Статья: Испытание металлов на растяжение
Характеристики, определяемые при испытании металлов на растяжение. Основные виды металлов по растяжению
Испытание на растяжение металлов – это один из самых распространенных способов испытания металлов, цель которого заключается в определении механических свойств.
При испытаниях на растяжение определяются следующие характеристики:
- Характеристики прочности, к которым относятся истинное сопротивление разрыву, предел пропорциональности, временное сопротивление разрушению и предел текучести.
- Характеристики пластичности, к которым относятся относительное остаточное сужение и относительное остаточное удлинение.
- Характеристики упругости, к которым относится модуль Юнга или модуль упругости.
- Другие характеристики, к которым относятся коэффициент упрочнения и коэффициент механической анизотропии.
Предел пропорциональности – это максимальное механическое напряжение, при котором выполняется закон Гука: деформация образца прямо пропорциональна приложенной к нему силе.
Материалы делятся на хрупкие и пластичные. Главное отличие между ними заключается в том, что пластичные материалы деформируются в процессе испытаний с образованием пластических деформаций, а хрупкие материалы деформируются без образования пластических деформаций до своего разрушения. Для классификации материалов используется относительное остаточное удлинение, которое рассчитывается следующим образом:
$j = (lk −l0 )/l0$
где: lk - конечная длина рабочей части испытуемого образца; l0 - начальная длина рабочей части образца.
Согласно относительному остаточному удлинению материалы делятся на:
- Пластичные – относительное остаточное удлинение не более 10 %.
- Малопластичные – относительное остаточное удлинение более 5 %, но менее 10 %.
- Хрупкие – относительное остаточное удлинение не более 5 %.
Испытание металлов на растяжение
Испытание металла на растяжение заключается в растении образца и построении графика зависимости удлинения образца от приложенной нагрузки с последующем перестроением данной диаграммы в диаграмму условных напряжений. Испытание на растяжение проводится согласно ГОСТ 1497, по нему также определяются образцы для проведения испытания. Пример диаграммы растяжения металла изображен на рисунке ниже.
Рисунок 1. Диаграмма растяжения металла.
На выше представленной диаграмме есть несколько характерных участков:
- Участок ОА является участком пропорциональности между приложенной нагрузкой и удлинением образца. На данном участке сохраняется закон Гука. Такая пропорциональности была открыта Робертом Гуком в 1670 году.
- Участок ОВ является участком упругой деформации. Если к образцу приложить нагрузку, которая не превышает значение нагрузку Ру, а потом разрушить, то во время разгрузки деформация образца будет уменьшаться согласно тому же закону, по которому она увеличивалась во время приложения нагрузки.
Выше точки В деформация растет быстрее, чем нагрузка - криволинейный вид диаграммы. При нагрузке Рт в точке С диаграмма переходит в горизонтальный участок. На данной стадии испытания образец получает существенное удлинение без увеличения нагрузки, что объясняется свойством металла деформироваться при постоянной нагрузке - предел текучести, участок диаграммы, который параллелен оси абсцисс называется площадкой текучести. В некоторых случаях площадка имеет волнообразный характер, что обусловлено тем, что сначала образуется местное утонение, переходящее в последствии на соседний объем образца. Данный процесс развивается до тех пор, пока не возникнет общее равномерное удлинение.
После возникновения площадки текучести материал приобретает способность сопротивляться растяжению - диаграмма поднимается вверх. В точке D нагрузка достигает максимума, а на образце появляется сужение в виде шейки. Уменьшение ее площади сечения становится причиной снижения нагрузки и в точке К происходит разрыв образца.
Нагрузка, которая прилагается во время испытания зависит от геометрии образца. Чем больше площадь сечения, те выше нагрузка. По этой причине диаграммой не дается качественная оценка механических свойств материала. Для того, чтобы исключить влияние геометрии образца, диаграмма перестраивается посредством деления ординат нагрузки на первоначальную площадь образца. Полученная в результате этого диаграмма называется диаграммой условных напряжений, по которой определяются механические свойства материала. Характеристики рассчитываются следующим образом.
$jпц = Рпц/А0$
$jу = Ру/А0$
$jт = Рт/А0$
$jв = Рв/А0$
где: А0 - площаль поперечного сечения обраца; jпц - предел пропорциональности; jу - предел упругости; jт - предел текучести; jв - временное сопротивление разрыву; Рпц, Ру, Рт, Рв - нагрузки соответствующие возникновению деформаций.