2.1.Випробування на розтяг (гост 1497-84)

Метод випробування на розтяг дозволяє при кімнатній температурі визначити такі важливі характеристики матеріалу як границя пропорційності, границя пружності, границя плинності, границя міцності, відносне видовження та відносне звуження після розриву.

Для випробування на розтяг використовують зразки з робочою частиною у вигляді целіндру (циліндричні зразки) або стрижні з прямокутним перетином (плоскі зразки). Якщо випробування проводять при кімнатній температурі, то використовують зразки приведені на рисунку 2.1.

Рисунок 2.1. – Стандартні зразки для випробування на розтяг при кімнатній температурі

Основні розміри зразка:

• робоча довжина l – частина зразка між його головками або ділянками для захвату з постійною площею поперечного перетину;

• початкова розрахункова довжина l₀ – ділянка робочої довжини, на якій визначається видовження (найчастіше l₀=30 мм);

• початковий діаметр робочої частини d₀ – для циліндричних зразків (найчастіше d₀=6 мм);

• L – повна довжина зразка;

• D – діаметр головки зразка;

• h – довжина конусоподібної частини зразка;

• h₁ – довжина головки зразка.

Зразки рекомендується виготовляти на металоріжучих верстатах, передбачаючи припуски на зону металу зі зміненими властивостями в наслідок нагріву або наклепу. Задири на гранях плоских зразків повинні бути видалені механічним способом без пошкодження поверхні зразка. Кромки в робочій частині зразків допускається піддавати шліфуванню і зачищенню на шліфувальному колі або шліфувальною шкіркою.

Значення параметрів шорсткості оброблених поверхонь R_a зразків повинно бути не більше 1,25 мкм – для поверхні робочої частини циліндрового зразка і R_z не більше 20 мкм – для бічних поверхонь в робочій частині плоского зразка.

Випробування проводять на двох зразках. Для випробування на розтягування затосовують пропорційні ціліндричні зразки діаметром в робочій частині 3,0 мм і більше з початковою розрахунковою довжиною або . Переважно використовують короткі зразки.

Форма і розміри голівок і перехідних частин циліндричних і плоских зразків визначається способом кріплення зразків в захватах випробувальної машини. Спосіб кріплення повинен попереджати проковзуванню зразків в захватах, зминанню опорних поверхонь, деформації голівок і руйнування зразка в місцях переходу від робочої частини до голівок і в голівках.

Робоча довжина зразків повинна складати від l₀+0,5d₀ до l₀+2d₀ – для циліндричних зразків.

При проведенні випробування необхідно визначити початкову площу поперечного перетину F₀. Вимірювання розмірів зразків до випробування проводять не менше ніж в трьох місцях – в середній частині і на границях робочої довжини.

За початкову площу поперечного перетину зразка в його робочій частини F₀ приймають найменше з набутих значень на підставі проведених вимірювань.

Розривні і універсальні випробувальні машини УМЄ-10Т на яких проводиться випробування повинні відповідати вимогам ГОСТ 7855-84.

На підставі отриманих данних будують діаграму розтягу (рисунок 2.2.), за допомогою якої можна визначити такі характеристики, як границя пропорційності,границя пружності, границя текучості, границя міцності.

Рисунок 2.2. – Характерні точки на діаграмі розтягу, за допомогою яких розраховують характеристики міцності

Розрізняють умовні нормальні напруження σ та істинні нормальні напруження S. Умовні напруження σ_і, МПа, в будь який момент випробування визначають по формулі:

. (2.1)

де Р_і – навантаження, МН(Н);

F₀ - початкова площа поперечного перерізу зразка, м ²(мм²).

Істинні нормальні напруження S, МПа, визначаються відношенням поточного розтягуючого навантаження P_i до поточної площі поперечного перерізу F_i

. (2.2)

Відображаючи фактичний опір деформації, S_і мають фізичне значення. При пружній деформації σ_і ≈S_і а після пластичної деформації, особливо значної, при однакових значеннях навантаження S_і> σ_і.

1)Границю пропорційності (напруження,яке витримує матеріал без відхилення від закону Гука) σ_пц визначають:

- за допомогою тензометрів (розрахунковий спосіб);

- графічним способом по початковій ділянці діаграми

Тензометр або пристрій, який вимірює деформацію встановлюють на зразок після прикладення до нього початкового зусилля Р₀, що відповідає напруженню рівному 5-10% від передбачуваної границі пропорційності σ_пц.

При визначенні границі пропорційності σ_пц розрахунковим способом після установки тензометра навантажують зразок рівними ступенями до зусилля, відповідного напруженню, рівному 70-80% від передбачуваної границі пропорційності σ_пц. Число ступенів зусилля повинне бути не менше 4. Час витримки на кожному ступені до 5-7 с.

Подальше навантаження проводять меншими ступенями. Коли прируст видовження для малого ступеня навантаження перевищить середнє значення приросту видовження (при тому ж ступені зусилля) подальше навантаження припиняють. Визначають середню величину приросту видовження на малий ступінь навантаження.Знайдену величину збільшують відповідно до прийнятого допуску. Визначають зусилля Р_пц, яке відповідає підрахованому значенню приросту видовження.

Визначення межі пропорційності σ_пц графічним способом проводиться на початковій ділянці діаграми розтягування. З початку координат (рисунок 2.3) проводять пряму, співпадаючу з початковою лінійною ділянкою діаграми розтягування.Потім на довільному рівні проводять пряму АВ, паралельну осі абсцис, і на цій прямій відкладають відрізок kn, рівний половині відрізка mk.Через точку n і початок координат проводять пряму On і паралельно їй проводять дотичну CD до діаграми розтягування.Точка дотику визначає зусилля Р_пц. Границя пропорційності обчислюється за формулою .

Рисунок 2.3. – Графічний метод визначення границі пропорційності.

2)Границю пружності ( напруження, при якому залишкове видовження сягає заданої величини – 0,005 та 0,01%) характеризує напруження, при якому з’являються перші ознаки макропластичної деформації.

Для точної кількісної оцінки границі пружності використовують тензометри. При визначенні границі пружності допуск задається за величиною залишкової деформації, після кожного ступеня навантаження необхідно розвантажувати зразок до початкового напруження σ₀≤10% від очікуваного σ_0,005 або σ_0,01 і тільки потім вимірювати видовження за допомогою тензометру.

Також можливе використання графічного методу, який є аналогічним до визначення умовної границі текучості. Необхідно за діаграмою знайти величину навантаження Р_0,005 або Р_0,01 та знайти за формулою границю пружності:

. (2.3)

3) Фізичну границю текучості σ_Т визначають за діаграмою розтягування, що отримана на випробувальній машині. Швидкість навантаження повинна бути встановлена в області пружності і підтримуватися по можливості незмінною,і на стадії текучості повинна бути в межах від 0,00025 до 0,0025с^-1. Якщо швидкість відносної деформації на стадії текучості не може бути забезпечена безпосереднім регулюванням випробувальної машини, то випробування слід проводити, задаючи швидкість навантаження в області пружності.

Умовну границя текучості з допуском на величину пластичної деформації при навантаженні, визначають за діаграмою розтягу, що отримано на випробувальній машині. За діаграмою розтягу обчислюють величину пластичної деформації з урахуванням встановленого допуску, виходячи з довжини робочої частини зразка l. Знайдену величину збільшують пропорційно масштабу діаграми і відрізок отриманої довжини ОЕ відкладають по осі видовження (рисунок 2.4.). З точки Е проводять пряму, паралельну ОА. Точка перетину прямої з діаграмою відповідає зусиллю умовної границі текучості при встановленому допуску на величину пластичної деформації.

Рисунок 2.4. – Графічний метод визначення умовної границі текучості

Умовну границю текучості визначають тільки при відсутності ділянки текучості на діаграмі розтягу

. (2.4)

4)Для визначення границі міцності (умовне напруження, що відповідає набільшому навантаженню, досягнутому при руйнуванні зразку) σ_В зразок піддають розтягуванню під дією плавно зростаючого зусилля до руйнування. Найбільше зусилля, яке передає руйнуванню зразка,береться за зусилля Р_max , що відповідає тимчасовому опору (рисунок 2.5).

При визначенні тимчасового опору σ_В швдкість деформації повинна бути не більше 0,5 від початкової розрахункової довжини зразка l₀, виражена в мм/хв.

Рисунок 2.5. – Графічний метод визначення границі міцності.

Для визначення тимчасового опору користуються формулою:

(2.5)

5) Для визначення відносного видовження після розриву d застосовується тензометр, початкова розрахункова довжина якого l_e повинна біти рівна початковій розрахунковій довжині зразка l₀.

Для визначення кінцевої розрахункової довжини зразка l_k зруйновані частини зразка щільно складають так, щоб їх осі утворили пряму лінію.

Відносне видовження розраховується за формулою

(2.6)

Відносне видовження можна розрахувати за діаграмою видовження. Для цього необхідно визначити абсолютне видовження ∆l до момента руйнування та знаючи розрахункову початкову довжину l₀, визначити величину δ. Але цей спосіб є доволі неточним, тому визначають l_k після того, як щільно зпівставили дві половинки зруйнованого зразка (рисунок 2.6)

Рисунок 2.6. – Методика визначення відносного видовження при розтягнутому зразку.

Істинне відносне видовження е,%:

(2.7)

6)Відносне залишкове звуження – це відносне змінення площі перетину в місці розриву, визначається за формулою:

(2.8)

Істинне відносне звуження φ,%:

(2.9)