Прочность и относительное удлинение при растяжении

Сталь обладает свойствами упругоиластичных тел, для которых характерно наличие как упругих (обратимых), так и пластических (необратимых) деформаций при испытании на растяжение.

Стали различных марок проявляют упругие и пластичные свойства в разной степени Так, малоуглеродистые стали Ст0 . Ст3 обладают заметной пластичностью и большим удлинением при разрыве, в то же время высокоуглеродистые и легированные стали малопластичны и имеют небольшие удлинения при разрыве.

На диаграмме деформация - напряжение при испытании сталей на растяжение, вначале деформации пропорциональны напряжению. Максимальное напряжение, при котором сохраняется эта зависимость, называется пределом упругости σ_у. По достижении определенного напряжения, называемого пределом текучести σ_т, материал начинает интенсивно деформироваться (течь) без заметного увеличения напряжений. Эти деформации — пластические. По достижении определенною значения деформации процесс течения материала прекращается — материал как бы вновь приобретает прочность. Напряжения в материале растут вплоть до значения σ_в при котором материал разрушается. Значение σ_в, являющееся пределом прочности, у металлов называют временным сопротивлением разрыву. Деформации, соответствующие временному сопротивлению разрыву, называются относительным удлинением при разрыве.

При испытании стали на растяжение определяют предел текучести σ_т, временное сопротивление разрыву σ_в и относительное удлинение при разрыве ε. Испытания образцов стальной арматуры проводят на разрывных и универсальных испытательных машинах разных систем, которые должны обеспечивать точное центрирование оси образца относительно направления нагрузки; плавное возрастание нагрузки без толчков и пульсации, возможность приостановки нагружения с точностью до одного деления шкалы нагрузки и сохранения показания нагрузки в течение 30 с; возможность измерения деформаций образца.

Подготовка образцов. Для испытаний на растяжение применяют образцы арматурной стали круглые, гладкие или периодического профиля с необработанной поверхностью диаметром от 3 до 90 мм. Общую длину образцов арматуры назначают с учетом рабочей длины, которая должна составлять не менее 200 мм для образцов диаметром до 20 мм и не менее 10d (где d — диаметр образца) для образцов диаметром свыше 20 мм. Начальную площадь поперечного сечения S₀ (мм²) необработанных образцов арматуры определяют в зависимости от их массы т (г) и длины l (мм) по формуле:

S₀ = m/(ρI),

где ρ — плотность стали, равная 7,85- 10^-1 г/мм³.

Если образцы диаметром от 3 до 40 мм обточены или они круглые и гладкие, то площадь поперечного сечения арматуры определяют по фактическому диаметру образца Для этого диаметр измеряют в трех местах по длине образца* в середине и по концам рабочей части, в каждом месте в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Площадь поперечного сечения S₀ находят по среднему значению диаметра. Фактические диаметры образцов арматурной стали определяют с погрешностью не более 0,1 мм; начальную и конечную рабочие длины образцов — с погрешностью не более 0,5 мм.

Массу образцов арматурной стали периодического профиля для расчета диаметра вычисляют с различной степенью точности в зависимости от диаметра для стали диаметром до 10 мм — с погрешностью не более 1 г; диаметром от 10 до 20 мм — не более 2 г; диаметром более 20 мм — не более 10 г.

Образцы арматурной стали, имеющие искривления, трещины расслоения, вмятины, а также другие поверхностные дефекты, не испытывают, они подлежат замене. Испытания арматурной стали считают недействительными при разрыве образца в захватах испытательной машины или по разметочным кернам (рискам) на рабочей длине образца В таком случае испытания повторяют на вновь подготовленных образцах из той же партии.

Определение предела текучести (физического). Наименьшее напряжение, при котором образец деформируется без видимого увеличения нагрузки, называют пределом текучести. Этот показатель определяют для арматуры из низкоуглеродистых сталей.

При испытании образец арматурной стали закрепляют в зажимах машины и после ее включения следят за показаниями стрелки силоизмерителя. По достижении металлом предела текучести (деформация происходит без увеличения нагрузки) стрелка силоизмерителя останавливается, а затем вновь начинает перемешаться. В момент остановки стрелки нагрузку фиксируют, принимая ее за нагрузку, соответствующую пределу текучести (физическому) σ_т (МПа), который вычисляют с погрешностью не более 5 МПа по формуле:

σ_т= F_т /S_o

где F_т — нагрузка, соответствующая началу текучести. H;

S_o — начальная площадь поперечного сечения образца в рабочей части, мм².

Определение временного сопротивления. Временное сопротивление характеризует напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке F_max, которая предшествует разрушению образца.

При испытании для определения временного сопротивления σ_в образец растягивают под действием плавно возрастающей нагрузки до разрушения, при этом по силоизмерителю фиксируют максимальную нагрузку F_mах предшествующую разрушению. Временное сопротивление определяют с погрешностью не более 5МПа по формуле

σ_т= F_max /S_o

Определение относительного удлинения после разрыва. Отношение приращения расчетной длины образца к ее первоначальной длине называют относительным удлинением.

Относительное удлинение после разрыва определяют на начальной расчетной длине образца l₀, в пределах которой произошел разрыв Начальную расчетную длину образца l₀ принимают равной: для арматурной стали диаметром до 10 мм — 100 мм, для стали большего диаметра — равной пяти диаметрам. При испытании горячекатаной арматурной стали классов А-I и А-III диаметром 6...9 мм начальную расчетную длину принимают также равной пяти диаметрам.

Для определения приращения при разрыве образцы (рис. 1, а) перед испытанием размечают на длину несколько большую, чем их рабочая длина. Разметка производится на п равных частей с помощью рисок, наносимых керном, делительной машиной или иным способом. Расстояние между рисками принимают для стержней диаметром 10 мм и более не больше их диаметра, для стержней диаметром менее 10 мм — не более 5 мм.

Число интервалов, соответствующее начальной расчетной длине образца l₀, обозначают п. Если число интервалов получается дробным, n округляют до целого числа в большую сторону.

Рис.1. Образцы арматурной стали при определении относительного удлинения после разрыва

а - при месте разрыва близком к середине образца (больше чем n/2 от захватов машины).

б - при месте разрыва на расстоянии, меньшем, чем n/2 от захвата машины

После разрыва образца полученные половинки тщательно складывают вместе так, чтобы их оси образовали одну прямую линию Если между сложенными концами половинок имеется зазор, получившийся в результате выкрашивания металла при испытании или других причин, то зазор включают в длину расчетной (конечной) части образца после разрыва. От места разрыва в одну сторону откладывают n/2 интервалов и ставят метку а. Дробную величину n/2 округляют до целого числа в большую сторону. Участок от места разрыва до первой риски принимают для расчета за полный интервал От метки а откладывают в сторону разрыва п интервалов и славят вторую метку b. Длина отрезка аb будет составлять конечную расчетную длину стержня l_к.

В том случае, если место разрыва будет ближе, чем величина n/2 к краю захвата машины, то конечную расчетную длину образца l_к, полученную после разрыва, определяют следующим образом (рис 17 1,б) Устанавливают число интервалов от места разрыва до крайней риски q и обозначают его т/2. Затем от точки q к месту разрыва откладывают метку с. После этого от метки с откладывают (n/2 т/2) интервалов и ставят метку с. Конечную расчетную длину образца l_к в этом случае вычисляют по формуле

l_к= сq+2 се

где сq и се — длины участков образна соответственно между метками с и q и с и е.

Если разрыв происходит на расстоянии от захвата меньшем, чем длина двух интервалов, расчетную длину нельзя точно определить, для этого необходимо провести повторное испытание.

Определив конечную длину l_к, находят относительное удлинение ε (%).

ε=[( l_к - l₀)/l₀]100,

где l₀ и l_к соответственно начальная и конечная расчетная длина образца,мм