Б. Характеристики пластичности
К характеристикам пластичности относятся:
- относительное удлинение после разрыва;
- относительное равномерное удлинение;
- относительное сужение поперечного сечения после разрыва.
Материалы, разрушению которых предшествует возникновение значительных остаточных деформаций, называют пластичными. Пластичность может быть охарактеризована остаточным относительным удлинением образца, доведённого при растяжении до разрыва, и остаточным относительным сужением. Чем больше эти величины, тем пластичнее материал.
Относительное удлинение после разрыва δ – отношение приращения расчётной длины образца ( ) после разрушения к начальной расчётной длине ℓ0, выраженное в процентах.
Относительное удлинение образца после разрыва в процентах вычисляют по формуле
. (1.8)
Рис. 1.4. Пластичный характер разрушения с образованием шейки и разрывом типа «конус – чашка». В центре разрушение развивалось путём отрыва (угол b близок к 90°), на периферии – путём сдвига (угол a близок к 45°)
В протоколе испытаний должно быть указано, на какой расчётной длине определено относительное удлинение после разрыва δ. Например, при испытании цилиндрических образцов с пятикратной расчётной длиной относительное удлинение после разрыва обозначают δ5, а с десятикратной – δ10.
Относительное равномерное удлинение δр – отношение приращения длины участка в рабочей части образца после разрыва, на котором определяется относительное равномерное удлинение, к его длине до испытания, выраженное в процентах. В ГОСТе изложена методика определения этой характеристики.
Относительное сужение после разрыва ψ – отношение разности A0 и минимальной Aк площади поперечного сечения после разрушения к начальной площади поперечного сечения образца A0, выраженное в процентах.
Относительное сужение после разрыва в процентах определяют по формуле
, (1.9)
где Aк для цилиндрических образцов вычисляют по результатам измерения диаметра dк в шейке (см. рис. 1.4) в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
Примечание. В учебниках, справочной литературе и нормативной документации встречаются также иные (по сравнению с приведёнными в ГОСТ 1497-84) обозначения характеристик прочности и пластичности:
– предел пропорциональности;
– предел упругости; индекс е от elastic;
– предел текучести; индекс y от yield (англ.) – текучесть;
,
– предел прочности (временное сопротивление); индекс b от break (англ.) и bruch (нем.) – разрушать, ломать; индекс u от ultimate (англ.) – предельный;
,
– относительные остаточные удлинение и сужение (соответственно) при разрыве; индекс r от rest (англ.) – остаток.
Образцы, оборудование, измерительные приборы
Образцы
Для определения прочности металла при растяжении образец, изготовленный из испытуемого материала, с помощью испытательной машины растягивается путём приложения продольной силы к головкам образца вплоть до разрыва его на две отдельные части. Для разрывных испытаний чаще всего применяют цилиндрические образцы (рис. 1.5), но в ряде случаев пользуются также и плоскими образцами, особенно при испытании листового металла. Размеры и соотношения между ними для разрывных образцов могут быть самыми разнообразными; однако для определения механических характеристик испытуемого материала, сопоставимых с характеристиками других материалов, а также полученных в других лабораториях, необходимо изготавливать образцы в соответствии с требованиями ГОСТа 1497-84.
Рис. 1.5. Основные размеры цилиндрических образцов
Рабочая длина образца ℓ – часть образца с постоянной площадью поперечного сечения между его головками или участками для захвата.
Начальная расчётная длина образца ℓ0 – участок рабочей длины образца между нанесёнными метками до испытания, на котором определяется удлинение.
Конечная расчётная длина образца ℓк – расчётная длина после разрыва образца.
Начальный диаметр образца d0 – диаметр рабочей части цилиндрического образца до испытания.
Диаметр образца после разрыва dк – минимальный диаметр рабочей части цилиндрического образца после разрыва.
Начальная площадь поперечного сечения образца A0 – площадь поперечного сечения рабочей части образца до испытания.
Площадь поперечного сечения образца после разрыва Aк – минимальная площадь поперечного сечения рабочей части образца после разрыва.
Для испытания на растяжение применяют цилиндрические образцы диаметром 3 мм и более (до 25 мм). Основными считают образцы диаметром 10 мм. В цилиндрических образцах должно быть выдержано соотношение между расчётной длиной образца ℓ0 и его диаметром до испытаний d0: у длинных образцов ℓ0 = 10d0, у коротких ℓ0 = 5d0. Применение коротких образцов предпочтительнее. Эти соотношения можно выразить в несколько иной форме. Учитывая соотношения между площадью A0 и диаметром d0
.
,
получим для длинных образцов , (1.10)
а для коротких образцов . (1.11)
Плоские образцы применяют толщиной 0,5 мм и более (до 25 мм). Для сопоставимости результатов испытаний образцов с круглой и некруглой формами поперечного сечения длину последних вычисляют, используя соотношения (1.10) и (1.11).
Форма и размеры головок образцов определяются в основном конструкцией зажимных приспособлений, применяемых испытательных машин. Несколько вариантов их приведены в ГОСТе 1497-84. Там же представлены требования к предельным отклонениям по размерам рабочей части образцов.
Чтобы исключить влияние головок на характер распределения напряжений в пределах расчётной длины образца, его рабочая длина ℓ должна превышать расчётную ℓ0 на 1…2 диаметра (принцип Сен-Венана, изложенный им в 1853 г.: в сечениях, достаточно удалённых от мест приложения сил, напряжения практически не зависят от способа нагружения). Поскольку на результаты испытаний оказывает влияние состояние поверхности образца, ГОСТ 1497-84 накладывает ограничения на режимы механической обработки и шероховатость поверхности.