Основные теоретические положения

В настоящее время существует большое число методов контроля качества материалов. Рассмотрим наиболее характерные из них на примере контроля механических свойств металлопроката.

Стандартные механические испытания включают испытание на растяжение, измерение твердости и, иногда, определение ударной вязкости при изгибе.

В зависимости от скорости приложения нагрузки механические испытания подразделяют на статические (когда нагрузка прикладывается очень медленно) и динамические (когда нагрузка прикладывается быстро). Результаты статических испытаний используются при оценке эксплуатационных свойств нагрузках, а динамических – при быстро изменяющихся циклических или ударных нагрузках.

материалов при неизменных или медленно изменяющихся

1. Испытание на растяжение

Испытание на растяжение относится к наиболее информативным видам статических механических испытаний и проводится для всех видов конструкционных материалов. Для обеспечения воспроизводимости результатов в разных лабораториях испытание проводится с использованием стандартных образцов круглого (см. рис. 1.1) или прямоугольного (для тонколистовых материалов) сечения.

Площадь поперечного сечения образца в начальный момент (F₀) и после разрушения (F₁) определяют после измерения соответствующих диаметров (см. рис. 1.1) по формулам:

Растяжение образцов производится на специальных разрывных машинах, снабженных диаграммным аппаратом, позволяющим в автоматическом режиме нарисовать кривую растяжения в координатах: нагрузкаР, кГ – абсолютная деформация Dl, мм (см. рис. 1.2).

Рис. 1.1. Вид образцов до (а) и после (б) растяжения

Большинство материалов имеют диаграмму растяжения без площадки текучести – рис. 1.2, 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. 1.2, б. Из рис. 1.2 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).

Рис. 1.2. Диаграммы растяжения без площадки (а) и с площадкой (б) текучести

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 в 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).

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

1 кГ » 9,8 Н; 1 Па = 1 Н/м²; 1 кГ/мм² » 9,8 МПа.

Прочность – это свойство твердых тел сопротивляться деформации и разрушению под действием внешних нагрузок.

Пластичность – это свойство твердых тел необратимо деформироваться под действием внешних нагрузок.

В результате испытаний на растяжение можно определить целый набор статических характеристик прочности и пластичности. Рассмотрим основные из них.