Министерство образования и науки Российской Федерации

Ивановский государственный университет

Кафедра экспериментальной и технической физики

Испытание металлов

НА ОДНООСНОЕ РАСТЯЖЕНИЕ

Методические указания к лабораторному практикуму

по курсу «Физика реального кристалла»

для студентов специальности 010400 «Физика»

Иваново 2008

Печатается по решению методической комиссии

физического факультета

Ивановского государственного университета

Составитель:

кандидат техн. наук В.В. Новиков

(Ивановский государственный университет),

Рецензент:

кандидат техн. наук С.А. Егоров

(Ивановская государственная текстильная академия)

1. Теоретические сведения

Деформациейназывается изменение размеров и формы тела. Деформа­ции разделяются наупругиеипластические. Упругие деформации исчезают, а пластические остаются после окончания действия сил. В основе упругих деформаций лежит обратимые смещения атомов вещества из положения равновесия; в основе пластических деформаций — необратимое перемещение одних частей тела по отношению к другим.

Растяжение — простой и наиболее распространенный метод определения прочности и пластичности. Диаграмма растяжения в координатах «нагрузка — удлинение образца» (рис.1) включает в себя три части: 1) участок упругой деформации до нагрузки Р_упр, 2) участок равномерной пластической деформации отР_упрдоР_макси 3) участок сосредоточенной деформации — развития шейки отР_максдо Р_к.

У

Рис. 1. Характерные точки на диаграмме растяжения, по которым рассчитывают прочностные характеристики

часток упругой деформации характеризует жесткость материала. Тангенс угла наклона прямолинейного участка пропорционален модулю упругости материалаЕ. Линейная зависимость междуРиlнарушается лишь на небольшом участке отР_пцдо Р_уприз-за упругих несовершенств металла, связанных с дефектами решетки.

Пластическое деформирование идет при все возрастающей нагрузке, так как металл упрочняется в процессе деформирования. Упрочнение металла при деформировании называют наклепом. Хотя разрыв образца происходит при снижающейся нагрузке, металл продолжает упрочняться до самого момента разрушения.

Диаграмма «нагрузка — удлинение образца» просто преобразуется в диаграмму «напряжение — деформация» путем перерасчета напряжения P/S₀и деформацииl/l₀, гдеS₀ – площадь поперечного сечения образца иl₀ – длина образца перед испытанием. Напряжения_пц,_упр,_т,_в— стандартные характеристики прочности материала. Они называютсяусловными, поскольку принимают, что площадь поперечного сечения в процессе деформации не изменяется.

Предел упругостиопределяется как напряжение, при котором пластическая деформация достигает некоторой малой величины, установленной техническими условиями. Часто используют величину остаточной деформации 0.05 %. Соответствующий предел упругости обозначают_0.05, Предел упругости — важная характеристика пружинных материалов, которые используются для упругих элементов машин и приборов.

Предел текучести_тлегко определить, если на диаграмме растяжения имеется площадка текучести. Однако многие материалы (медь, латунь, аустенитные стали, алюминий) имеют диаграмму растяжения без площадки текучести, поэтомуусловным пределом текучестиназывают напряжение, которое вызывает остаточную деформацию 0.2 %. Пределы упругости и текучести характеризуют прочность материалов при малых деформациях.Предел прочности(временное сопротивление)_вхарактеризует предельную несущую способность материала, его прочность.

Пластичностьхарактеризует относительное удлинениеи относительное поперечное сужениеобразца

,,

где l₀иS₀— начальная длина и площадь поперечного сечения образца,l_киS_ê— конечная длина образца и площадь поперечного сечения в месте разрыва.

Один и тот же материал может находится в вязком или в хрупком состоянии. Критерием состояния материала служит характер разрушения. Различают вязкое и хрупкое разрушение.

Вязкое разрушениенаступает после значительных пластических деформаций под влиянием касательных напряжений. Поверхность излома имеет гладкий матовый вид, без каких либо признаков кристаллического строения.

Хрупкое разрушение наступает без видимых пластических деформаций. На поверхности излома явно видны следы кристаллического строения. На хрупкое разрушение тратится значительно меньше энергии, чем на вязкое. Хрупкому разрушению способствует понижение температуры, увеличения скорости деформирования и концентраторы напряжений, создающее сложное напряженное состояние в деталях. Концентраторами напряженийявляются надрезы, микротрещины, поры, неметаллические включения. Около концентратора напряжение больше расчетного. У пластичных материалов влияние концентраторов нейтрализуется местной пластической деформацией.