1.3. Диаграмма условных напряжений

Диаграмма растяжения пластичной стали в координатах F - Δℓ зависит от размеров образца. Чем длиннее образец, тем больше его абсолютное удлинение при одной и той же нагрузке.

Для того, чтобы исключить влияние размеров образца на диаграммы, что в свою очередь позволит их сравнивать для различных материалов, на основании машинной диаграммы в координатах F - Δℓ строят условную диаграмму напряжений в координатах  - .

Условной эту диаграмму называют по той причине, что:

• величину напряжений получают путем деления соответствующих значений нагрузок на первоначальную площадь поперечного сечения образца А_о:

,

т.е.

где d_о – диаметр рабочей части образца до испытания;

• величину относительной продольной деформации получают путем деления соответствующего значения абсолютной деформации Δℓ на первоначальную длину образца ℓ_о, т. е.:

.

Рисунок 3 - Диаграмма условных напряжений

Диаграмма в координатах  -  для пластичной стали имеет вид, показанный на рис.3.

Точки A, B, C, D, E – характерные точки диаграммы.

Им соответствуют следующие механические характеристики прочности:

• точке A – предел пропорциональности – это то наибольшее напряжение, до которого деформации в материале растут пропорционально напряжениям (справедлив закон Гука);

• точке B – предел упругости – это то наибольшее напряжение, до которого в материале отсутствует остаточная деформация;

• точке C – предел текучести – это напряжение, при котором в материале наблюдается заметный рост пластической деформации при практически постоянной нагрузке;

• точке D – предел прочности – это условное максимальное напряжение, которое выдерживает образец до разрушения, причем для пластичных материалов данную характеристику условно называют временным сопротивлением и обозначают σ_в.

• точке Е – условное напряжение при разрыве – это условное напряжение, соответствующее моменту разрыва образца;

• точке К – истинный предел прочности – истинное напряжение, соответствующее моменту разрыва образца, где А_ш – площадь сечения образца в самом тонком месте (в месте разрыва).

Из диаграммы напряжений очевидно, что опасным напряжением для пластичного материала является предел текучести, т. к. нормальная работа элементов конструкций невозможна в случае самопроизвольной значительной пластичной деформации.

Для оценки пластических свойств материала служат характеристики пластичности:

• относительное остаточное удлинение:

,

где ℓ_к – длина рабочей части образца после разрыва;

• относительное остаточное сужение:

,

Чем выше значение характеристик пластичности, тем более пластичен материал.

2. Краткие сведения об оборудовании и образце

2. 1. Оборудование

Для испытания стального образца на растяжение в данной работе используются машины Р – 5, Р - 10 и РМ - 200.

РМ-200 - разрывная машина, предназначенная для статических испытаний при нормальной температуре стандартных образцов металлов по ГОСТ1497 – 84. Наибольшая предельная нагрузка 200 кН.

Р-5, Р-10 – разрывные испытательные машины, предназначенные для статических испытаний материалов на растяжение. При использовании дополнительных приспособлений на этих машинах можно проводить испытания на сжатие и изгиб. Развивают максимальное усилие соответственно 50 кН (5 т) и 100 кН (10 т).

Испытательные машины состоят из механизмов нагружения образца, передачи растягивающей силы, центровки образца, измерения растягивающего усилия.

Кроме того, машины снабжены прибором, записывающим диаграмму растяжения.

Машины имеют гидравлический привод, обеспечивающий деформацию путем перемещения поршня гидравлического цилиндра.

Расположение образца, предназначенного для испытания, в этих машинах вертикальное. Передача усилия на образцы осуществляется с помощью захватов. Для уменьшения эксцентричности приложения нагрузки применяют самоцентрирующиеся шаровые опоры.

Нагружение образца осуществляется вследствие взаимного перемещения захватов, которое происходит настолько медленно, что ускорением частиц материала в процессе деформирования можно пренебречь (это и является характеристикой статического нагружения).

Нижний захват связан с электродвигателем и является подвижным. Верхний захват связан со стрелкой силоизмерителя, что позволяет для любого момента испытания установить значение силы, растягивающей образец.