Краткие сведения из теории. Испытания на растяжение образцов из конструкционных сталей при обычных температурах стандартизированы и регламентируются ГОСТ 1497-84

Испытания на растяжение образцов из конструкционных сталей при обычных температурах стандартизированы и регламентируются ГОСТ 1497-84.

Механические характеристики определяются по диаграмме растяжения – графику зависимости между растягивающей образец силой и его удлинением. При механических испытаниях материалов пользуются следующими понятиями.

Напряжение (для оценки величины нагрузки, не зависящей от размеров образца) – это отношение действующей нагрузки к площади поперечного сечения образца.

, (1)

где Р – нагрузка, приложенная к образцу, F₀ – площадь поперечного сечения образца. Измеряется напряжение, как правило, в мегапаскалях (МПа) или в кг/мм². Связь между этими единицами следующая: 1 МПа=10 кг/мм².

Деформация – это изменение формы и размеров тела под воздействием приложенных сил. Различают абсолютную и относительную деформацию.

Абсолютная деформация Dl:

(2),

где l – длина образца в какой-то момент времени; l₀ – начальная длина образца.

Относительная деформация e:

(3)

Рис.1. Типичный вид диаграммы растяжения для стали.

Типичная диаграмма растяжения для стали показана на рис.1. На ней можно выделить ряд характерных участков:

1. ОА – участок упругой деформации материала. Практически на всем протяжении участка до точки А связь между напряжениями и деформациями почти линейна.

2. АМ – участок равномерных упругопластических деформаций. У углеродистых сталей в пределах этого участка обнаруживается площадка текучести, на которой наблюдается заметный рост деформации без увеличения нагрузки. Для материалов, не имеющих явно выраженной площадки текучести, определяется условный предел текучести, соответствующий нагрузке, при которой остаточная деформация достигает некоторой определенной величины, устанавливаемой техническими условиями. По стандарту величина этого допуска принята равной 0,2%. За площадкой текучести начинается зона упрочнения, и дальнейшая деформация образца происходит с увеличением нагрузки. В конце этого участка в одном из сечений образца, ослабленном микроскопическими трещинами, начинает образовываться шейка.

3. МК – участок местных деформаций в шейке. Площадь поперечного сечения шейки быстро уменьшается, и для дальнейшего деформирования образца требуется все меньшая нагрузка. В момент, которому на диаграмме отвечает точка К, сечение шейки уменьшается до предела и образец разрушается.

Порядок выполнения работы

Опыт производится на испытательной машине МР-0,5-1 (максимальная нагрузка 500 кгс=5000 Н), снабженной автоматическим диаграммным аппаратом для записи диаграммы растяжения.

Испытуемый образец устанавливается в захватах машины. Образец деформируется при опускании нижнего захвата. Деформация образца (абсолютное удлинение) фиксируется шкалой деформаций, а сила, действующая на образец – шкалой нагрузок.

Для испытаний на растяжение применяют цилиндрические или плоские образцы, формы и размеры которых выбираются по ГОСТ 1497-84. Обычно начальная расчетная длина образца определяется по формуле (короткий образец) или (длинный образец); диаметр образцов от 3 мм или толщина от 0,5 мм.

Перед испытанием плоских образцов замеряется толщина образца b₀ с точностью до 0,05 мм и начальная длина с точностью до 0,1 мм. Наблюдение за поведением образца ведется по диаграмме, автоматически вычерчиваемой диаграммным аппаратом. Нагрузка на машине измеряется в кгс, а не в ньютонах, что допускается ГОСТ 1497-84, затем дальнейшие расчеты проводятся в системе измерений СИ. Испытания проводят при определенной скорости раздвижения захватов испытательной машины. Обычно выбирают такую максимальную скорость, чтобы время от момента приложения нагрузки к образцу до его разрушения было бы не менее 1 минуты для образцов из материалов, имеющих предел текучести и не менее 30 секунд для материалов, не имеющих предела текучести. После разрушения также производятся замеры параметров образца.