Испытание на растяжение

Для испытания на растяжение при­меняют цилиндрические или плоские образцы определенной формы и размеров по стандарту [9, 17, 18]. Испытание образцов на растяжение про­водится на разрывных машинах с механическим или гидравлическим приводом. Эти машины снабжены специальным приспособле­нием, на котором при испы­тании (растяжении) автомати­чески записывается диаграм­ма растяжения (рис. 39).

Рис. 39. Диаграмма растяжения

При испытании на растяжение определяют следующие характе­ристики механических свойств: пределы упру­гости σуп, текучести σт, прочности σВ, истинного сопротивления разрыву SK, относительное удлинение δ и сужение ψ. Пределом упругости σуп называется напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,05 % от расчетной величины образца и определяется по формуле где Роль – нагрузка, соответствующая пределу упругости. Пределом текучести σт называется наименьшее напряжение, при котором образец деформируется (течет) без замет­ного увеличения нагрузки: ,

где Р_Т – нагрузка, соответствующая пределу текучести.

Условным пределом текучести σ_т называется напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,2 % от расчетной длины образца:

^,

где P_0,2 – нагрузка, соответствующая пределу текучести.

Пределом прочности σ_В назы­вается напряжение, отвечающее наибольшей нагрузке Р_В, пред­шествующей разрушению образца:

Истинным сопротивлением разрушению S_K называется напря­жение, определяемое отношением нагрузки Р_к в момент разрыва образца к площади поперечного сечения F_K образца в шейке после разрыва:

Относительным удлинением δ называется отношение абсолют­ного удлинения, т. е. приращения расчетной длины образца после разрыва (l_к – l₀),
к его первоначальной расчетной длине l₀, выра­женное в процентах:

где l_K – длина образца после разрыва.

Относительным сужением ψ называется отношение абсолют­ного сужения, т. е. уменьшения площади поперечного сечения образца после разрыва (F₀ – F_к), к его первоначальной площади его поперечного сечения выра­женное в процентах:

где F_K – площадь поперечного сечения образца после разрыва.

Относительным удлинением и сужением характеризуется пластичность металла.

Испытание на изгиб

Испытание на изгиб можно проводить почти на всех машинах, пригод­ных для испытания на сжатие. Большинство универсальных машин имеют специальные раздвигающиеся опоры для испытаний на изгиб [9, 12, 17, 18].

Для испытания на изгиб применяют образцы круглого или прямо­угольного (квадратного) поперечного сечения, которые помещают кон­цами на две опоры. Во избежание смятия в опорах лучше увеличить по­верхность контактов, уменьшив удельное давление на опоры.

Изгибающая сила уменьшается при увеличении пролета (расстояния между опорами), а также при выборе длинных образцов с соотношением l/h > 10.

При деформации изгиба нижние слои металла до нейтрального слоя испытывают растяжение, а верхние – сжатие (рис. 40). Между зонами рас­тяжения и сжатия располагается нейтральный недеформированный слой металла. Различают простой или плоский изгиб, при котором внешние силы лежат в одной из главных плоскостей бруса, и сложный, вызываемый силами, расположенными в разных плоскостях.

Рис. 40. Деформация при изгибе

Испытания на изгиб (ГОСТ 14019-80) проводятся по двум схемам:

1) сосредоточенной нагрузкой, приложенной в середине пролета (рис. 41, а).

Рис. 41. Схема испытаний на изгиб: а – сосредоточенный; б – чистый

В этом случае наибольший изгибающий момент:

М_изг =P l /4,

где Р – изгибающая нагрузка; l – расстояние между опорами, на которых установ­лен образец.

2) двумя равными симметрично приложенными (на равных расстояниях от опор) сосредоточенными нагрузками, создающими на опре­деленном участке чистый изгиб (рис. 41, б). Расстояние от опоры а целе­сообразно принимать равным 1/3 расчетной длины образца.

При чистом изгибе М_изг =Pa/2.

Результаты испытаний по второй схеме более точные, так как наиболь­шие напряжения возникают на определенном участке длины образца, и поэтому оценивается не одно (случайное) сечение, как в первом случае, а значительный объем образца.

При испытаниях на изгиб можно подсчитать напряжения, соответству­ющие различным нагрузкам, а также определить стрелу прогиба образца f. Это определение проводится либо по кривой, полученной на диаграм­мном приборе машины, либо с помощью специальных приборов – прогибомеров.

Рис. 42. Диаграммы изгибов: а – пластичный материал; б – малопластичный; в – хрупкий

На рис. 42 представлены типичные диаграммы изгиба для пластичных (рис. 42, а), малопластичных (рис. 42, б) и хрупких (рис. 42, в) матери­алов. При изгибе хрупких материалов максимум нагрузки часто совпадает с появлением первой трещины. Иногда образование трещин сопровожда­ется резкими перегибами на ниспадающей ветви диаграммы. Предел прочности при изгибе в этом случае σизг = Mизг/W, где W (момент сопротивления) – геометрическая характеристика поперечного сечения бруса, показывающая сопротивляемость бруса изгибу в рассматри­ваемом сечении. Для образцов круглого сечения W= π d3/32, где d – диаметр образца. Для образцов прямоугольного сечения со сторонами b и h W=bh2/ 6, где h – высота бруса. При изгибе можно определить пределы пропорциональности, упругости и текучести с точным замером деформаций. Величина прогиба fразр характеризует пластичность; она зависит от материала, длины образца, момента инерции, от отношения высоты к шири­не и способа приложения нагрузки.

При чистом изгибе величина прогиба зависит от соотношения длин участков а и b (рис. 41, б).

При изгибе устраняется важный недостаток испытаний на растяжение (сжатие) – влияние перекосов при установке образцов.