Испытание материалов на растяжение и определение их основных механических характеристик

Цель работы.

1. Ознакомление с испытательной машиной и методикой испытания на растяжение по ГОСТ 1497–84 «Методы испытания на растяжение».

2. Проведение испытания на растяжение и изучение поведения образца вплоть до разрушения.

3. Определение основных механических характеристик материала по результатам испытания.

Краткие теоретические сведения.Испытания на растяжениеявляются основным и наиболее распространенным методом исследования

и контроля механических свойств материалов. Данные испытания регламентируются ГОСТ 1497–84 «Методы испытания на растяжение», который содержит основные требования к испытательным машинам, необходимые указания о форме и размерах образцов, определение основных механических характеристик материала и порядок проведения испытаний. Полученные в результате опыта характеристики позволяют судить о прочности материалов при статическом нагружении и считаются основными при расчетах деталей машин, элементов конструкций и сооружений на прочность.

В процессе испытания графопостроитель вычерчивает диаграмму растяжения образца в координатах P (нагрузка) – Dl (удлинение). Примерный вид диаграммы для пластичного материала (малоуглеродистой стали) показан на рис. 2.1.

Рис. 2.1. Диаграмма растяжения

Pmax

Начальный линейный участок диаграммы ОА, для которого справедлив закон Гука, после точки А искривляется, а затем переходит в горизонтальный участок ВС, где деформация растет при практически постоянном усилии, а иногда и при уменьшении нагрузки. На диаграмме появляется так называемая «площадка текучести». Отношение

sТ = ^PT (2.1)

F

называется пределом текучести (физическим), здесь Р_Т – нагрузка, вызывающая текучесть материала; F₀ – первоначальная площадь поперечного сечения образца. У многих материалов отсутствует явно выраженная площадка текучести. В этом случае определяется условный предел текучести s _0,2 (технический), представляющий собой напряжение,

при котором остаточное удлинение достигает 0,2 %:

s 0,2	=	P0,2	.	(2.2)
		F0

Деформирование образца после площадки текучести (участок CD)

требует увеличения нагрузки до некоторого наибольшего значения

(точка D). Происходит так называемое самоупрочнение материала. Если в некоторой точке F прекратить нагружение и разгрузить образец, то разгрузка пойдет по линии FR, практически параллельной начальному линейному участку ОА. Это свидетельствует о том, что при разгрузке исчезают только упругие деформации, связанные с действием закона Гука. Отрезок RP соответствует упругим деформациям, а отрезок OR – пластическим. Если же после разгрузки образца до точки R снова увеличивать нагрузку, то диаграмма изобразится линией RFDK, т. е. диаграмма предварительно нагруженного образца до нагрузки большей Р_Т окажется короче диаграммы исходного материала. Таким образом, предварительная пластическая деформация делает материал более хрупким, уменьшая величину остаточной деформации до момента разрушения в точке К, предел текучести повышается, точка F и площадка текучести исчезают. Это явление называется наклепом. Он повышает склонность материалов к хрупкому разрушению.

В точке D нагрузка на образец достигает своего максимального значения P_max , пластическая деформация становится неравномерной и

начинает концентрироваться в наиболее ослабленном участке образца, на котором появляется резкое местное сужение – шейка. Напряжение, соответствующее P_max , является важной механической характеристикой,

называемой пределом прочности или временным сопротивлением:

s		=	Pmax
B	F .	(2.3)

s max

Это напряжение является условным, так как площадь сечения образца в точке D диаграммы будет несколько меньше из-за поперечной деформации образца в процессе нагружения.

После начала образования шейки нагрузка уменьшается (участок DK), хотя истинные напряжения растут до самого разрушения образца. Отношение разрушающей нагрузки Р_разр к площади поперечного сечения образца в месте разрыва (площади шейки) F_Ш называют истинным сопротивлением разрыву:

s разр =	Рразр	.	(2.4)
	FШ

Значение нагрузки Р_разр берется из диаграммы или фиксируется на силоизмерителе машины в момент разрыва образца; площадь шейки F_Ш определяют в самом тонком месте образца, диаметр которого нужно измерить, сложив вместе половинки разрушенного образца. Однако

напряжение нельзя принять за характеристику прочности, так как

напряженное состояние в шейке образца является сложным, т. е. нарушается нормальное течение процесса деформирования образца.

К моменту разрыва образца его рабочая часть l₀ удлинится на величину Dl_общ (отрезок ОМ на диаграмме растяжения). После разрушения

упругая часть деформации (отрезок NM) исчезнет и останется деформация Dl_полн –отрезок ON.Отношение приращения расчетной длины образцаDl_полн

к его первоначальной длине l ₀

d =	Dlполн ×100 %	(2.5)
	l0

называют относительным остаточным удлинением. Абсолютное остаточное удлинение Dl_полн после разрыва можно вычислить, сложив

половинки образца и измерив расстояние l_К между рисками I и II на его рабочей части Dl_полн = l_K - l₀ .

Отношение уменьшения площади поперечного сечения в месте разрыва DF = F₀ - F_Ш к начальной площади F₀ поперечного сечения образца

y =	DF ×100%	(2.6)
	F0

называется относительным остаточным сужением. По величинам d и y оценивают пластические свойства материалов.