Проведение испытаний на растяжение металлов

Для проведения испытаний на растяжение образец закрепляют в захватах испытательной машины (рис.2.1) и растягивают до разрыва, измеряя нагрузку и удлинение образца. Поэтому машины, предназначенные для испытаний на растяжение, устроены так, что расстояние от одного захвата образца до другого можно увеличивать, причем один из них непосредственно связан с динамометром, а другой - с движущейся траверсой. Для создания нагрузки применяют системы с механическим и гидравлическим приводами (рис.2.1).

Рисунок 2.1 - Устройство испытательной машины на растяжение:

1 — траверса; 2 — шпиндель; 3 — захваты; 4 — станция; 5 — силоизмерительное устройство; 6 — приводной механизм шпинделя; 7 — вращающаяся гайка для передвижения траверсы; l₀ — начальная длина растягиваемого образца

 

Движение осуществляется по отношению к станине, воспринимающей действующие нагрузки. В возникающую при этом силовую цепь включают электронный силоизмеритель. Удлинение измеряют или по движению траверсы, или с помощью соответствующего прибора прямо на образце.

Для гарантии воспроизводимости получаемых характеристик испытание на растяжение следует проводить с постоянной скоростью, так как соотношение между напряжением и деформацией зависит от скорости испытания.

При растяжении образца на испытательных машинах фиксируются зависимости между приложенной нагрузкой и абсолютным удлинением образца, графическое представление которых называется диаграммой растяжения. Так как и нагрузка, и абсолютное удлинение зависят от формы и размеров, соответствующих образцов, то количественное сравнение различных материалов в этих координатах невозможно.

 

Анализ диаграммы деформации

Если нагрузку Р отнести к исходному поперечному сечению образца S₀, а удлинение Δl — к начальной расчетной длине l₀, то получим диаграмму «напряжение — относительное удлинение ». При этом нормальное напряжение, Па,

= F/ S₀, (2.1)

е = Δl/l _о. (2.2)

 

 

 

Рисунок 2.2. Диаграммы деформаций напряжение — относительное удлинённое для различных материалов:

1 — строительные стали (а — условная кривая; б — истинная кривая); 2 — чугун с пластинчатым графитом; 3 – алюминиевые сплавы; 4 — полиэтилена относительное удлинение, доли ед.

 

Для сравнения характеристик прочности и пластичности конструкционных материалов используют диаграммы «напряжение — относительное удлинение», называемые диаграммами деформации (рисунок В.4), при этом под деформацией понимают относительные удлинение или сужение.

При пересчете измеренных нагрузок и удлинений по формулам (2.1) и (2.2) не учитывают, что по мере растяжения поперечное сечение образца постоянно уменьшается. Так как в результате этого при больших деформациях имеются значительные отклонения от рассчитанных по формулам (2.1) и (2.2) напряжений и удлинений, действительно существующих в образце, то для этого случая используют термин «диаграмма условных напряжений — деформаций». Если же в каждый момент испытания действующую силу отнести к наименьшему, т.е. наиболее деформированному, поперечному сечению, то получим истинное напряжение (рисунок 2.2, кривая 16).

Диаграммы истинных напряжений дают представление о физических процессах, протекающих в материале, и имеют особое значение для прочностных расчетов и технологии обработки материалов давлением.

Прямолинейные начальные участки диаграмм деформации (рис.2.3) характеризуют область упругих деформаций, в которой при условии квазиизотропности материалов справедлив закон Гука:

 

= Е·ε, (2.3)

где Е — модуль Юнга, Па.

Рисунок 2.3. Характеристики, определяемые по диаграммам «условное напряжение — относительное удлинение»:

а — с четко выраженной площадкой текучести; 6 — без площадки текучести (1 — прямая Гука)

 

В пластичных материалах при напряжениях выше определенного значения происходит постепенный или резкий переход в область пластических деформаций. Дальнейшее повышение напряжения для металлических материалов приводит к упрочнению в результате пластической деформации, а для пластмасс — ориентировке макромолекул, возникающей как следствие их вытягивания. Конечная точка диаграммы деформации соответствует разрушению образца.