Характеристики, определяемые при статических испытаниях на растяжение. Основные типы материалов
Статическое растяжение - одно из самых распространенных испытаний, целью которого является определение механических свойства материала.
При статическом испытании на растяжение определяются следующие характеристики материалов:
- Характеристики упругости, к которым относится модуль Юнга или модуль упругости.
- Характеристики прочности, к которым относятся истинное сопротивление разрыву, предел пропорциональности, временной сопротивление разрушению или предел прочности и предел текучести.
- Характеристики пластичности, к которым относятся относительное остаточное удлинение и относительное остаточное сужение.
- Прочие характеристики, к которым относятся модуль упрочнения и коэффициент механической анизотропии.
Модуль Юнга – это величина, которая характеризует способность материала сопротивляется сжатию, растяжению при упругой деформации.
Материалы делятся на пластичные и хрупкие. Главное отличие между ними заключается в том, что процесс механического испытания пластичных материалов сопровождается образованием пластических деформаций. а при испытании хрупких материалов образования пластических деформаций не происходит вплоть до их разрушения. В качестве признака для классификации материалов используется относительное остаточное удлинение, которое вычисляется в процентах и представляет собой разность между начальной длиной испытуемого образца и конечной. Согласно данному признаку различают следующие материалы:
- Пластичные, для которых относительное остаточное удлинение составляет минимум 10 %.
- Малопластичные, для которых относительное остаточное удлинение составляет от 5 до 10 %.
- Хрупкие, для которых относительное остаточное удлинение составляет максимум 5 %.
Испытание на статическое растяжение металлов
Испытание металла на растяжение заключается в растяжении образца и построении графика зависимости его удлинения от приложенной нагрузки и последующем перестроении этой диаграммы в диаграмму условных напряжений. Пример схем образцов и диаграммы растяжения изображены на рисунке ниже.
Рисунок 1. Схемы образцов. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Рисунок 2. Диаграмма. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
На представленной выше диаграмме участок ОА является участком пропорциональности между нагрузкой и удлинением, на нем сохраняется закон Гука, открытый в 1670 году Робертом Гуком.
Участок ОВ является участком упругой деформации. Если к образцу приложить нагрузку, которая не превышает упругую, а потом разгрузить, то при разгрузке деформации испытуемого образца будут становиться меньше по закону аналогичному, при котором они увеличивались во время нагружения.
Выше точки В диаграмма отходит от прямой, то есть деформация начинает возрастать быстрее, чем нагрузка, поэтому диаграмма имеет криволинейный вид. При значении нагрузки в точке С диаграмма переходит в горизонтальный участок. На данной стадии образец получает существенное остаточное удлинение, но при этом практически отсутствует увеличение нагрузки. Это объясняется тем, что материал деформируется при постоянной нагрузке. Данное свойство называется текучестью.
В некоторых случаях площадка текучести имеет волнообразный характер. В большинстве случаев это касается пластичных материалов, объясняется такое явление тем, что сначала образуется местное утонение сечения, а потом оно переходит на соседний объем образца. Данный процесс развивается до тех пор, пока из-за распространения волны не появится общее равномерное удлинение, которое отвечает площадке текучести. Если имеется зуб текучести, то необходимо ввести понятие верхнего и нижнего предела текучести при определении механических свойств металла.
Когда появляется площадка текучести, у материала опять появляется способность сопротивляться растяжению, и диаграмма поднимается вверх. В точке D нагрузка достигает максимального значения, а на образце появляется шейка - местное сужение. Уменьшение площади местного сужения является причиной уменьшения нагрузки и когда она достигает значения, которое соответствует значению в точке К, происходит разрыв испытуемого образца.
Нагрузка, которая прилагается к металлическому образцу зависит от его геометрии. Чем больше площадь сечения, тем выше необходима нагрузка для растяжения образца. Из-за итого машинная диаграмма не предоставляет качественной оценки механических свойств металла. Для того, чтобы исключить влияние на конечный результат испытаний геометрии образца, машинная диаграмма должна быть перестроена в координатах условных напряжений, при помощи деления ординат нагрузки на первоначальную площадь образца и абсцисс удлинения на первоначальную длину образца. Полученная диаграмма называется диаграммой условных напряжений и используется для определения таких механических характеристик металла, как предел упругости, предел пропорциональности, предел прочности, предел упругости.
