1.1. Характеристики прочности

1. Предел прочности при растяжении (или временное сопротивление разрыву) рассчитывают по формуле

гдеР_в – максимальная нагрузка, соответствующая точке в на рис.1.2. Предел прочности характеризует максимальную нагрузку, которую может выдержать материал при растяжении.

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

а) Если на диаграмме отсутствует площадка текучести (рис. 1.2, а), то определяют условный предел текучести при допуске на пластическую деформацию 0,2%

гдеР_0,2 – нагрузка, вызывающая остаточную относительную деформацию 0,2% от l₀ – начальной длины образца. Для нахождения Р_0,2 сначала рассчитывают абсолютную деформацию Dl_0,2 = =0,2 l₀ /100, соответствующую относительной деформации 0,2%; затем Dl_0,2 откладывают вправо от начала координат и проводят линию параллельную 0–а до пересечения с кривой растяжения (см. рис. 1.2, а). Ордината точки пересечения дает нам значение Р_0,2.

б) Если на диаграмме есть площадка текучести (рис. 1.2, б), то определяют физический предел текучести

гдеР_т – нагрузка, соответствующая площадке текучести.

Предел текучести, например, используется для оценки минимальной нагрузки при пластическом деформировании металлов (ковке, штамповке, прокатке).

Аналогичным образом можно определить предел пропорциональности (соответствующий точке а на рис. 2), истинное сопротивление разрыву (соответствующее точке с) и другие прочностные характеристики.

1.2. Характеристики пластичности

3) Относительное удлинение после разрыва определяют по формуле

гдеl₀ и l₁ – начальная и конечная длина образца (рис. 1.1); числитель этого выражения находят по диаграмме растяжения (рис. 1.2).

Относительное удлинение характеризует максимальную деформацию, которую может выдержать материал при растяжении.

4)Относительное сужение после разрыва определяется по формуле

где F₀ и F₁ – площадь поперечного сечения образца до и после разрыва.

Относительное сужение наиболее полно характеризует пластические характеристики материала и используется, например, при расчете процессов глубокой вытяжки.

2. Определение ударной вязкости при изгибе

С помощью динамических испытаний на ударный изгиб выявляют склонность материала к хрупкому разрушению. Метод основан на разрушении образца с концентратором напряжений (надрезом) одним ударом маятникового копра – см. рис. 1.3. Копер снабжен устройством для отчета угла подъема маятника в исходном положении  и после разрушения образца , поэтому имеется возможность определить работу, затраченную на разрушение образца. Работа по разрушению образца равна разности потенциальных энергий маятника в исходном состоянии П₀ и в момент наивысшего подъема после разрушения образца П₁, которую можно выразить через углы  и 

А_разр = П₀ – П₁ = mg(H – h) = mgl(соs  – соs ), Дж,

где m – масса маятника, g – ускорение свободного падения, H и h – высоты подъема, l – плечо маятника – см рис. 1.3.

Рис. 1.3. Схема определения ударной вязкости при изгибе

Работа разрушения А_разр в общем случае идет на образование и распространение трещины. Стандартные образцы для испытаний на ударную вязкость имеют вид прямоугольного бруска с надрезом посередине. Надрезы могут быть с U-образной и более острой V-образной вершиной, а если в образце с острой вершиной перед испытанием создана трещина, то его называют Т-образным – рис. 1.4.

Рис. 1.4. Вид образцов с U, V и Т-образным надрезом

Чем острее надрез, тем меньше работа разрушения. Наиболее часто применяют образцы с «мягким» U-образным надрезом, образцы с V-образным надрезом используют при испытании материалов, идущих на изготовление особо ответственных изделий (труб для магистральных газопроводов, ледовых буровых платформ и т. п.). Использование Т-образных образцов позволяет в чистом виде определить работу распространения трещины.

Ударная вязкость обозначается буквами КС с присоединением еще одной буквы, указывающей на вид используемого надреза (КСU, КСV и КСТ), и рассчитывается по формуле

гдеF – площадь поперечного сечения образца в месте надреза – см. рис. 1.3.