Испытание на растяжение при комнатной температуре

При определении характеристик прочности металлических материалов играют важную роль.

Испытания проводятся на разрывных испытательных машинах, материал подвергают действию плавно возрастающей нагрузки.

Образцы определенного сечения (рис. 5) постепенно нагружают в продольном направлении и таким образом растягивают в длину. Удлинение выражают в процентах от первоначальной длины образца. В результате такого испытания получают диаграмму растягивающая сила Р - абсолютное удлинение образца (рис. 4, 7), характеризующую поведение металла под нагрузкой.

На рис. 7 показаны типичные диаграммы растяжения. Рассмотрим их:

Для получения удельных механических характеристик данного материала, не зависящих от размеров образцов, диаграмма деформации при растяжении строится в координатах: растягивающее напряжение – относительное удлинение.

где Р – растягивающая сила, Н; F₀ – исходная площадь поперечного сечения образца, Δl - абсолютное удлинение, мм, l₀ - расчетная длина образца до испытания, мм.

Диаграмма отличается от диаграммы только масштабом.

При малых нагрузках остаточная деформация не возникает и образец после снятия нагрузки принимает исходную длину – он ведет себя упруго (участок О – Р_пц). В пределах этой области упругой деформации нагрузка пропорциональна деформации.

где Е – коэффициент пропорциональности, модуль Юнга, МПа.

Крутизна подъема определяется как отношение напряжения к деформации. Е графически равен tgα, характеризует упругие свойства материала.

При заданной величине напряжения с увеличением модуля уменьшается величина упругой деформации, т.е. возрастает жесткость (устойчивость) конструкции. Поэтому модуль Е также называют модулем жесткости. Величина модуля зависит от природы сплава и изменяется незначительно при изменения его состава, структуры и термической обработки.

Размерность модуля упругости – МПа.

Если напряжение продолжает расти и материал переходит через предел упругости, то в образце будет накапливаться пластическая деформация.

Теперь после снятия нагрузки образец не возвращается к исходной длине, а становится длиннее – в соответствии с той долей, которую составляет пластическая деформация от общей. Сначала пластическая деформация распределяется равномерно по всей длине образца, но при дальнейшем росте напряжения она сосредотачивается в какой-то одной зоне. В этом месте образец начинает сужаться (образуется «шейка»), его поперечное сечение быстро уменьшается, и, наконец, наступает катастрофа – целостность материала нарушается, образец рвется (рис. 4).

Кривая растяжения позволяет установить многие важные характеристики материала.

Пределом пропорциональности называется наибольшее напряжение, при котором деформация прямо пропорциональна нагрузке.

где Р_пц – нагрузка при пределе пропорциональности.

Предел упругости – условное напряжение, соответствующее появлению остаточных деформаций заданной величины (0,05%).

где Р_0,05 – нагрузка при пределе пропорциональности.

Предел текучести (физический) – условное напряжение, соответствующее наименьшей нагрузке «площадки текучести», когда деформация образца происходит без увеличения нагрузки.

Предел текучести (условный) – применяется в том случае, если нет «площадки текучести» – условное напряжение, при котором остаточная деформация достигает величин 0,2%.

При дальнейшем нагружении пластическая деформация все больше увеличивается, равномерно распределяясь по всему объему образца. В точке Р_в, нагрузка достигает максимального значения.

Предел прочности (временное сопротивление) – условное напряжение,соответствующее наибольшей нагрузке, выдерживаемой образцом.

Пластичность металловхарактеризуют следующие величины:

Относительное удлинение – отношение прироста длины образца после разрыва к первоначальной расчетной длине.

Относительное сужение – отношение наибольшего (в месте разрыва) уменьшения поперечного сечения к первоначальной площади поперечного сечения.