Комплекс свойств, получаемых при испытаниях образцов на растяжение

 

При испытаниях на растяжение получают следующие характеристики материалов (рис. 2.3):

• предел пропорциональности _пц;

• предел текучести (условный) _0,2;

• предел прочности _в;

• удельная работа деформации образца W_s.

Число характеристик материалов, получаемых в реальности, при испытании на растяжение, значительно больше. В практической же рассмотрена только часть из них.

Важная прочностная характеристика - предел пропорциональности. Предел пропорциональности (упругости) является максимальным напряжением, при котором после разгрузки образца остаточное изменение формы ещё не возникает. Абсолютно точно определить это значение невозможно. Установлены стандартные способы его нахождения экспериментальным и графическим путями. При экспериментальном определении устанавливают условные пределы упругости при допусках остаточной деформации 0,005 и 0,01% по специальным методикам. При графическом определении необходимо установить значение напряжения, при котором уменьшается на 50% своего максимального значения на линейном упругом участке. Для этой операции следует рассчитать и проследить за его изменением величину

 

(2.4)

Вторая важная характеристика - предел текучести. За пределом пропорциональности (упругости) в материалах начинается пластическая деформация, поэтому кривые «напряжение - деформация» отклоняются от прямой, т.е. увеличение напряжения отстает от роста деформации. Соответствующее напряжение называют пределом текучести (рисунок 2.3, а).

Если во время испытания наблюдается падение нагрузки, различают, соответственно, верхний _тв и нижний _тн пределы текучести. Внезапное падение нагрузки на площадке текучести объясняют особенностями кинетики движения и размножения дислокаций в поликристаллических материалах.

Для материалов без четко выраженного предела текучести (рис. 2.3, б) определяют условный предел текучести ₀₂, который соответствует остаточной деформации 0,2%.

Определение предела текучести требуется при выборе коэффициентов запаса, используемых в расчетах или эмпирических зависимостях. Для предотвращения выхода из строя конструкционных материалов вследствие пластической деформации или разрушения необходимо, чтобы действующие в конструкции напряжения были ниже предела текучести.

Следующая характеристика - предел прочности. Когда способность материала к деформации исчерпана, наступает разрушение, которое может происходить в зависимости от характера материала или в области поднимающейся части диаграммы «напряжение - деформация», или после превышения максимальной нагрузки F_max. Самые высокие нагрузки, определенные в обоих случаях и отнесенные к начальному поперечному сечению S₀, называют пределом прочности _в, или временным сопротивлением разрушению.

Предел прочности на диаграмме деформации соответствует точке, в которой касательная параллельна оси абсцисс (рис. 2.3). Это условие позволяет графически найти величину предела прочности.

Удельная работа деформации образца до разрушения. Удельная работа деформации образца до разрушения W_s, Н • мм/мм², может быть определена путем планиметрирования площади, ограниченной кривой «напряжение — деформация»:

(2.5)

Удельная работа деформации при испытании до разрушения, наряду с характеристиками пластичности (относительное удлинение, относительное сужение), используется в качестве показателя, определяющего в какой-то мере вероятность хрупкого разрушения, а также для оценки обрабатываемости материалов. Показатель W_s имеет большое значение для определения геометрических размеров пружин.

Порядок выполнения работы

1. Получить у преподавателя вариант задания для выполнения практической работы. Задание содержит следующие данные.

Материал...

Режим электроэрозионной обработки:

Сила тока i=..., А;

Время воздействия τ=..., с;

Начальные размеры образца:

площадь сечения S₀ =..., мм²;

длина l₀ =..., мм.

Образец протокола испытаний

 

Далее следует рассчитать значения ΔF_i, Δ(Δl_i) tgB_i по формуле (2.4).

3. Построить на миллиметровой бумаге диаграмму растяжения анализируемого материала в координатах «нагрузка F — абсолютное удлинение Δl». Путемзамены координатных осей превратить диаграмму растяжения в диаграмму деформации: σ = f(ε).

4. Определить предел пропорциональности σ_пц по значению tgB_i, в Протоколе испытаний.

5. Определить графически по диаграмме деформации в зависимости от ее вида пределы текучести σ_т, σ_тв и σ_тн или условный предел текучести σ_0,2.

6. Определить предел прочности σ_в по диаграмме деформации, используя графический метод.

7. Рассчитать планиметрированием площадь под кривой на диаграмме деформации и, установив масштаб, определить величину удельной работы деформации при испытании на растяжение W_s

8. Оформить в тетради, данные по конструктивной прочности анализируемого материала, приведя значения:

• предела пропорциональности σ_пц;

• пределов текучести σ_т, σ_тв и σ_тн или условного предела текучести σ_0,2 в зависимости от вида диаграммы деформации;

• предела прочности σ_в;

• удельной работы деформации при испытании на растяжение.

2.3. Задания для самостоятельного выполнения

 

Для всех вариантов индивидуальных заданий использовались стержни из сталей различных марок, подвергнутые химико-термической обработке. Химико-термическая (электроэрозионная) обработка выполнялась с целью упрочнения и повышения коррозионной стойкости изделий. Варианты заданий представлены в табл. 2.1- 2.3.

 

Табл. 2.1

 

Окончание табл. 2.1

Табл. 2.2

Окончание табл. 2.2

Табл. 2.3

Окончание табл. 2.3