1.1. Испытание на растяжение.

Прочность, упругость и пластичность определяются при испытании металлов на на растяжение (по ГОСТ 1497-84). Этот вид испытания весьма распространен. Для проведения испытания изготовляют образцы плоской (из листового материала) или круглой формы. Чаще всего применяют круглые образцы. В таком образце наиболее важны два размера: диаметр d испытуемой части и расчетная длина l_0. Испытания выполняют на разрывных машинах различных конструкций. По результатам испытаний машина записывает диаграмму растяжения (рис.1). По оси абсцисс в определенном масштабе указывается удлинение образца (в миллиметрах), по оси ординат — приложенная к нему нагрузка. Для получения сравнимых результатов введено понятие нормальное напряжение.

Нормальным напряжением называется нагрузка на единицу площади поперечного сечения образца. Нормальное напряжение обозначается греческой буквой . Пользуясь диаграммой растяжения, можно определить показатели механических свойств металлов:

; Па

где F - площадь поперечного сечения, мм²;

Р - нагрузка – Н (ньютон)

Точка А (см. рисунок 1) соответствует максимальной нагрузке, которую выдерживает образец, не теряя своих упругих свойств.

Предел упругости – максимальное напряжение, до которого металл сохраняет свои упругие свойства.

; Па

Если к образцу приложить такую или меньшую нагрузку, а затем ее снять, то никакого остаточного удлинения он не получит. Отношением нагрузки (в точке А) к площади поперечного сечения образца определяется предел упругости . Выше точки А удлинение начинает расти быстрее усилия, поэтому кривая на диаграмме изгибается (точка Б), склоняясь к горизонтальной линии. У некоторых материалов участок от точки Б до точки Г имеет явно выраженную горизонтальную линию и называется площадкой текучести. Напряжение, соответствующее площадке текучести, называется пределом текучести. Предел текучести измеряется в паскалях.

Рисунок 1. Диаграмма растяжения стального образца

В точке Б образец получает заметное остаточное удлинение. Отношением нагрузки (в точке Г) к площади поперечного сечения образца определяется предел текучести.

; Па

Если на диаграмме растяжения нет ярко выраженной площадки текучести, то пределом текучести условно считают то напряжение, при котором остаточное удлинение образца составляет 0,2 % его первоначальной длины. При расчете деталей машин на прочность конструктор чаще всего исходит из значения предела текучести. Это объясняется тем, что предел текучести определить значительно проще, чем предел упругости, численно же они близки между собой. При дальнейшем увеличении растягивающего усилия (выше значения предела текучести) образец будет все больше удлиняться, при этом диаметр его будет уменьшаться. Когда усилие достигнет наибольшего значения, в образце образуется шейка, т. е. в каком-то месте по длине образца диаметр его уменьшится больше, чем в других местах. В месте, где появится шейка, образец будет наиболее тонким, в дальнейшем здесь и произойдет разрыв его на две части. Отношением наибольшей нагрузки (в точке Д), которую выдержал образец до разрыва, к первоначальной площади его поперечного сечения определяется предел прочности.

Пределом прочности называется напряжение, отвечающее максимальной нагрузке, которую выдержал образец во время испытания, до разрыва.

Предел прочности обозначается и выражается в паскалях.

;Па

Важная характеристика материалов — удельная прочность, которая определяется отношением предела прочности к удельному весу металла. Эта характеристика имеет большое значение при выборе материала, когда необходимо уменьшить массу машины. Показателями пластичности, характеризующими способность металла деформироваться не разрушаясь, являются относительное удлинение и относительное сужение. Для получения этих показателей обе половинки разорванного образца плотно прижимают друг к другу и измеряют длину рабочей части l_к , а также диаметр образца d_к в том месте, где произошел разрыв.

Относительное удлинение обозначают греческой буквой и измеряют в процентах. Его определяют по формуле.

где l₀ — первоначальная расчетная длина;

l_k — расчетная длина после испытания.

Относительное сужение поперечного сечения образца , также измеряемое в процентах, находят по формуле:

где F₀ — площадь поперечного сечения образца до испытания; мм²;

F_K — площадь сечения образца в месте разрыва (в шейке), мм².

Чем больше относительное удлинение и относительное сужение поперечного сечения образца, тем более пластичен металл.

Так, техническое железо при растяжении до разрыва удлиняется в 1,5 раза, у серого чугуна относительное удлинение и относительное сужение близки к нулю. Для изготовления большинства деталей машин и конструкций используют относительно пластичные материалы, так как они не подвержены опасности внезапного разрушения.