Испытание на растяжение.

Испытания на растяжение проводят на специальных круглых образцах, а для листового материала на плоских образцах (рис. 1), в соответствии с ГОСТ 1497-84.

Расчетная длина круглого образца l₀ обычно берется равной десяти или пяти диаметрам. Диаметр рабочей части нормального круглого образца равняется 20 мм. Образцы других размеров называют пропорциональными.

Рис. 1. Образцы для испытаний на разрыв: а – круглый; б – плоский.

Образцы из разных материалов разрушаются в результате испытаний различно.

В процессе испытаний на растяжение на разрывных машинах записывается диаграмма в координатах нагрузка (Р, МПа) – удлинение (Δl, мм) образца (диаграмма растяжения).

Такая диаграмма вычерчивается автоматическим устройством, при постепенном увеличении растягивающего усилия вплоть до разрыва испытываемого образца. Диаграммы растяжения будут иметь вид, показанный на рис. 2.

Рис 2. Типы кривых растяжения:

а – образец равномерно деформировался вплоть до разрушения;

б – образец разрушился после образования шейки.

При растяжении образец удлиняется, а его поперечное сечение непрерывно уменьшается.

Усилие, приходящееся на 1 мм² поперечного сечения образца, называется напряжением и обозначается σ.

Напряжение в любой момент испытания можно определить делением отмечаемого силоизмерителем усилия Р на первоначальную площадь поперечного сечения образца F₀, мм².

Напряжение, при котором без заметного увеличения нагрузки образец продолжает деформироваться, называется физическим пределом текучести. Пределу текучести на кривой растяжения соответствует нагрузка P_Т (рис. 2, б). Определяется предел текучести по формуле:

, МПа.

Так как для ряда материалов на кривых растяжения нет площадки текучести (рис. 2, а), то в этом случае определяется условный предел текучести σ_0,2 – напряжение, при котором образец получает остаточное удлинение, равное 0,2% первоначальной длины l₀ образца.

Условный предел текучести определяется по формуле:

, МПа.

Предел текучести является обязательной характеристикой металла по ГОСТу.

Предел прочности при растяжении (временное сопротивление) σ_в – напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке Р_max, предшествующей разрушению образца, отнесенное к начальной площади F₀ его поперечного сечения до испытания:

, МПа.

При испытании металлов на растяжение определяют также величины, характеризующие пластичность – относительное удлинение и относительное сужение.

Относительное удлинение δ – это отношение приращения длины образца Δl₀ к первоначальной его длине l₀:

, %,

где l_k – длина образца после разрыва.

Относительное сужение ψ – это отношение уменьшения площади поперечного сечения разорванного образца к его первоначальной площади поперечного сечения:

, %,

где F_k – площадь поперечного сечения образца в месте разрыва.

Изменение размеров образцов в результате растяжения показано на рис. 3.

Характеристики материалов σ_в; σ_0,2; δ; ψ являются базовыми; они включаются в ГОСТ на поставку конструкционных материалов, в сертификаты, в паспорта приемочных испытаний, входят в расчеты прочности.

Рис. 3. Образцы стали:

а - до растяжения, б - после разрыва

К окончанию испытания площадь поперечного сечения образца заметно уменьшается, особенно в месте шейки, поэтому отношение считают условным. Более точную зависимость между напряжением и деформацией определяют по истинному напряжению и истинному сопротивлению разрыву.

Истинное напряжение S представляет собой отношение действующей в определенный момент нагрузки к площади поперечного сечения образца в тот же момент.

Истинное сопротивление разрыву S_k определяют делением нагрузки в момент разрушения образца на площадь его поперечного сечения в месте шейки:

, МПа.

Для пластичных металлов S_k всегда больше σ_в, а для хрупких, разрушающихся без пластической деформации, S_k и σ_в практически одинаковы. Хрупкие металлы (например, чугун), испытывают, кроме того, на сжатие и изгиб.