1.7.1. Испытание на растяжение

Испытание на растяжение относится к наиболее информативным видам статических механических испытаний и проводится для всех видов конструкционных материалов. Испытание проводится с использованием стандартных образцов круглого (рис. 1.12) или прямоугольного (для тонколистовых материалов) сечения.

Площадь поперечного сечения образца в начальный момент (F₀) и после разрушения (F₁) определяют после измерения соответствующих диаметров по формулам:

Р

Рис. 1.12. Вид образцов до (а) и после (б) растяжения

астяжение образцов производится на специальных разрывных машинах, снабженных диаграммнымаппаратом, позволяющим в автоматическом режиме нарисовать кривую растяжения в координатах: нагрузка Р, кгс, – абсолютная деформация l, мм.

Большинство материалов имеют диаграмму растяжения без площадки текучести (рис. 1.13,а). Небольшое число материалов, в том числе низкоуглеродистая сталь в отожженном состоянии, имеют диаграмму растяжения с площадкой текучести, на которой интенсивная пластическая деформация происходит без заметного увеличения нагрузки (рис. 1.13, б).

Из рис. 1.13 следует, что сначала на линейном участке, соответствующем закону Гука, деформация носит упругий характер и полностью исчезает после снятия нагрузки (разгрузка идет по линии а–0). При нагрузке, превышающей ординату точки а, наряду с упругой, появляется и пластическая деформация, приводящая к остаточному удлинению испытуемого образца после снятия внешней нагрузки. При этом установлено, что разгрузка всегда идет по линии, параллельной а–0. Повышение нагрузки вплоть до точки в сопровождается увеличением пластической деформации. Начиная с точки b на образце появляется, а затем растет локальное сужение в средней части – «шейка», что приводит к постепенному уменьшению действующей нагрузки Р и последующему разрыву образца в точке с (разгрузка образца после разрыва также идет по линии, параллельной а–0).

Рис. 1.13. Диаграммы растяжения без площадки (а) и с площадкой (б) текучести

Механические напряжения, действующие в растягиваемом образце, принято оценивать с помощью нормальных напряжений  = Р/F, где Р – нагрузка (сила), действующая перпендикулярно площади поперечного сечения образца F. В технике нормальные напряжения принято измерять в килограммах силы на квадратный миллиметр (кгс/мм²) или мегапаскалях (МПа):

1 кгс  9,81 Н; 1 Па = 1 Н/м²; 1 кгс/мм²  9,81 МПа.

В результате испытаний на растяжение определяют большой набор статических характеристик прочности и пластичности. Рассмотрим основные из них.

1. Характеристики прочности

Прочность – это свойство твердых тел сопротивляться деформации и разрушению под действием внешних нагрузок. Чаще всего измеряют две характеристики прочности.

а) Предел прочности при растяжении (или временное сопротивление разрыву) рассчитывают по формуле:

где Р_в – максимальная нагрузка, соответствующая точке b на рис. 1.13. Предел прочности характеризует максимальную нагрузку, которую может выдержать материал при растяжении.

б) Предел текучести характеризует минимальную нагрузку, при которой материал начинает пластически деформироваться, и рассчитывается в зависимости от вида диаграммы растяжения.

Если на диаграмме отсутствует площадка текучести (см. рис. 1.13, а), то определяют условный предел текучести при допуске на пластическую деформацию 0,2%:

где Р_0,2 – нагрузка, вызывающая остаточную относительную деформацию 0,2% от l₀ – начальной длины образца. Для нахождения Р_0,2 сначала рассчитывают абсолютную деформацию l_0,2 = 0,2 l₀ /100, соответствующую относительной деформации 0,2%; затем l_0,2 откладывают вправо от начала координат и проводят линию, параллельную 0–а до пересечения с кривой растяжения (см. рис. 1.13, а). Ордината точки пересечения дает нам значение Р_0,2.

Если на диаграмме есть площадка текучести (см. рис. 1.13, б), то определяют физический предел текучести:

где Р_т – нагрузка, соответствующая площадке текучести.