Испытания на кручение

Кручение осуществляется двумя разными по величине и противоположно направленными крутящими моментами, которые

опор (рис.7.б). Экспериментально первую схему реализовать проще, поэтому она и нашла наибольшее распространение, следует учитывать, что вторая схема "чистого изгиба" во многих случаях обеспечивает более надежные результаты, поскольку здесь максимальный изгибающий момент возникает на определенном участке длины образца, а не в одном сечении, как при использовании первой схемы.

Образцы для испытаний на изгиб не имеют головок, это еще одно преимущество по сравнению с растяжением, т.к. изготовление образцов с головками, особенно из хрупких материалов, значительно сложнее. Для определения свойств отливок из чугуна используют цилиндрические образцы диаметром 30±1мм и длиной 340 или 650 мм (при расстоянии между опорами 300 и 600 мм соответственно). Для оценки характеристик конструкционной прочности рекомендуется применять образцы большого сечения до 30x30 мм.

Испытания на изгиб можно производить на любой универсальной испытательной машине, используемой для испытаний на растяжение. Образец устанавливают на опорную плиту в нижнем захвате и деформируют изгибающим ножом, крепящимся в верхнем захвате машины. Образец изгибается при поднятии нижнего или опускании верхнего захвата. При этом на диаграммной ленте может быть записана диаграмма изгиба в координатах нагрузка Р - стрела прогиба f. Для пластичного материала диаграмма изгиба выглядит так, как показано на рисунке 8. Если материал хрупкий, то диаграмма обрывается в точке b. Знание величины нагрузок Р_пц, Р_упр, Р_т, Р_b позволяет определять пределы пропорциональности, упругости, текучести и прочности при изгибе. Напряжения на стадии упругой деформации рассчитывают по обычным формулам сопротивления материалов.

При испытаниях на изгиб, как и в случае сжатия, достаточно пластичные материалы не разрушаются. Образец при этом загибается вплоть до параллельности его частей, расположенных по обе стороны ножа.

Простота испытаний на изгиб и наглядность получаемых при этом характеристик пластичности привели к разработке ряда технологических проб, которые применяются в заводских условиях. Задача всех этих проб -оценить пластичность деформированных полуфабрикатов, отливок и изделий (листов, проволоки, труб и др.). ГОСТ 14019 - 80 "Методы испытаний на изгиб" предусматривает изгиб сосредоточенной силой плоских образцов из проката, поковок и отливок, помещенных на две опоры. Критерием годности продукции может быть: 1)заданный угол загиба образцов (β) появление первой трещины при загибе на угол β, равный или больший заданного; 3) возможность загиба пластины до параллельности или соприкосновения сторон. Существуют также пробы на перегиб листа, ленты (ГОСТ 13813 - 68) и проволоки (ГОСТ 1579 - 80), в которых фиксируют заданное число перегибов, после которых появились трещины или образец разрушился.

Испытания на кручение

Кручение осуществляется двумя разными по величине и противоположно направленными крутящими моментами, которые прикладываются к концам образца в плоскостях, нормальных его продольной оси.

Особенно часто эти испытания используют для оценки свойств материалов валов и проволоки. Методика испытаний образцов из любых материалов диаметром не менее 5 мм стандартизирована (ГОСТ 3565 - 80). Образцы должны иметь цилиндрическую рабочую часть и квадратные головки. Образец с диаметром рабочей части 10 и расчетной длиной 100 или 50 мм принят за нормальный. Допускается использование образцов пропорциональных, геометрически подобных нормальному, а также трубчатых.

Испытания на кручение проводят на специальных машинах, которые должны обеспечивать надежную центровку образца, плавность нагружения и отсутствие изгибающих усилий, возможность достаточно точного задания и измерения величины крутящего момента. Используются машины с горизонтальным и вертикальным расположением образца. Максимальный крутящий момент меняется от 60 Н·м до 2 Н·м.

В качестве меры деформации в процессе испытания фиксируется угол закручивания φ.

Во время испытания каждый захват машины поворачивается на определенный угол (больший у активного захвата). Угол закручивания образца равен разности этих углов. Зная текущие значения крутящего момента и угла закручивания, можно построить диаграмму кручения в координатах М_кр - φ (рис.9). Эта диаграмма состоит из участка упругой (Ор) и пластической деформации (рк). Из-за отсутствия значительного местного сужения ниспадающего участка на диаграмме кручения не бывает, хотя после образования первых трещин деформация становится неравномерной, сосредотачиваясь вблизи излома.

По аналогии с другими статическими испытаниями при кручении определяют условные пределы пропорциональности, упругости, текучести, прочности, а также истинный предел прочности. Но все эти свойства выражают не через нормальные, а через касательные напряжения.

Предел пропорциональности при кручении τ_пц - это условное касательное напряжение, при котором отступление от касательной зависимости между напряжениями и деформациями достигает такой величины, когда тангенс угла, образуемого касательной к диаграмме кручения и осью деформаций, превышает первоначальное значение на 50%.

Предел упругости при кручении τ_упр - условное касательное напряжение, при котором образец подвергается остаточной сдвиговой деформации на заданную величину:

Определяемый при кручении предел текучести обычно условный. Это касательное напряжение, которому соответствует остаточный относительный сдвиг на 0,3% (τ_о,з), что эквивалентно удлинению равному 0,2%.

Условный предел прочности при кручении τ_пч соответствует моменту кручения перед разрушением, его рассчитывают без учета пластической деформации.

Основной характеристикой пластичности при кручении является относительный сдвиг.

Разновидностью испытаний на кручение является проба на скручивание проволоки диаметром d менее 10 мм (ГОСТ 1545 - 80). Образец длиной 100d зажимается в твердых губках захватов и скручивается при вращении одного из них с постоянной скоростью (30 - 90 об/мин). В результате испытания определяют число оборотов активного захвата до момента разрушения проволоки. Это число и считают критерием ее качества (пластичности).