А) б)

Рисунок 3.1.1 - Диаграмма деформирования образцов: а) малоуглеродистой; б) высокоуглеродистой стали.

Для сталей высокоуглеродистых, легированных, термически или механически обработанных, цветных металлов и сплавов, пластмасс площадки текучести не наблюдается (Рисунок 3.1.1,б, длина участка АВ равна нулю, участок вырождается в точку). Участок упругих деформаций 0А при испытании упомянутых материалов плавно переходит в участок упрочнения ВС. Отсутствие площадки текучести затрудняет выявление предела текучести – характеристики чрезвычайно важной, поскольку она ограничивает несущую способность. При нагрузке, свыше предела текучести, материал в большинстве случаев не может считаться работоспособным с эксплуатационной точки зрения.

При разгрузке, например в точке М, удлинение ∆l полностью не исчезает. Оно уменьшится на величину упругой части удлинения ∆lе (отрезок NT). При этом выделится пластическая (остаточная) деформация ∆lр, равная отрезку 0N. При дальнейшем увеличении силы пластическое деформирование будет происходить при нагрузке (ордината точки М) значительно большей, чем при первоначальном нагружении (ордината точки А). Произошло упрочнение материала – явление, давшее название участку ВС. Это явление – изменение свойств материала в результате деформирования за пределом текучести иначе называют наклёпом.

На участоке ВС протекают два конкурирующих процесса: физическое упрочнение и геометрическое разупрочнение. Первое обусловлено изменениями, происходящими в структуре металла вследствие роста нагрузки; второе – вследствие уменьшения поперечного сечения по всей длине образца и снижения его несущей способности. В точке С наступает равновесие этих процессов, а после достижения Fmax при дальнейшем растяжении образца начинается участок CD снижения нагрузки, где геометрическое разупрочнение начинает преобладать. Деформирование на участке CD протекает на небольшой длине образца в образовавшемся местном сужении в виде шейки при уменьшающейся нагрузке F, а за её пределами размеры поперечного сечения перестают изменяться (Рисунок 3.1.2). Из-за уменьшения площади в деформируемой части для дальнейшего удлинения образца нужна всё меньшая и меньшая сила, т. е. нагрузка падает. Однако истинные напряжения S в любом объёме образца продолжают увеличиваться. В точке D наступает разрыв образца.

Рисунок 3.1.2 - Образование шейки на образце

Постановка эксперимента

Эксперимент осуществляется на машине для испытаний конструкционных материалов, автоматически формирующей диаграмму деформирования материала, т.е. график, связывающий нагрузку F и удлинение образца ∆l в процессе растяжения до момента разрушения.

До установки образца микрометром производится измерение его рабочей длины L и размеров поперечного сечения (начальный диаметр цилиндрического образца d₀ с точность до 0,02 мм). Рекомендуемое стандартное соотношение между ними L= (5…10) d₀.

Цилиндрический или плоский образец закрепляется в захватах машины.

Производится настройка машины и программного обеспечения выносного компьютера на испытания по ГОСТ 1497–84.

Осуществляется пуск машины для испытаний.

Верхний конец образца жестко закреплен, а нижний перемещается с подвижной траверсой при пуске машины для испытаний, растягивая образец и создавая внутренние усилия в нем.

Усилие на траверсе фиксируется встроенным датчиком силы.

Поведение образца в процессе испытаний контролируется по диаграмме деформирования, представляемой на экране монитора.