Классификация методов испытаний.

Механические свойства материалов и полуфабрикатов описывают многими параметрами и зависимостями. Из всего массива данных о материалах, получаемыхпри статическом и динамическом нагружении, при нормальной, повышенной, пониженной или криогенной температурах, в высоком ва­кууме, в химически активных средах или при лучевом воздействии, могут быть составлены справочные данные только о некоторых свойствах и для весьма ма­лого числа их комбинаций. Все мыслимые вариации условий и характеристик материалов, естественно, не могут быть получены. Номенклатуру характеристик задает основной заказчик (например, отрасль), формулируя сначала ТЗ и ТУ на полуфабрикат, затем согласовывая паспорт материала — свод гарантируемых величин характеристик по конкретному перечню. Применение материала в межотраслевом и всесоюзном масштабе утверждается выпуском ГОСТа. Легко понять, насколько важна стандартизация методов испытаний материалов и полуфабрикатов в определении химико-физических, механических, коррозионных и других свойств. Механические характеристики, параметры кривой упрочнения (диаграммы ), кривые усталости, ползучести, длительной прочности, характеристики трещиностойкости , диаграммы усталостного разрушения (da / dN = f (ΔK) и т. д., определяют для выбора материалов, обоснования конструктивных решений и технологических процессов; статистического приемочного контроля, нормирования характеристик и оценки качества материала в производстве; выполнения расчетов на прочность и усталость деталей машин и конструкций.

Программа Госстандарта СССР «Расчеты и испытания на прочность в машиностроении» (ГОСТ 25.001-78) поставила работу по стандартизации методов испытания материалов и изделий на новый высокий уровень, соответствующий современным условиям НТР и международному состоянгию стандартизации.

Сложность разработок и тематическая широта программы обусловили этапность в создании НТД разных уровней, планирование пересмотра, объединения и выпуска новых ГОСТов на методы испытаний, параметры (характеристики) и на образцы.

Классификация механических испытаний материалов. К объектам испытаний для определения механических характеристик относятся изотропные (анизотропные) монолитные металлы и сплавы; металлические полуфабрикаты (прокат, отливки, тонкий лист, лента, проволока, трубы); жесткие и мягкие монолитные пластмассы; армированные полуфабрикаты из неметаллов (текстолиты, стеклопластики, органопластики, углепластики, боропластики, волокна, ленты, ткани); конструктивные полуфабрикаты, металлические, неметаллические и смешанные (соты, ячеистые, гофровые, многослойные с заполнителями типа пенопласта, пенополиуретана и тд.).

К основным механическим характеристикам изотропных монолитных мате­риалов относятся:

упругие постоянные: Е — модуль упругости; G— модуль сдвига; μ - коэффициент поперечной деформации (коэффициент Пуассона);

предельные значения напряжения: — пределы пропорциональности; - предел упругости (при ε= 0,0005); - предел текучести (физический); ^— условный предел текучести (при ε= 0,002); — предел текучести (при γ= 0,003); — предел прочности (временное сопротивление); ^_ предел прочности при сдвиге; - истинный предел прочности (истинное сопротивление разрыву);

— истинный предел прочности при сдвиге;

предельные значения деформаций: δ - относительное удлинение при разрыве; ψ— относительное сужение при разрыве; γ_mах — максимальный остаточный сдвиг;

характеристики сопротивления усталости: - предел выносливости при симметричном цикле (растяжение - сжатие или изгиб); , — предел выносли­вости при симметричном цикле (кручение); — предел выносливости при нулевом цикле нагружения; m— угол наклона кривой усталости в логарифми­ческих координатах (ветвь ).

Характеристики трещиностойкости: (К_1с К_с)— вязкость разрушения при статическом нагружении; КС — ударная вязкость.

Характеристики анизотропных монолитных материалов определяют не менее чем по трем направлениям (технологическая анизотропия) с целью получения минимальных значений характеристик. Обычно всем полуфабрикатам присуща малая анизотропия. Для конструктивно-анизотропных, ортотропных, трансверсально-изотропных материалов, например армированных пластиков, когда укладка волокна ориентирована в трех и более направлениях, для исследования основных характеристик образцы вырезают по осям 0,90 и 45°.

Методы испытаний металлов.Испытания металлов и сплавов при статическом нагружении различают по типу НДС. Их проводят для всех видов полуфабрикатов стандартными методами, которые усовершенствованы и распространены на область высоких и низких температур (ГОСТы 1497-84, 3565-80, 651-84, 11150-84, 11701-84, 14019-80). Полнее и строже стала методика снятия и обработки диаграмм упрочнения. Наиболее распространены испыта­ния при одноосном растяжении, которые проводят как для обычного проката и отливок, так и для труб, проволоки, тонких листов, фольги и лент (ГОСТы 10006-80,10446-80, 11704-84).

Испытания на одноосное растяжение выполняют на образцах, вырезанных из продукции в соответствующих направлениях. Вследствие технологической анизотропии свойства сплавов отличаются по видам полуфабрикатов, зонам и направлениям, поэтому правила вырезки образцов регламентированы стандартом (ГОСТ 7564-73*).

Образцы на растяжение имеют рабочую часть в виде цилиндра или полосы с плавным переходом в зону утолщения для крепления в захвате испытательной машины. Размеры образцов подчиняются закону геометрического подобия — пропорционального изменения площадей сечения и длины рабочей части.

В упругой области даграммы Р— Δ lили σ— ε , пренебрегая явлениями неупругости и внутреннего трения в металлах, определяют модуль упругости Е = Δσ/ Δε и коэффициент Пуассона сточностью, которую имеют современные универсальные машины для испытаний на растяжение-сжатие (ГОСТ 7855-74) и экстензометры - продольный и поперечный.

Появление первых пластических деформаций, регистрируемых на диаграмме растяжения (рис. 4.1) как отклонение от линейного закона, характеризует достижение уровня напряжений , когда в поликристаллическом массиве суммарный эффект от движения дисклокаций, двойникования и возможного скольжения зерен по границам начинает проявлять себя как макродеформация

Рис. 4.1. Диаграммы растяжения:

1 — без "площадки текучести";

2-е "зубом" и "площадкой текучести";