8(13). 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. 8.1) 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:

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

Рис. 8.1. Вид образцов до (а) и после (б) растяжения

Большинство материалов имеют диаграмму растяжения без площадки текучести – рис. 8.2а. 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. 8.2б.

Из рис. 8.2 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 точкиа, 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 параллельнойа–0. Повышение нагрузки вплоть до точкиbсопровождается увеличением пластической деформации. Начиная с точкиbна образце появляется, а затем растет локальное сужение в средней части – «шейка», что приводит к постепенному уменьшению действующей нагрузкиРи последующему разрыву образца в точкес(разгрузка образца после разрыва также идет по линии параллельнойа–0).

Рис. 8.2. Диаграммы растяжения без площадки (а) и с площадкой (б) текучести

Механические напряжения, действующие в растягиваемом образце, принято оценивать с помощью нормальных напряжений =Р/F, гдеР– нагрузка (сила), действующая перпендикулярно площади поперечного сечения образцаF. Нормальные напряжения при механических испытаниях принято измерять в кгс/мм²(килограммах силы на квадратный миллиметр) или МПа (мегапаскалях)^*:

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 наиболее употребляемые 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 точкеbна рис. 8.2. Предел прочности характеризует максимальную нагрузку, которую может выдержать материал при растяжении.

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

-Если на диаграмме отсутствует площадка текучести (рис. 8.2а), то определяютусловный предел текучести при допуске на пластическую деформацию 0,2%

где Р_0,2 – нагрузка, вызывающая остаточную относительную деформацию 0,2 % отl₀– начальной длины образца. Для нахожденияР_0,2 сначала рассчитывают абсолютную деформациюl_0,2 = 0,2l₀ /100, соответствующую относительной деформации 0,2 %; затемl_0,2 откладывают вправо от начала координат и проводят линию параллельную 0–адо пересечения с кривой растяжения (см. рис. 8.2а). Ордината точки пересечения дает нам значениеР_0,2.

-Если на диаграмме есть площадка текучести (рис. 8.2б), то определяютфизический предел текучести:

где Р_т– нагрузка, соответствующая площадке текучести.