Основные показатели определяемые методом растяжения

При испытании на одноосное растяжение образец определенной формы и размеров из того или иного материала прочно закрепляется своими концами в захватах испытательной машины и подвергается непрерывному, плавному, постоянно возрастающему растяжению с одной стороны материала вплоть до разрушения.

При этом образцы следует устанавливать в подготовленную испытательную машину таким образом, чтобы их нагружение производилось строго по центру. Несимметричное приложение нагрузки приводит к возникновению дополнительных изгибающих напряжений, которые искажают результат испытания. Правильно установленный образец нужно плавно и равномерно с заданной скоростью нагружения растягивать до разрушения снимая при этом диаграмму растяжение. В соответствии с этим при испытаний на одноосное растяжение интерес, прежде всего, представляют такие измеряемые величины, как сила и удлинение (деформация).

При испытаниях на растяжение образец деформируется при плавно возрастающей нагрузке, при этом рабочая часть образца подвергается линейному растяжению.

После разрушения образца обе его части необходимо вынуть из зажимов и сложить для использования при оценке результатов испытания.

Основные показатели определяемые методом растяжения

При испытаниях металлов на растяжение обычно определяются следующие основные характеристики:

· предел пропорциональности δ_пц в кг/мм²;

· предел текучести (физический) δ_т в кг/мм²;

· предел текучести (условный) δ_0,2 в кг/мм²;

· предел прочности при растяжении δ_вр в кг/мм²;

· относительное удлинение при разрыве δ в %;

· относительное сужение при разрыве ψ в %;

Условное напряжение подсчитываются по формуле:

                                      (1)

где δ - условное нормальное напряжение в поперечном сечении образца; Р - сила, растягивающая образец; F₀ - площадь первоначального сечения образца.

Истинные напряжения подсчитываются по формуле:

                                    (2)

S - истинное нормальное напряжение в поперечном сечении образца; F_min - наименьшее сечение по длине образца, находящегося под нагрузкой P.

Предел пропорциональности

Ордината точки , в которой наблюдается отклонение от прямой пропорциональности, представляет силу Р_пц в кг, которая служит для вычисления предела пропорциональности по формуле:

                                    (3)

где F₀ - начальное поперечное сечение образца в мм².

При испытаниях определяют условный предел пропорциональности, при котором отступление от линейной зависимости между напряжениями и деформациями достигает определенной величины, устанавливаемой техническими условиями, например, уменьшение тангенса угла между кривой деформаций и осью абсцисс на 10,25,50 %, своего первоначального значения.

Условный предел пропорциональности определяют по нагрузке Р_пц фиксируемой либо по диаграмме растяжения, либо с помощью тензометра. В последнем случае поступают следующим образом.

 образцу, закрепленному в машине, прилагают нагрузку Р₀, соответствующую начальному напряжению δ₀, принимаемому для стали равным 10 кг/мм². Величина Р₀ определяется по формуле:

                                   (4)

где F₀ - начальная площадь сечения образца в мм. От этой нагрузки производятся отсчеты по изменению деформаций.

Вслед за этим устанавливают тензометр и производят нагружение образца сначала, в интервале напряжения, соответствующего  ожидаемого предела пропорциональности, несколькими крупными ступенями, а затем по возможности равным мелкими ступенями до заметного отклонения от закона пропорциональности.

Нагрузку Р, соответствующую 80% ожидаемого предела пропорциональности, определяют из равенства:

                                    (5)

а ступень нагружения в этом интервале по формуле:

                                                    (6)

где n-число ступеней нагружения, принимаемое равным от 4 до 6.

Нагрузку мелкой ступени  находят из равенства:

                                            (7)

где δ₁ принимают равным 1 - 2 кг/мм².

Величины удлинений после каждой ступени нагружения отсчитывают по шкале тензометра с точностью до 0,001мм.

Результаты испытания записывают в журнал.

Когда приращение длины при малой ступени нагружения достигает значения, превышающего среднее приращение (при той же ступени) на начальном упругом участке растяжения в 2 - 3 раза, испытание прекращают.

На участке, на котором еще не наблюдается отклонений от закона прямой пропорциональности, определяют среднюю величину приращения длины ∆ﺎ при малой ступени нагружения и увеличивают ее на 50 %. В журнале испытаний находят вычисленное приращение длины. Нагрузка, предшествующая этой величине деформации, и есть искомая нагрузка Р_пц, по которой определяют величину предела пропорциональности по формуле:

                                           (8)

Определение величины δ_пц с помощью диаграммы растяжения (рисунок.1) производят следующим образом.

При помощи линейки проводят прямую , совпадающую с , и по ординате точки , определяющую силу  вычисляют предел пропорциональности.

Предел текучести

Предел текучести (физический) - это наименьшее напряжение , при котором образец деформируется без заметного увеличения нагрузки. Он вычесляется по формуле:

                                     (9)

где Р_т - нагрузка, соответствующая напряжению δт,в кг; F_0-начальная площадь поперечного сечения образца в мм².

Рисунок.1. Криваярастяжения малоуглеродистой отожженной стали.

Предел текучести (физический) определяют при растяжении образца на машине непрерывно и плавно возрастающей нагрузкой.

Величину δ_т можно определить также непосредственно по диаграмме растяжения (рисунок.1), если она записана в масштабе, при котором 1мм ординаты соответствует не более 1 кг/мм² напряжения образца за нагрузку Р_т в этом случае принимают ординату точки кривой, при котором удлинение образца впервые увеличивается при постоянном значении (или временном колебании), действующей силы. Однако, резко выделенный участок текучести вс образуется только при испытании малоуглеродистой отожженной стали и некоторых цветных металлов.

Рисунок.2. Определение условного предела текучести.

Крупнозернистые стали, стали с повышенном содержанием углерода и большинство легированных сталей после закалки и отпуска. Не дают выраженного участка текучести. Для таких материалов определяется условный предел текучести.

Под условным пределом текучести понимают напряжение δ_0,2 при котором образец получает остаточную деформацию, равную 0,2 % первоначальной расчетной длины.

Величину δ_0,2, определяют по формуле:

                                                    (10)

Для определения величины Р_0,2 откладывают в масштабе диаграммы по оси абсцисс вправо от точки О (рисунок.2) отрезок ОЕ, равный 0,2 % ﺎ₀, и из точки Е проводят прямую ЕР, параллельную к прямой ОА до пересечения с кривой растяжения в точке Р. Ордината этой точки определяет нагрузку Р_0,2, соответствующую условному пределу текучести.

Предел прочности

В точке в кривая растяжения (Рисунок.1) достигает максимума. Напряжение, отвечающее наибольшей нагрузке Р_пр, предшествующей разрушению образца, называют пределом прочности при растяжении (условным), который вычисляется по формуле:

                                    (11)

Нагрузка Р_вр определяется непосредственно из диаграммы (рисунок.1) или по показанию силоизмерителя.

Действительное напряжение растяжения несколько больше величины δ_вр, вычисленной по указанной формуле, так как площадь сечения для данного состояния образца вследствие растяжения меньше, чем первоначальная площадь сечения F₀.

Действительное (в точке е диаграммы по рисунке.1) напряжение после разрыва образца подсчитывается по формуле:

                                    (12)

где Р_к – разрывная сила в кг; F_к - наименьшее сечение образца в месте разрыва, а напряжение δ_к - сопротивление разрыву в шейке образца, наибольшее напряжение, какое выдерживает образец, не разрушаясь во время испытания.

Это напряжение называется истинным напряжением, или истинным пределом прочности при растяжении.

Абсолютное остаточное удлинение

Отрезок  на диаграмме (Рисунок.1) представляет величину абсолютного остаточного удлинения или остаточной деформации ∆ﺎ_к образца. Эта деформация представляет собой сумму равномерного удлинения ∆ﺎ_b образца до появления на нем шейки и сосредоточенного удлинения ∆ﺎ_f с момента образования шейки и до разрыва образца. Отрезок  есть упругая деформация в момент разрыва образца.

Относительное удлинение

Относительное остаточное удлинение (условная относительная деформация) образца определяется как отношение абсолютного остаточного удлинения к первоначальной расчетной длине образца и выражается формулой:

                   (13)

Для измерения величины ∆ﺎ_к обе части образца прикладывают одну к другой возможно плотнее и определяют длину ﺎ_к одним из следующих двух способов.

По первому способу измеряют расстояние между двумя крайними рисками, определяющими границы расчетной длины ﺎ₀  независимо от того в каком месте разорван образец. Этот способ дает правильные результаты, если образец разорвался посередине.

По второму способу определяют длину ﺎ_к  с отнесением места разрыва к середине расчетной длины, используя при этом заранее нанесенные на эту длину через каждые 5 или10 мм n рисок. Для этого от ближайшей к месту разрыва образца риски b откладывают вправо n/2 делений и ставят метку а (рисунок.3).

Рисунок.3. Схема измерения размера ﺎ₁образца после разрыва.

Если n/2 оказывается дробью, то ее округляют до целого числа в большую сторону, а часть деления от места разрыва до первой риски при подсчете числа делений принимают за целое деление. От метка а откладывают влево столько делений, сколько их осталось от метки а до правого конца расчетной длины, и ставят метку d. Величину ﺎ_к определяют как сумму отрезков ас и аd.

Относительное сужение

Относительное сужение (условное) площади сечения образца после разрыва определяется как отношение величины уменьшения площади поперечного сечения в месте наибольшего утонения шейки к первоначальной площади сечения образца и выражается формулой:

%                               (14)

где F₀ - начальное поперечное сечение; F_к - конечное наименьшее поперечное сечение образца.

Для определения величины F_к обе части образца после разрыва прикладывают одну к другой, как указано выше, и измеряют диаметры шейки в двух взаимно перпендикулярных направлениях. По среднеарифметическому значению d_ср измеренных величин вычисляют площадь .

На практике часто определяют ψ_к по наименьшему размеру диаметра шейки после разрыва по формуле:

%                             (15)

где d₀-начальный диаметр образца; d₁-наименьший диаметр образца в месте разрыва.

В случае испытания образца прямоугольного сечения, площадь сечения в месте разрыва искажается и условно определяется как произведение наименьшей толщины образца на наибольшую его ширину в месте разрыва.

Мы поможем в написании ваших работ!