1.8. Механические свойства металлов

При пластической деформации изменяются обжатие, структура, физико-химические свойства. Целью процессов обработки металлов давлением является получение изделий требуемой формы и размеров с заданным уровнем механических свойств.

Механические свойства металла определяют при проведении стандартных испытаний образцов на испытательных машинах. При этом определяют прочностные и пластические свойства металла. Наиболее распространенным видом испытаний являются испытания на растяжение на разрывной машине. Круглый образец устанавливается на испытательную машину и начинают его растяжение постепенно увеличивающейся силой вплоть до разрыва образца. При растяжении увеличивается длина образца и уменьшается его диаметр.

В определенный момент наблюдается местное сужение образца, образуется так называемая шейка с последующим разрывом образца. Испытания проводятся в холодном состоянии. Испытательные машины снабжены специальными приборами, записывающими диаграмму растяжения. На диаграмме по вертикальной оси откладывается нарастающая величина растягивающей силы P, по горизонтальной оси откладывается нарастающее удлинение образца l.

Типичная диаграмма растяжения приведена на рис. 16.

При обработке диаграмм растяжения используется понятие напряжения, равное = F₀, где  – приложенная сила, F₀ – первоначальная площадь поперечного сечения образца.

На диаграмме растяжения выделяют четыре критические точки для определения характеристик прочности.

• Предел упругости – напряжение в точке 1. Это максимальное напряжение, до которого металл деформируется упруго:

, Н/мм².

• Предел текучести – напряжение в точке 2. Это минимальное напряжение, при котором начинается течение металла:

, Н/мм².

• Предел прочности или временное сопротивление – напряжение в точке3. Это максимально возможное напряжение, предшествующее разрушению образца:

,Н/мм².

В точке 3, соответствующей максимальной нагрузке, образуется шейка и начинается разрушение металла. Предел прочности (временное сопротивление) является основным показателем прочности.

• Сопротивление разрыву – напряжение в точке 4. Это максимальное напряжение в момент разрыва образца:

, Н/мм²,

где F_к – площадь поперечного сечения образца в месте разрыва.

Кроме характеристик прочности при растяжении образцов определяют характеристики пластичности.

Основными характеристиками являются:

• Относительное удлинение – это отношение абсолютного остаточного удлинения к начальной длине образца, выраженное в %:

%,

где l=l_к–l₀, мм;l₀ – начальная длина;l_к– конечная длина.

• Относительное сужение – это отношение уменьшения площади поперечного сечения образца после разрыва к первоначальной площади поперечного сечения, выраженное в %:

%.

В результате испытаний на растяжение образцов металла получают характеристики прочности и пластичности.

Например, для стали Ст. 3:

• предел прочности _уп= 190Н/мм²;

• предел текучести _т= 230Н/мм²;

• временное сопротивление _в= 450Н/мм²;

• относительное удлинение = 28;

• относительное сужение = 62.