1 Описание объекта испытаний и его характеристик
Статическими называют такие испытания, при которых испытуемый материал подвергают воздействию постоянной силы или силы возрастающей весьма медленно.
Статические испытания проводятся при однократном и достаточно медленном действии нагрузки на изделие. При статических испытаниях металлов определяют упругие свойства, сопротивление малым начальным пластическим деформациям, сопротивление значительным пластическим деформациям, сопротивление разрушению, свойства, характеризующие пластичность, а иногда также и статическую вязкость.
Для полного выявления механических свойств крайне важно проводить испытания материала при различных способах нагружения (растяжение, сжатие, кручение, изгиб и т.п.) с различным соотношением максимальных касательных и максимальных нормальных (растягивающих) напряжений. При этом касательные напряжения определяют главным образом возможность пластической деформации и после её развития возможность разрушения вследствие среза.
Нормальные напряжения определяют преимущественно опасность хрупкого разрушения вследствие отрыва.
При статических испытаниях обычно пренебрегают силами инерции движущихся частей испытательной машины.
Деформации при статических испытаниях определяют измерением размеров деформированных образцов микрометром или штангенциркулем, а также по показаниям механических или электрических тензометров, укрепленных на образце.
К основным разновидностям статических испытаний относятся испытания на растяжение, сжатие, изгиб и кручение.
Испытания на растяжение
Испытания на одноосное растяжение - наиболее распространенный вид испытаний для оценки механических свойств металлов и сплавов -сравнительно легко подвергается анализу, позволяет по результатам одного опыта определять сразу несколько важных механических характеристик материала, являющихся критерием его качества и необходимых для конструкторских расчетов.
Методы испытаний на растяжение стандартизированы. Имеются отдельные стандарты на испытания при комнатной температуре (ГОСТ 1497 - 84), при повышенных до 1200°С (ГОСТ 9651 - 84) и пониженных от 10 до -100°С (ГОСТ 11150 – 84) температурах; на испытания на растяжение тонких листов и лент (ГОСТ 11701 - 84). В них сформулированы определения характеристик, оцениваемых при испытании, даны типовые формы и размеры образцов, основные требования к испытательному оборудованию, методика проведения испытания и подсчета результатов.
1.2 Образцы и машины для испытаний на растяжение
Для испытаний на растяжение используют образцы с рабочей частью в виде цилиндра (цилиндрические образцы) или стержня с прямоугольным сечением (плоские образцы). На рис.1.1 показаны наиболее часто используемые стандартные образцы для испытаний при комнатной температуре - цилиндрический (а) и прямоугольный (б). Помимо основной рабочей части, большинство образцов имеет головки различной конфигурации для крепления в захватах. Основные размеры образца:
1. Рабочая длина L - часть образца между его головками и участками для захвата с постоянной площадью поперечного сечения;
Рисунок 1.1 - Образцы для испытаний на растяжение:
а – цилиндрический образец;
б – прямоугольный образец.
2. Начальная расчетная длина Lо - участок рабочей длины, на котором определяется удлинение:
3. Начальный диаметр рабочей части do для цилиндрических или начальная толщина ао - и ширина bо рабочей части для плоских образцов.
Машины для испытаний на растяжение очень разнообразны. Многие из них универсальны и могут использоваться при проведении других статических испытаний. Современные испытательные машины высшего класса представляют из себя сложные, часто автоматизированные устройства; они все чаще оснащаются ЭВМ, при помощи которых может проводиться расчет любых характеристик свойств в процессе испытания или сразу после его завершения.
По принципу действия приводного устройства различают машины с механическим и гидравлическим приводами. Машины с механическим приводом обычно имеют небольшую мощность: они, как правило, рассчитаны на разрушающие усилия не более 0,1 – 0,15 МН. Гидравлический привод используется в машинах большей мощности, рассчитанных на нагрузки до 1 МН и выше.
На машинах с гидравлическим приводом труднее поддерживать заданную скорость деформирования образца, чем при использовании механического привода.
Для измерения силы сопротивления образца деформации используют несколько типов устройств. Наиболее распространенными из них являются рычажные, маятниковые, торсионные электротензометрические силоизмерители.
Все силоизмерительные приборы позволяют не только фиксировать силу сопротивления образца деформации в процессе испытания, но и записывать кривую изменения этой силы исходя из величины деформации (абсолютного удлинения) образца. Кривую в координатах нагрузка - удлинение называют первичной диаграммой растяжения, которая и является обобщенным результатом испытания. Перо самописца, перемещающееся по ленте на диаграммном барабане, связано только с силоизмерителем. Возможность фиксирования деформаций на диаграмме растяжения обеспечивается вращением барабана - направление движения ленты оказывается перпендикулярным оси нагрузок.