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 δ_р – 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 A_к 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 A_к для цилиндрических образцов вычисляют по результатам измерения диаметра d_к 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 ℓ_к – расчётная длина после разрыва образца.

Начальный диаметр образца d₀ – диаметр рабочей части цилиндрического образца до испытания.

Диаметр образца после разрыва d_к – 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 A_к – 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.