Лабораторная работа №1

Испытание на растяжение

Цель работы: определение характеристик механических свойств металла при испытании на растяжение.

Краткие теоретические сведения

Испытание на растяжение относится к числу распространённых статических испытаний, позволяющих определить основные характеристики механических свойств металла. К преимуществам такого испытания относятся относительная простота эксперимента и возможность получения растяжения в чистом виде.

Испытания проводят на машине ИМ-4Р.

Образцы для испытания на растяжение

Ф

l_о=30

орма и размеры образцов для испытания на растяжение устанавливается ГОСТ 1497-84 (рис. 1). Образцы имеют либо круглое, либо прямоугольное поперечное сечение.

1,5

2,5

10

61

Рис.1

Рис. 1. Образец для испытания на растяжение

Средняя (рабочая) часть образца имеет постоянное поперечное сечение. По концам образца имеются головки, предназначенные для закрепления образца в захватах машины. Иногда применяются образцы без головок.

На рабочей части образца мелкими рисками на специальной делительной машинке симметрично относительно центра образца намечается расчётная длина l_о. Соотношение между расчётной длиной и размерами поперечного сечения образца вполне определённы, а именно: для цилиндрических образцов l_о= 10d_о или l_о= 5d_о (укороченные образцы), для плоских образцов l_о= 11,3илиl_о= 5,65, гдеF_о – начальная площадь поперечного сечения. Рабочая часть образца должна выполняться особенно тщательно. Например, отклонение диаметров для цилиндрических образцов не должно превышать ± 0,1 мм (при d_о ≤ 10 мм) и ± 0,2 мм (при d_о > 10 мм), отклонения расчётной длины должны быть не более ± 0,1 и ± 0,2 мм соответственно.

Форма и размеры головок могут быть различными в соответствии с конструкцией захватов машин, но обязателен плавный переход рабочей части к головкам. Параметр шероховатости поверхности рабочей части образца R_а = 1,25 мкм.

Проведение испытаний и обработка результатов

Рассмотрим порядок проведения испытаний и обработки результатов на примере малоуглеродистой стали.

Перед испытанием с помощью штангенциркуля определяют размеры цилиндрического образца. Диаметры измеряются в трёх сечениях по длине рабочей части в двух взаимно перпендикулярных направлениях в каждом сечении. Для каждого сечения подсчитывают среднеарифметическое значение диаметра и за окончательный размер принимают наименьшее из полученных значений. Далее измеряют расстояние между рисками – расчётную длину.

Образец вставляют в захваты испытательной машины, включают диаграммный аппарат и плавным равномерным вращением рукоятки по часовой стрелке осуществляют нагружение образца. После появления значительной пластической деформации для иллюстрации закона разгрузки следует разгрузить образец и вновь продолжать нагружение вплоть до его разрушения. Далее штангенциркулем производят измерение диаметра образца в месте разрушения (шейка) и в пределах цилиндрической части. Находят новое расстояние между крайними рисками. Данные заносят в журнал. На рисунке 2 изображена диаграмма растяжения в координатах «нагрузка-деформация».

Начало координат находят как точку пересечения горизонтальной прямой, проходящей через начальную точку диаграммы с продолжением прямолинейного участка диаграммы. Ось абсцисс – ось абсолютной линейной деформации Δl, ось ординат – ось нагрузки Р. Начальный криволинейный участок (пунктирная линия) диаграммы не учитывают, поскольку он образуется за счёт выборки зазоров в узлах машины и местного обмятия головок образца в захватах, т. е. не характеризует свойства испытуемого материала.

Р_пц

Р_т

Р_к

Р_max

Р

Δl

О

А

В

К

С

D

H

G

E

F

Рис. 2. Диаграмма растяжения

Участок ОА соответствует упругой деформации образца. Дальнейшее возрастание нагрузки приводит к появлению пластической (остаточной) деформации. При нагрузке, соответствующей точке В, наблюдается интенсивная пластическая деформация при неизменной нагрузке. Горизонтальный участок диаграммы называют площадкой текучести. Далее пластическая деформация протекает под действием возрастающей нагрузки. Участок ВС называют участком упрочнения. Снятие нагрузки в некоторый момент испытания (линия КG) даёт на оси абсцисс отрезок ОG, соответствующий остаточной деформации. Линия разгрузки КG параллельна линии упругой деформации ОА. При дальнейшем нагружении начальный участок диаграммы совпадает с прямой GК.

До разгрузки, соответствующей точке С, происходит равномерная деформация образца по всей его рабочей части. После точки С пластическая деформация концентрируется около наиболее слабого сечения образца, образуя местное утонение (шейку) и, наконец, наступает разрушение образца.

По диаграмме растяжения определяют следующие характеристики механических свойств металла.