Лабораторная работа № 1 испытания на растяжение. Определение механических свойств

1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: ознакомиться с методикой проведения испытаний на растяжение и изучить основные механические свойства, определяемые при этих испытаниях.

2. КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

Общие положения.

Под механическими свойствами понимают характеристики, определяющие поведение материалов под действием приложенных внешних механических сил. В результате механических испытаний получают числовые значения механических свойств, обычно представляющих собой напряжения и деформации, при которых происходят изменения физического и механического состояния материала.

Многие механические свойства выражаются через величину напряжений. Напряжения представляют собой удельные характеристики сил, т.е. являются отношением сил к площади сечения, на которое они действуют. В случае осевого растяжения стержня рассматривается площадьF сечения, перпендикулярного оси образца, вдоль которого действует сила Р:

= Р/F (1)

В системе СИ напряжения выражаются в мегапаскалях (МПа). Эта размерность вытесняет ранее использовавшуюся размерность напряжений кгс/мм² (1 кгс/мм² = 9,8 МПа).

Деформацией называется изменение размеров и формы тела под воздействием приложенных сил. Величина абсолютной деформации выражается в единицах длины. Часто используют понятие относительной деформации, представляющей собой отношение изменения рассматриваемого размерак его исходной величине, выражая относительную деформацию в процентах:

, (2)

Испытания на одноосное растяжение – наиболее распространенный вид испытаний. Методы этих испытаний стандартизованы (ГОСТ 1497-84).

Образцы и машины для испытаний на растяжение.

Для испытаний на растяжение используют образцы с рабочей частью в виде цилиндра или стержня прямоугольного сечения. Мы будем использовать часто применяемые цилиндрические образцы, форма и размеры которых приведены на рисунке 1.

и – соответственно диаметр и площадь поперечного сечения образца в его рабочей части до испытания,

–расчетная длина образца,

–рабочая длина образца,

–длина конусообразной части образца,

–длина головки образца, – полная длина образца,

–диаметр основания конуса (у головки),

–диаметр головки образца.

Рисунок 1 – Стандартный цилиндрический образец для

испытаний на одноосное растяжение

Расчетную длину размечают на образце в виде расстояния между двумя точками, наносимыми кернением.

Рисунок 2 – Универсальная испыта­тельная установка ЦД-100 (ГДР):

1 — основание, 2 - нижняя поперечина, 3 — средняя поперечина, 4 - верхняя поперечина, S - верхняя соединительная направляю­щая траверса, 6 - колонна, 7 — зажимные приспособления и устрой­ства по передаче деформации, 8 - пульт управления, 9 - механизм по регулировке подачи масла в насосную установку, 10 — переклю­чатель пределов измерения силоизмерительного устройства, 11 — щит,

Машины для испытаний на растяжение очень разнообразны. По принципу действия приводного устройства различают машины с механическим и гидравлическим приводами. Внешний вид машины ЦД-100 представлен на рисунке 2. Образец крепится в захватах машины. Подвижный захват перемещается, поддерживая заданную скорость деформирования. При этом график зависимости деформации образца от усилия записывается на ленте с помощью диаграммного прибора. По шкале разрывной машины определяется наибольшее усилие Р_В, предшествующее разрушению образца.

После разрушения образца обе его части соединяют по поверхности разрушения (рисунок 3) и штангенциркулем замеряют диаметр шейки образцаd_ш и длину рабочей зоны (расстояние между точками кернения) после испытания.

Рисунок 3 – Соединенные части разрушенного образца

Диаграмма растяжения.

Диаграммой растяжения называют графическое изображение зависимости между действующей нагрузкой и удлинением образца. Схематично такая диаграмма представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 – Диаграмма растяжения для мягкой стали

По оси ординат отложены усилия Р в масштабе сил, а по оси абсцисс – удлинение образца в масштабе абсолютных деформаций. Точками, приведенными на диаграмме, обозначены:

Р

_ПР – усилие пропорциональности, т.е. предельная нагрузка, при которой сохраняется прямая пропорциональность между деформацией и нагрузкой;

Р_У или Р_0,05 – усилие упругости, соответствующее остаточной деформации 0,05%;

Р_Т – усилие текучести, соответствующее площадке текучести на диаграмме; в случае отсутствия площадки текучести определяется по нагрузке, вызывающей остаточную деформацию 0,2%;

Р_В – максимальное усилие, предшествующее разрушению образца (соответствует точке С на диаграмме);

D – точка, соответствующая разрушению образца (т.е. усилию Р_разр);

OF – величина остаточной (пластической) деформации;

FE – величина обратимой (упругой) деформации;

OE – величина полной деформации образца.

Определяемые механические свойства.

В результате испытаний определяют характеристики прочности и пластичности материала.

К характеристикам прочности относятся:

• Предел пропорциональности

, МПа (3)

Пределом пропорциональности называют максимальное напряжение, при котором сохраняется прямая пропорциональность между напряжением и деформацией.

• Предел упругости

, МПа (4)

Пределом упругости называют напряжение, при котором остаточная деформация составляет 0,05% (рис.5).

Рисунок 5 – Схема определения предела упругости (а) и условного предела текучести (б) по диаграмме растяжения

• Предел текучести (иногда его называют физическим пределом текучести)

, МПа (5)

Предел текучести – напряжение, соответствующее площадке текучести.

• Условный предел текучести

, МПа (6)

Условным пределом текучести называют напряжение, при котором остаточная деформация составляет 0,2% (рисунок 5).

• Предел прочности (временное сопротивление разрыву)

, МПа (7)

Предел прочности – напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, предшествующей разрушению.

К характеристикам пластичности относятся:

• Относительное удлинение

, % (8)

• Относительное сужение площади поперечного сечения образца

, % (9)

где F – площадь поперечного сечения разрушенного образца в месте максимального сужения (шейки).

3. НЕОБХОДИМЫЕ ОБОРУДОВАНИЕ, ПРИБОРЫ, МАТЕРИАЛЫ

3.1. Испытательная машина.

3.2. Штангенциркуль.

3.3. Образец для испытания на растяжение.