Испытание на кручение

Цель работы: 1. Определить для различных материалов механические характеристики при кручении.

2.Сравнить характеры разрушения образцов из различных материалов при кручении.

Задача работы:

1. Выяснить причину различного характера разрушения образцов из пластичных и хрупких металлов.

Основные понятия

Испытания на кручение являются одним из основных методов определения механических свойств материалов. Такие испытания позволяют более строго в сравнении с другими видами механических испытаний разделить материалы и пластичные и хрупкие. В отличие от растяжения форма образца практически не изменяется даже при очень больших деформациях, что облегчает оценку напряжений и деформаций в этой области.

Материал скручиваемого стержня находится в сложном напряженном состоянии - в состоянии чистого сдвига. В поперечных и продольных сечениях действуют только касательные напряжения. На площадках, наклоненных под углом 45° к оси стержня, действуют главные напряжения.

Рис.7.1. Напряженное состояние элементов при кручении

Примерный вид диаграмм кручения образцов из пластичных и хрупких материалов изображен на рис.7.2, а, б.

Рис.7.2. Диаграммы кручения образцов из пластичного

(а) и хрупкого (б) материалов

На начальном участке диаграммы для пластичного материала зависимость между крутящим моментом и углом закручивания прямо пропорциональная. Затем пропорциональность нарушается, все более значительная часть деформации становится пластической и образец разрушается при большом угле закручивания. Образцы хрупких материалов, как правило, не подчиняются закону пропорциональности и разрушаются при незначительном угле закручивания.

По диаграмме М_к() получают условные (номинальные, расчетные) механические характеристики материала при кручении: предел пропорциональности t_пц , предел текучести t_т, предел прочности т,. Предел пропорциональности вычисляют по формуле

Крутящий момент, соответствующий пределу пропорциональности М_пц, определяют по диаграмме кручения следующим образом (рис.7.3)

М_к

Рис.7.3.

Проводят касательную к кривой М_к () так, чтобы тангенс угла между направлением этой касательной и осью ординат равнялся полутора значениям tg  (-утол наклона линейной части диаграммы). Ордината точки касания А принимается равной М_пц.

За предел текучести принимается касательное напряжение, при котором образец получает сдвиг у = 0,3 %.

Зависимость между максимальным углом сдвига и углом закручивания в пределах малых деформаций имеет вид (рис.7.4):

Рис.7.4

Отсюда определим угол закручивания, соответствующий _0,003 = 0,003:

Этот угол нужно отложить по оси абсцисс (рис.7.3) и провести прямую С₁

параллельно прямолинейному участку диаграммы. Ордината точки В есть момент, соответствующий пределу текучести. Наибольшие касательные напряжения, соответствующие разрушению образца, называют пределом прочности и определяют по формуле

В отличие от других статических испытаний геометрия излома реальных образцов здесь строго соответствует схемам таблицы.

Это объясняется тождеством напряженного состояния по всей длине скручиваемого образца от начала испытания до момента разрушения.

Различно ориентированные при кручении плоскости действия наибольших касательных и нормальных напряжений позволяют отчетливо отличить разру­шение от среза и от отрыва (рис.7.6).

Хрупкое состояние материала характеризуется появлением трещины, и распространением разрушения по винтовой поверхности. Пластичные материалы разрушаются от сдвига, как правило, в плоскости поперечного сечения образца; поверхность в месте разрушения гладкая и блестящая. Дополнительные расслоения и разрушения по продольному направлению свидетельствуют о неоднородной сложной структуре материала.