной диаграммы,

вначале удлинение образца пропорционально нагрузке. Закон пропорциональности остается справедливым до некоторой нагрузки Р_р, которая носит название «нагрузка при пределе пропорциональности».

Напряжение, вычисленное по первоначальной площади поперечного сечения образца f₀,

σ_p=P_p/f₀ кг/мм²

называется пределом пропорциональности.

Напряжения, не превышающие предела пропорциональности, практически вызывают лишь упругие деформации, т. е. деформации, исчезающие после снятия нагрузки. Поэтому нередко предел пропорциональности отождествляют с пределом упругости (σ_l = σ_p). По существу это не вполне точно, но практически вполне приемлемо. Обычно предел упругости σе определяется как напряжение, при котором остаточная деформация получается равной 0,005% начальной расчетной длины образца (l₀).

Рис. 14. Разрывная машина типа ИМ-4Р:

а — общий вид; б — схема устройства машины; 1 и 2 зажимы машины 3 — винт нагружающего механизма; 4—рычаг; 5 —маятник; 6 — электромотор; 7 —стрелка; 8 — шкала; 9 — перо для записи диаграммы растяжения; 10 — диаграммный барабан; 11 и 12 — зубчатые пары.

Рис. 15. Диаграмма растяжения.

Пределы пропорциональности и упругости являются важными характеристиками металла. Любая конструкция или деталь машины должна рассчитываться так, чтобы рабочие напряжения в ней не превышали σ_s и σ_р.

До предела пропорциональности между напряжениями в образце и его удлинением существует следующая зависимость:

σ=E δ;

Е= σ/ δ=tgα

Коэффициент пропорциональности Е называется модулем упругости и характеризует жесткость материала, т. е. его сопротивление упругим деформациям при растяжении.

Модуль нормальной упругости Е мало зависит от структуры сплава, термической обработки и изменения его состава и определяется в основном типом кристаллической решетки.

Модуль упругости для некоторых металлов приводится ниже.

Железо, имеющее наибольшее значение модуля нормальной упругости, имеет наиболее важное техническое значение.

Повышение нагрузки выше Р_р нарушает прямолинейную зависимость между нагрузкой и удлинением образца. Прямая переходит в кривую, и при некоторой нагрузке P_s на диаграмме отмечается горизонтальная площадка. Наличие горизонтальной площадки указывает, что металл течет (удлиняется) без увеличения нагрузки. Нагрузка P_s называется нагрузкой при пределе текучести, а соответствующее напряжение пределом текучести.

σ_s=P_s/f₀ кг/мм²

Таким образом, пределом текучести называется наименьшее напряжение, при котором образец деформируется (течет) без заметного увеличения нагрузки.

Выше предела пропорциональности уже имеет место пластическая деформация, т. е. деформация, остающаяся после снятия нагрузки. Если упругая деформация вызывала лишь упругие искажения кристаллической решетки, то пластическая деформация вызывает явление сдвига, т. е. одна часть кристалла перемешается по отношению к другой.

Большинство металлов не имеет четко выраженной площадки текучести. Диаграмма растяжения в этом случае плавно переходит от упругого участка к участку, который характеризует пластическую деформацию (рис. 14, б).

В этом случае определяют условный предел текучести, т. е. напряжение, при котором образец получает остаточное удлинение, равное 0,2% первоначальной расчетной длины (σ_0,2).

Предел текучести благодаря простоте определения широко применяется как показатель прочности в машиностроении и вытеснил такие характеристики, как σ_s и σ_p, требующие для определения наличия точных приборов и кропотливой работы.

Таким образом, пределы σ_р и σ_s характеризуют сопротивление металла малым пластическим деформациям. Дальнейшее повышение нагрузки вызывает более значительную пластическую деформацию во всем объеме металла.

Наибольшая нагрузка Р_в, которую выдерживает образец без разрушения, называется нагрузкой при пределе прочности, а соответствующее напряжение пределом прочности.

σ_в=Р_в/f₀ кг/мм²

Пределом прочности σb называется напряжение, отвечающее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца. Для хрупких металлов достижение предела прочности сопровождается разрушением. У пластичных металлов, начиная с напряжения, отвечающего величине σ_в, деформация сосредоточивается в одном месте. На образце образуется местное сужение поперечного сечения, так называемая шейка, нагрузка падает, и в некоторый момент образец разрушается. Следовательно, для пластичных металлов предел прочности характеризует сопротивление металла значительным пластическим деформациям.

Кроме показателей прочности σ_p, σ_s, σ_в, при испытании на растяжение определяются и показатели пластичности, характеризующие способность металла деформироваться не разрушаясь.

К характеристикам пластичности относятся:

1. Относительное удлинение δ%, под которым понимают отношение приращения длины образца после разрыва к его первоначальной расчетной длине, выраженное в процентах

δ =100(l₁-l₀)/l₀

где l1 —.длина образца после разрыва.

2. Относительное сужение ψ%, под которым понимают отношение уменьшения поперечного сечения разорванного образца к первоначальной площади поперечного сечения, выраженное в процентах

ψ =100(f₀-f₁)/f₀

При определении σ_р, σ_s, σ_в соответствующие им нагрузки Р_р, P_s, Р_в относились к первоначальной площади поперечного сечения образца f₀. Следовательно, диаграмма растяжения, приведенная на рис. 14, не учитывает значительного уменьшения поперечного сечения образца при напряжениях выше предела текучести и особенно при образовании шейки.

Более точную зависимость между деформацией образца и действительным напряжением дают так называемые диаграммы истинных напряжений. Эти диаграммы строятся в координатах истинные напряжения— относительное сужение g, которое характеризует истинную деформацию образца в процессе испытания. Относительное сужение определяется из следующего уравнения:

s=P/f_x

g=100(f₀-f_x)/f₀

где f_x —поперечное сечение образца в данный момент испытания.

На рис. 14, в, приведена диаграмма истинных напряжений. На диаграмме предел текучести обозначен S_s, а предел прочности S_k. Величины S_k и σ_в для хрупких металлов, разрушающихся без значительной пластической деформации, практически равны. Для пластичных металлов S_k всегда больше σ_в.

Построение истинных диаграмм растяжения связано с большими трудностями, поэтому при контрольных испытаниях обычно пользуются условными диаграммами растяжения. При исследовательских работах нередко строят диаграммы истинных напряжений.

Не нашли, что искали? Воспользуйтесь поиском: