12. Как проводится испытание материала на растяжение?

Механические характеристики материала определяются в результате испытания образца на специальных прессах. Форма образца может быть различной. Как правило, это стержень с участком постоянного поперечного сечения (круглого или прямоугольного) длиной . Концы образца имеют специальные утолщения для их закрепления в испытательной машине.

Перед началом испытания замеряется площадь поперечного сечениясредней части образца. Значение растягивающей силыP и удлинения его средней части в каждый момент нагружения определяются специальными устройствами. При испытании нагрузка увеличивается медленно и плавно.Современные испытательные машины снабжены записывающим прибором, который при испытании образца автоматически вычерчивает график зависимости между нагрузкой P и абсолютным удлинением . Такой график называетсядиаграммой растяжения. Идея построения такого графика была предложена Яковом Бернулли, поэтому он иногда называется диаграммой Бернулли.

Рассмотрим, например, диаграмму растяжения образца, изготовленного из стали марки Ст. 3 (рис. 2.3). Заметим, что эта диаграмма характеризует поведение именно образца, а нематериала, из которого он сделан.

В начальной стадии испытания, до точки А с ординатой , зависимость между силойP и удлинением носитлинейный характер, что свидетельствует о линейной деформируемости образца. Затем диаграмма искривляется и при некотором значении растягивающей силы наблюдается значительный рост удлинения образца без увеличения нагрузки. Это явление называетсятекучестью. Практически горизонтальный участок диаграммы BC называется площадкой текучести, а точка B – критической точкой диаграммы. При некотором значении растягивающей силы , соответствующем критической точкеB, на поверхности образца, если он, например, полирован, мы заметим появление сначала нескольких полосок, параллельных между собой и расположенных под углом примерно к оси образца. Далее появляется вторая система линий, пересекающая первую и наклоненную к оси под тем же углом, что и первая. Такая система сопряженных линий называется линиямиЛюдерса – Чернова. Эти линии впервые описаны в 1859 г. немецким металлургом В. Людерсом и независимо от него в 1884 г. русским металлургом Д.К. Черновым.

Упомянутые линии представляют собой следы сдвигов частиц материала. Направления этих линий соответствует площадкам, на которых при растяжении возникают наибольшие касательные напряжения.

За точкой C удлинение образца начинает расти быстрее нагрузки. Число линий Людерса – Чернова растет, они сливаются друг с другом и теряют ясность своих очертаний. Этот участок диаграммы называется зоной упрочнения. В наивысшей точке диаграммы (в точке D) при силе равной на образце внезапно появляется местное сужение –шейка, которая представляет собой результат накопления деформаций сдвига. Сопротивление образца растяжению, после образования шейки, падает и его разрыв происходит в точке K при нагрузке .

При разрыве образца, как правило, появляется поперечная трещина в центре тяжести поперечного сечения (посредине шейки), а остальная часть сечения скалывается под углом к оси образца так, что на одной части разорванного образца образуетсявыступ, а на другой – кратер.

Линия разгрузки образца KL – прямая линия, параллельная участку ОА. Следовательно, полная деформация образца состоит из двух частей: упругой, исчезающей после снятия нагрузки, и остаточной (пластической).

13. Силы и удлинения, соответствующие характерным точкам диаграммы Бернулли, зависят не только от свойств материала, но и от размеров образца. А как определить механические характеристики материала образца?

Для того чтобы исключить влияние абсолютных размеров образца, диаграмму, изображенную на рис. 2.3 перестраивают: ординаты делят на начальную площадь поперечного сечения , а абсциссы – на начальную расчетную длину. В результате получается так называемаяусловная диаграмма растяжения. Она строится в координатах –(рис. 2.4) и отличается от диаграммыБернулли только масштабом.

Условной эта диаграмма называется потому, что напряжения и деформации вычисляются попервоначальным размерам образца. Справедливость такого подхода определяется только практическими соображениями.

На условной диаграмме (см. рис. 2.4) отмечены следующие основные механические характеристики материала:

• предел пропорциональности– наибольшее напряжение, до которого выполняется закон Гука (напряжение растет пропорционально деформации)

;

• предел текучести – напряжение, при которомматериал«течет» (то есть, несмотря на продолжающийся рост деформации, напряжение остается постоянным)

;

• предел прочности – наибольшее напряжение, которое выдерживаетматериалбез разрушения

.

Например, для стали Ст. 3 эти характеристики соответственно, равны: МПа,МПа,МПа.