Статистические испытания на растяжение (сжатие) образцов материала. Диаграммы испытаний

При испытаниях образцов на растяжения получают механические характеристики, определяющие свойства упругости и пластичности материала.

Наиболее часто производят испытания образцов из стального материала, который находит широкое применение на практике.

Образцы бывают цилиндрическими (рис. 7.1, а) и плоскими (рис. 7.1, б). Их размеры оговариваются специальными нормативными документами (ГОСТами, нормалями):

Рисунок 7.1 – Образцы при испытаниях на растяжение

Различают такие виды образцов:

а) длинные, у которых и ;

б) короткие при и ,

где – диаметр расчетной длины цилиндрических образцов; - высота сечения плоского образца; – расчетная длина образца.

Образцы испытывают на специальных машинах (прессах) с механическим или гидравлическим приводом. В результате испытаний строится диаграмма ( – величина растягивающей образец силы, – удлинение образца при растяжении), вид которой показан на рис. 7.2:

Рисунок 7.2 – Диаграммы растяжения образцов

Диаграмма рис. 7.2, а соответствует материалу образцов из малоуглеродистой стали (Ст.2, Ст.3) для которых имеет место ярко выраженная «площадка текучести» (горизонтальный участок диаграммы). Диаграмма рис. 7.2, б отвечает испытанию образцов из низколегированной стали (например, 09Г2, 10ХСНД). Эти стали отличаются между собой содержанием углерода и легирующих добавок.

На основании «машинных диаграмм» рис. 7.2 (вычерчиваются на специальном приспособлении пресса при испытании) строятся после проведения испытаний условные диаграммы в осях «напряжения » и «деформации ». Такая диаграмма называется условной в связи с тем, что за величины F и l принимаются первоначальные размеры образца до испытаний, которые считаются неизменными (постоянными) в дальнейших испытаниях. Такое предположение отвечает близким к действительности величинам напряжений и деформаций для характерных точек диаграммы. Если же учитывать действительный вид диаграммы с переменными при испытаниях величинами F и l, то это не приведет к существенным изменениям величин напряжений для характерных точек диаграммы, хотя значительно усложнит обработку «машинной диаграммы»; результат действительной диаграммы используется, в основном, в исследовательских целях.

Рассмотрим поведение образца при его растяжении на прессе и отметим характерные точки диаграммы (рис.7.3)

Рисунок 7.3 – Диаграммы растяжения образцов из малоуглеродистой стали (а) и низколегированной стали (б)

До т. А на диаграммах существует линейная зависимость между и , т.е. справедлив закон Гука . Напряжения, соответствующие т.А, называются пределом пропорциональности (см. рис. 7.3).

где – растягивающая нагрузка, отвечающая т. А диаграммы.

При достижении растягивающей силы величины в т. В материал еще деформируется упруго, но нарушается линейная зависимость между и .

Напряжения, соответствующие т. В диаграммы, называется предел упругости (см. рис. 7.3)

Пределы пропорциональности и упругости относятся к механическим характеристикам, которые определяют свойства упругости материала.

При достижении растягивающей силы величины в т. С наблюдается рост удлинений образца для малоуглеродистой стали без увеличения нагрузки . Это явление называется текучестью материала, а напряжение, соответствующее горизонтальной линии на диаграмме (площадка текучести), – пределом текучести (см. рис.7.3, а).

Для низколегированной стали (см. рис.7.3, б) нет площадки текучести. Поэтому, за предел текучести условились принимать такую т. С на диаграмме, которая отвечает остаточной пластической деформации образца при его разгрузке . Поэтому, напряжение с обозначением называют условным пределом текучести материала из низколегированной (легированной) стали.

После стадии текучести при дальнейшем увеличении растягивающей нагрузки материал образца начинает снова сопротивляться деформации. Здесь деформации растут быстрее нагрузки. Этот участок диаграмм выше т. С называется зоной упрочнения.

При растягивающей силе на образце появляется местное утонение – шейка (рис. 7.4). Это наибольшая нагрузка, которую может выдержать образец перед разрушением (разрывом в месте шейки). Напряжение соответствующие наибольшей силе перед разрушением (т. D на диаграммах) называется пределом прочности (временным сопротивлением) .

Рисунок 7.4 – Образование шейки образца перед разрушением

Дальнейшее утонение шейки приводит к уменьшению нагрузки и образец разрывается в прессе (т. Е на рис. 7.3).

Величины напряжений и характеризуют свойства пластичности, а совместно с напряжением определяют прочность материала.

При сжатии стальных образцов диаграмма деформирования подобна растяжению. Близки и механические характеристики , , . Понятие предела прочности при сжатии стальных образцов не существует, так как материал не разрушается, а сплющивается.

Для хрупких материалов (например, чугун, бронза) производят испытания цилиндрических образцов на сжатие. Диаграмма « » для хрупких материалов показана на рис. 7.5. Единственная характеристика, полученная при испытаниях, это предел прочности при сжатии .

Чугун, как хрупкий материал, лучше сопротивляется сжатию, чем растяжению; предел прочности при сжатии в три раза больше, чем при растяжении.

Рисунок 7.5 – Диаграмма сжатия хрупких образцов