Назначение и виды испытаний

Для изучения свойств материалов и установления значения предельных напряжений (соответствующих разрушению или пластическим деформациям) производят испытание образцов материалов при различных видах нагрузок: статической, ударной и циклической.

По виду деформации различают испытания образца на растяжение, сжатие, кручение и изгиб. Значительно реже проводят испытания на сложное деформированное состояние.

Наиболее распространенным испытанием материалов является исследование их свойств при испытание на растяжение. Объясняется это тем, что механические характеристики, получаемые при испытаниях на растяжение, позволяют во многих случаях достаточно точно судить о поведении материала и при других видах деформаций. Испытания на растяжение опытных образцов проводят на специальных машинах, разнообразных по конструкции и мощности. Образцы обычно бывают круглого, реже прямоугольного сечения. На концах образца имеются головки в виде утолщений, предназначенные для закрепления в испытательной машине (см. рисунок 8.1). Формы и размеры образцов стандартизированы: d = 20 мм; l = 10d = 200 мм. Применяют образцы с отношением где А – площадь поперечного сечения.

Эти образцы растягивают на специальных испытательных машинах, которые снабжены диаграммным аппаратом, регистрирующим величину приложенной к образцу силы и величину деформации.

Рисунок 8.1

8.2 Диаграмма растяжения и её характерные точки

При растяжении образцов материалов на испытательных машинах специальные регистрирующие аппараты автоматически вычерчивают диаграмму, которая называется диаграммой растяжения образца. На оси ординат откладываются в масштабе силы , замеренные в различные моменты испытания,а на оси абсцисс удлинения (рисунок 8.2, а.). В таких координатах вид диаграммы будет зависеть от размеров образца (чем длиннее будет образец, тем при той же силе будут получаться большие абсолютные удлинения).

Рисунок 8.2

 

Чтобы исключить влияние абсолютных размеров образца, диаграмму перестраивают в относительных координатах. На оси ординат откладываются напряжения , а по оси абсцисс откладывают относительное удлинение (рисунок 8.2, б), где и– соответственная первоначальная площадь сечения и длина образца.

На диаграмме можно выделить следующие характерные точки:

предел пропорциональности () –наибольшее напряжение, до которого деформации в материале растут пропорционально напряжениям, то есть сохраняется закон Гука (отрезок оа) (рисунок 8.2, б);

где – максимальная сила , действующая на образец на отрезке оа

Согласно закону Гука Е =, и из рисунка ; тогда , т. е. по диаграмме можно определить модуль упругости материала при его растяжении;

предел упругости ().Если деформация после разгрузки не исчезает, то ее называют упругой. Наибольшие напряжения растяжения, которым соответствуют только упругие деформации, называют пределом упругости (точка b).

где – максимальная сила, действующая на образец на участке ab.

Предел упругости очень близок к пределу пропорциональности, поэтому их значения часто принимают равными;

предел текучести ().Далее на участке bc удлинение образца начинает расти практически без увеличения напряжений. Такое напряжение называют пределом текучести. При данном состоянии материала говорят, что он “течет”. На образце в это время появляется густая сетка линий, направленных под углом 45^o к оси растягиваемого стержня. Эти линии называются линиями Лордеса или Чернова (рисунок 8.3). За пределом текучести материал снова начинает оказывать сопротивление деформации, но удлинение его уже начинает расти быстрее напряжений, в это время быстро растут остаточные деформации.

Предел текучести

Рисунок 8.3

,

где – максимальная сила, действующая на образец на участке bc;

предел прочности () –напряжение, соответствующее наибольшему значению нагрузки, которую может выдержать образец (точка d).

где – сила, при которой образец разрывается.

Точка d диаграммы соответствует наибольшему значению растягивающего усилия. После достижения предела прочности образуется местное сужение образца, так называемая “шейка” (рисунок 8.4).

Рисунок 8.4

В таком случае удлинение образца происходит, в основном, на длине шейки, ее сечение становится все меньше и меньше, поэтому деформация образца происходит при уменьшающейся нагрузке. При напряжении, соответствующем точке f,образец разрушается. После разрыва образца упругая деформация исчезает и остается только пластическая (остаточная). Сплошной линией (см. рисунок 8.2, б) показана условная диаграмма, построенная по отношению к первоначальной площади образца, пунктирной – истинная, построенная по отношению к наименьшей площади сечения образца (площади шейки) на данный момент испытания.