Стандартные характеристики механических свойств, определяемые при растяжении

Характеристики механических свойств, определяемые при растяжении, разделяют на две группы: характеристики прочности и характеристики пластичности.

Характеристики прочности – это характеристики сопротивления металла деформации и разрушению. Их рассчитывают по определенным точкам на диаграмме растяжения и выражают через условные напряжения σ:

σ= Р/F₀ , МПа,

где Р - растягивающая нагрузка, приложенная к образцу, Н;

F₀ – площадь поперечного сечения образца до начала испытания, мм².

Напряжения условны в том смысле, что нагрузку делят не на истинную площадь поперечного сечения в тот момент, когда действует нагрузка, а на начальную площадь поперечного сечения. Единицей измерения напряжения в системе СИ является «Паскаль» (Па = Н/м² ) (1кгс/мм² = 10⁷ Па=10МПа).

Характеристики сопротивления металла деформации и разрушению часто называют пределами:

- предел пропорциональности (условный) σ_пц – напряжение, соответствующее началу отклонения от линейной пропорциональной зависимости между напряжением и деформацией образца;

- предел упругости (условный) σ_0,05 – напряжение при котором остаточное (при устранении нагрузки) удлинение достигает 0,05% от начальной расчетной длины образца (L₀);

- предел текучести (физический) σ_Т – наименьшее напряжение, при котором образец деформируется без заметного увеличения растягивающей нагрузки;

- предел текучести (условный) σ_0,2 – напряжение при котором остаточное удлинение достигает 0,2% от начальной расчетной длины образца (L₀);

- временное сопротивление σ_В ;

- относительное удлинение δ – это отношение прироста длины образца после растяжения к первоначальной длине (%);

- относительное сужение Ψ – отношение уменьшения площади поперечного сечения образца в месте разрыва к начальной площади поперечного сечения образца (%).

2. Порядок выполнения работы

1. Снимите копию с диаграммы растяжения и в дальнейшем работайте только с ней.

2. Выделите линейный участок диаграммы, проэкстраполируйте его до пересечения с осью удлинения. Примите точку пересечения за начало отсчета абсолютного удлинения образца. Проведите прямую ОА (рисунок 1.2), совпадающую с прямолинейным участком диаграммы. Обозначьте ось удлинения, укажите ее размерность.

3. Проградуируйте шкалу удлинения, используя заданный масштаб графической регистрации удлинения.

Примечание: запись «масштаб деформации 10:1» читается следующим образом: 1 мм реального удлинения образца соответствует перемещение пера самописца вдоль оси удлинений на 10мм.

4. Проградуируйте шкалу нагрузки в ньютонах (Н), используя заданный масштаб регистрации усилия.

Примечание: запись «масштаб нагрузки 100:1» читается следующим образом: увеличению нагрузки на 100Н соответствует перемещение пера самописца вдоль оси нагрузки на 1мм.

5. Определите по диаграмме нагрузку предела упругости.

Для определения нагрузки предела упругости Р_0,05 вычисляют величину заданного остаточного удлинения:

L_0,05 = 0,05*10^-2 L₀

Найденную величину увеличивают пропорционально масштабу диаграммы по оси удлинения и отрезок полученной длины ОЕ (рисунок 1.2) откладывают по оси абсцисс вправо от точки О.

Рисунок 1.2 – Определение по диаграмме растяжения нагрузки предела упругости

Из точки Е проводят прямую ЕС, параллельную прямой ОА, до пересечения с линией диаграммы. Точка пересечения прямой ЕС с линией диаграммы определяет величину ординаты, т.е. нагрузку Р_0,05 , отвечающую пределу упругости при заданном допуске на величину остаточной деформации.

6. Определите по диаграмме нагрузку предела текучести.

Первый способ. При наличии на диаграмме растяжения площадки текучести по ней определяют нагрузку физического предела текучести Р_т (рисунок 1.3,а).

Второй способ. Для определения нагрузки условного предела текучести Р_0,2 вычисляют величину заданного остаточного удлинения:

L_0,2 = 0,2*10^-2 L₀

Найденную величину увеличивают пропорционально масштабу диаграммы по оси удлинения и отрезок полученной длины ОВ (рисунок 1.3,б) откладывают по оси абсцисс вправо от точки О.

Рисунок 1.3 – Определение нагрузки предела текучести физического (а) и условного (б)

Из точки В проводят прямую ВС, параллельную прямой ОА, до пересечения с линией диаграммы. Точка пересечения прямой ВС с линией диаграммы определяет величину ординаты, т.е. нагрузку Р_0,2 , отвечающую условному пределу текучести при заданном допуске на величину остаточной деформации.

7. Определите по диаграмме нагрузку предела прочности (временного сопротивления). Нагрузку предела прочности Р_max определяют по наивысшей точке диаграммы (рисунок 1.4).

8. Подсчитайте площадь поперечного сечения образца до испытания. Площадь цилиндрического образца определяют по формуле F=πd²/4.

9. Подсчитайте предел упругости. Предел упругости считать по формуле:

σ_0,05 = Р_0,05/F₀

10. Подсчитайте предел текучести. Предел текучести считать по формуле:

σ_Т = Р_Т/F₀ или

σ_0,2 = Р_0,2/F₀

11. Подсчитайте предел прочности. Предел прочности считать по формуле:

σ_В = Р_max/F₀

Но в случае образования в образце шейки (рисунок 1.4), разрушение происходит не при максимальной нагрузке Р_max , а при конечной нагрузке Р_К .

Рисунок 1.4 – Диаграмма растяжения с образованием шейки

В этом случае характеристикой предельного состояния является истинное сопротивление разрыву S_К:

S_К = Р_К/F_К ,

где Р_К – окончательная нагрузка разрушения, Н;

F_К – площадь поперечного сечения образца в момент разрыва, мм².

12. Подсчитайте истинное сопротивление разрыву S_К.

13. Сравните истинное сопротивление разрушению с условным пределом прочности.

14. Подсчитайте относительное удлинение по формуле:

δ=[(L_К-L₀)/L₀]∙100 ,

где L_К – длина образца после испытания, мм;

L₀ - длина образца до испытания, мм.

15. Подсчитайте относительное сужение по формуле

Ψ=[( F₀- F_К)/F₀]∙100,

где F_К – площадь поперечного сечения образца в месте разрыва, мм²;

F₀ - площадь поперечного сечения образца до испытания, мм².

16. Заполните протокол испытания образца на растяжение.

17. Оформите отчет.