Классификация механических испытаний

Классификация осуществляется по двум принципам. Во-первых, по схеме напряженного и деформированного состояния. Во-вторых, по характеру нагружения образца.

По характеру нагружения испытания делят на статические, динамические и циклические. Статические нагрузки медленно возрастают (секунды, минуты). При динамических испытаниях возрастание нагрузки происходит за очень короткий срок. Циклические нагрузки характеризуются многократными изменениями по направлению и величине нагрузки. Наиболее важны следующие виды статических испытаний, отличающихся схемой приложения нагрузок к образцу: одноосное растяжение, одноосное сжатие, изгиб, кручение, растяжение и изгиб образцов с надрезом и трещиной.

В результате динамических испытаний определяют величину полной или удельной работы динамической деформации, а также величину остаточной деформации образца. Динамические испытания обычно проводят по схеме изгиба.

При испытаниях на усталость определяют число циклов до разрушения при различных значениях напряжений.

Помимо рассмотренных, есть еще две группы испытаний. К первой относятся испытания на твердость, в которых определяют сопротивление деформации поверхностных слоев образца при взаимодействии с другим телом – индентором. Большинство испытаний на твердость - статические. Вторая группа – испытания на ползучесть и длительную прочность. Обычно проводятся при повышенных температурах и постоянной нагрузке. При испытании на ползучесть определяют величину деформации в зависимости от времени при разных напряжениях, при испытаниях на длительную прочность оценивают время до разрушения под действием различных напряжений.

5.3. Условия подобия механических испытаний.

Большинство характеристик механических свойств металлов не является физическими константами. Они в сильной степени зависят от условий проведения испытаний. Поэтому нельзя судить о свойствах металлических материалов по данным механических испытаний, которые проводятся разными исследователями по разным методикам. Необходимо соблюдать определенные условия подобия испытаний.

Для соблюдения условий подобия образцы следует подвергать испытаниям при одинаковой схеме напряженного состояния и в одинаковых физических условиях. Отсюда следует необходимость соблюдения трех видов подобия:

1) геометрического (форма и размер образца),

2) механического (схема и скорость приложения нагрузки),

3) физического (внешние физические условия).

Статистическая обработка результатов механических испытаний

Характеристики механических испытаний являются среднестатистическими величинами, дающими суммарную, математически наиболее вероятную характеристику всего объема образца, который принимает участие в исследовании. Основные задачи статистической обработки результатов – оценка среднего значения свойств и ошибки в определении этого среднего, а также выбор минимально необходимого числа образцов для оценки среднего с заданной точностью (ГОСТ 8.207 –76).

Разрушение

Для конструкционного материала требуется не только высокое сопротивление деформации, но и высокое сопротивление разрушению.

Обычно сопротивление деформации (упругой и пластической) объединяют в общее понятие прочность, а сопротивление разрушению – надежность. Если разрушение происходит не за один, а за несколько актов нагружения, причем за каждый акт происходит микроразрушение (износ, усталость, коррозия, ползучесть), то это характеризует долговечность материала.

Высококачественный конструкционный материал должен быть одновременно прочным, надежным и долговечным.

Наклеп

С увеличением степени пластической деформации свойства, характеризующие сопротивление деформации (предел прочности s _В, предел текучести s _0,2 и т.д.) повышаются, а способность к пластической деформации (относительное удлинение d уменьшается (рис.23). Это явление получили название наклепа.

Рис.23.Изменение механических свойств меди (а) и алюминия (б) в зависимости от степени пластической деформации.

Упрочнение металла в процессе пластической деформации (наклеп) объясняется увеличением числа дефектов кристаллического строения (дислокаций, вакансий, межузельных атомов). Повышение плотности дефектов кристаллического строения затрудняет движение дислокаций, а, следовательно, повышает сопротивление деформации и уменьшает пластичность.

 

5.7. Влияние нагрева на строение и свойства деформированного металла (рекристаллизационные процессы)

Большая часть работы (до 95%), затрачиваемой на деформацию металла, превращается в теплоту (металл нагревается). Остальная часть энергии аккумулируется в металле в виде повышенной плотности дефектов кристаллического строения (вакансий, дислокаций и т.д.). Такое состояние наклепанного материала термодинамически неустойчиво. При нагреве такого металла в нем протекают процессы возврата, полигонизации и рекристаллизации, после которых происходит возвращение всех свойств к свойствам металла до деформации.