4.2. Проведение испытания и обработка опытных данных

Проведение испытания. Перед испытанием измеряют длину образца (с точностью до 0,1 мм) и его диаметр (с точностью до 0,01 мм). Затем образец закрепляют в реверсоре и включают испытательную машину. В процессе испытания на барабане автоматически вычерчивается диаграмма растяжения. Вследствие неполного контакта между головками образца и гнездами для них в реверсоре, в начале диаграммы получается криволинейный участок, который следует исключить, продолжив прямолинейный участок диаграммы до пересечения с осью абсцисс в точке О (рис. 4.4). При этом следует иметь в виду, что угол наклона прямолинейного участка диаграммы напряжений к оси ординат получается несколько завышенным, т.к. на деформацию образца накладываются упругие деформации колонн и реверсора.

Рисунок 4.4. Начальный участок диаграммы

растяжения

Определение предела пропорциональности с допуском 50 %. Условный предел пропорциональности с допуском 50 % находится тогда, когда по диаграмме трудно точно определить точку, до которой сохраняется линейная зависимость между силой и удлинением образца.

Пределом пропорциональности с допуском 50% принято называть такое напряжение, при котором тангенс угла наклона касательной к диаграмме растяжения увеличивается на 50% по сравнению с тангенсом угла наклона прямолинейного участка диаграммы. Графически это выглядит следующим образом: на произвольной высоте проводят прямую АС (рис. 4.5), параллельную оси абсцисс, и откладывают на ней отрезок СD, равный половине АС. Тангенс угла наклона прямой ОD к оси ординат будет, очевидно, на 50% больше тангенса угла наклона прямолинейного участка диаграммы растяжения. Поэтому касательная к диаграмме NN, проведенная параллельно ОD, определит точку К, координата которой будет соответствовать искомому пределу пропорциональности σ_пц:

Определение условного предела текучести с допуском 0,2 %. Условным пределом текучести с допуском 0,2 % называется такое напряжение, при котором в образце возникают остаточные удлинения, составляющие 0,2 % от первоначальной длины образца. Чтобы найти условный предел текучести, необходимо отложить в масштабе на оси абсцисс отрезок ОО₁ = 0,002l₀ и провести прямую OS параллельно прямой ОА (рис. 4.6). Точка пересечения прямой с диаграммой напряжений определит нагрузку (Р_т)₀₂, соответствующую условному пределу текучести:

Условный предел текучести находится в том случае, когда диаграмма напряжений не имеет явно выраженной площадки текучести.

Рисунок 4.5. Графическое определение условного предела пропорциональности

Рисунок 4.6. Определение условного предела текучести

Рисунок 4.7. Полная диаграмма растяжения

Определение предела про чноспш. Так как пределом прочности называется напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, выдерживаемой образцом во время испытания (см. работу №1), то

где Р_max — максимальная нагрузка на образец в процессе испытания, определяемая из диаграммы растяжения.

Определение относительной деформации 6-кратного и 10 - кратного образцов. Рассмотрим характер деформации образца при растяжении. На рис. 4.7 отрезок ОК₂, изображает полную деформацию образца Δl₀. Сюда входят как остаточная, так и упругая деформация образца. Чтобы получить на диаграмме только остаточное удлинение, следует провести наклонную прямую КК₁, параллельную ОС, которая отсечет на оси абсцисс отрезок ОК₁, соответствующий остаточной деформации, и К₁К₂, соответствующий упругой деформации образца при разрыве.

Остаточное удлинение можно найти также непосредственно, измерив длину образца до и после разрыва:

Δl = l₁ – l₀.

После испытаний 6-кратного образца определяют абсолютное остаточное удлинение 10-кратного образца (l₀ = 10d₀) такого же диаметра:

где (Δl_равн)₁₀ — равномерная деформация образца вплоть до разрушающей нагрузки (см. отрезок ОВ1 на рис. 4.7);

(Δl_шейки)₁₀ — деформация, соответствующая образованию шейки (отрезок В₁К₁ на рис. 4.7).

Деформация (Δl_равн) 10-кратного образца будет во столько раз больше соответствующей деформации 6-кратного образца, во сколько начальная его длина больше длины 6-кратного образца, т. е.

(Δl_шейки) зависит только от диаметра образца, который у обоих образцов одинаков, поэтому

Замерив в масштабе отрезки ОВ₁ и В₁К₁ на диаграмме растяжения, найдем

Относительное удлинение образцов определим по формулам:

Определение относительного сужения поперечного сечения после разрыва образца. Относительное сужение определяется следующим образом:

где А₀ и А₁ — площади поперечного сечения образца до испытания и после разрыва соответственно.

Определение полной и удельной работ. затраченных на деформацию образца. Площадь диаграммы ОАА₁О (рис. 4.7) выражает работу деформации в пределах упругости; площадь ОАКК₁О — работу, затраченную на образование пластической деформации; площадь ОАКК₂О — полную работу деформации до разрыва (1 см² площади диаграммы соответствует работе деформации в 1 кГ•см).

Полная работа, затраченная на разрыв образца, отнесенная к единице его объема, называется удельной работой деформации:

где V — объем средней, цилиндрической части образца;

W — работа, затраченная на разрыв образца.

Удельная работа разрыва характеризует способность материала поглощать энергию при разрыве, вязкость материала и сопротивляемость его динамическому воздействию.

Построение диаграммы истинных напряжений. Истинная диаграмма растяжения строится в координатах: истинное напряжение — истинная деформация. Истинное напряжение S представляет отношение растягивающего усилия Р_t (определяемого по диаграмме растяжения) к площади поперечного сечения в данный момент испытания, т. е.

Истинная деформация

Рисунок 4.8. Диаграмма истинных напряжений

Для построения истинной диаграммы напряжений необходимо рассмотреть три точки, соответствующие пределу текучести, пределу прочности и моменту разрыва.

При пределе текучести поперечное сечение образца меняется незначительно, поэтому можно принять, что в этом случае

Для того, чтобы определить площадь сечения образца в момент, когда нагрузка достигает P_max необходимо измерить диаметр образца после разрыва в средней части между головкой и местом разрыва (на более длинной части образца) и подсчитать площадь сечения А_p. Истинный предел прочности и относительное поперечное сужение для этой точки будут равны:

Истинное напряжение и относительное поперечное сужение при разрыве найдем по формулам:

где Р_к — нагрузка при разрыве образца (конечная);

А_к — площадь сечения образца в месте шейки.

Соединим три точки С, В, и К и получим диаграмму истинных напряжений (рис. 4.8).