Испытания материалов на растяжение

Наибольшую информацию о механических свойствах металлов можно получить из статических испытаний на растяжение. Испытания проводятся в соответствии с ГОСТ 1497--84.

Для испытания на растяжение применяют образцы специальной формы цилиндрические или плоские.

Образцы имеют рабочую часть с начальной длиной l0, на которой определяется удлинение, и головки с переходным участком, форма и размеры которых зависят от способов их крепления в захватах машины. Различают длинные образцы с отношением l0/d0 = 10 и короткие -- l0/d0 = 5. Размеры образцов делают стандартными для того, чтобы результаты испытаний, полученные в разных лабораториях, были сравнимы.

Испытания проводят на разрывных или универсальных машинах. В зависимости от метода приложения нагрузки машины бывают с механическим или гидравлическим приводом. Они обычно выпускаются с вертикальным расположением образа. Передача усилия на образец осуществляется через захваты. Для центральной передачи усилия на образец в машинах имеются специальные устройства. Все машины снабжены устройством для автоматической записи в определенном масштабе диаграммы растяжения, т. е. графика зависимости между растягивающей силой F и удлинением образца Дl.

В настоящее время начинают широко применяться испытательные машины нового поколения -- универсальные машины с использованием современной микроэлектроники, которая позволяет полностью автоматизировать ход испытаний и управлять им, начиная от пуска машины до вывода полученных результатов измерений на дисплей и графопостроитель

Испытания на изгиб и кручение.

Испытание на изгиб в основном находит применение для исследования сравнительно хрупких материалов. Для вязких металлических материалов изгибающую нагрузку можно продолжать прикладывать за пределом текучести без разрушения материала.

Характеристики прочности и пластичности при изгибе определяют при двух модификациях этого испытания: трехточечном и четырехточечном изгибе.

При испытании проволочных материалов разрушение образцов часто не достигается, тогда целесообразно определять предельный прогиб при условии, что величина прогиба в точке приложения силы в 1,5 раза превышает толщину образца. Прочностной характеристикой, соответствующей этому прогибу, является временное сопротивление при изгибе. Кроме того, поведение материала можно охарактеризовать жесткостью, определяемой соотношением между прочностью при изгибе и величиной стрелы прогиба.

В отличие от трехточечного при четырехточечном изгибе вследствие постоянства изгибающего момента между точками приложения нагрузки создаются условия, при которых получаемые результаты испытаний правильно характеризуют материал и не зависят от возможных неоднородностей образца, в частности структурных, в области максимального изгибающего момента.

Испытание на кручение имеет второстепенное значение. Оно вводится для оценки материалов валов или проволоки, а также для определения прочности и пластичности твердых сталей. Расчетная длина образца чаще всего составляет 10 диаметров.

Определение твердости. В технике наиболее часто понятие «твердость» определяют как сопротивление, оказываемое телом при внедрении в него другого, более твердого тела. Испытание на твердость относится к наиболее часто используемым методам механических испытаний материалов, поскольку, с одной стороны, с его помощью можно  определить с известными ограничениями и оговорками количественные связи с иными свойствами или поведением материала при определенных нагрузках; с другой стороны, процесс определения твердости требует относительно небольших затрат. При этом речь идет только о сравнительных измерениях. Непосредственное заключение об эксплуатационных характеристиках материала возможно лишь в случае подбора для узких конкретных условий эмпирических коэффициентов.

Методы измерения твердости отличаются друг от друга формой индентора (шарик, пирамида, конус), его материалом (закаленная сталь, твердый сплав, алмаз) и величиной приложенной нагрузки (измерение при больших нагрузках – макротвердости, твердости при малых нагрузках – микротвердости), а также способом выражения характеристик твердости.

К испытаниям макротвердости относят способы определения твердости по Бринеллю, Виккерсу и Роквеллу (с применением усилий более 30 Н). Получившийся большой отпечаток выбирают в качестве параметра макротвердости, характерного для структуры в целом.

При определении микротвердости с использованием небольших и очень малых нагрузок получают очень малые отпечатки. Этим методом можно измерить твердость отдельных кристаллитов или включений.

Циклическое нагружение. На многие детали и элементы конструкций действуют динамические нагрузки в режиме колебаний. При этом под колебаниями понимают не только движение масс различных систем, но и повторно-переменные нагрузки разного вида. В таком случае идет речь о циклических нагрузках. На процесс повреждения и тем самым на долговечность при циклическом нагружении влияют многие факторы.

Образование и распространение дефектов в металлических и в неметаллических материалах с повышением температуры облегчается из-за большого относительного влияния термически активируемых процессов. При температурах больше половины температуры плавления следует учитывать явление ползучести материала, при этом становится заметным частота нагружения.

При частых теплосменах из-за возникновения термических напряжений также может произойти усталостное разрушение.

Влияние частоты циклов нагружения на долговечность определяется зависимостью деформационных процессов от времени и влиянием  окружающей среды.