Определение характеристик прочности и пластичности углеродистой стали

На диаграмме растяжения образца стали с малым содержанием углерода (рис. 2.3) можно выделить несколько характерных участков.

Рис. 2.3. Диаграмма растяжения материалов:

а – с площадкой текучести; б – без площадки текучести

На участке 0-1 удлинение образца пропорционально растягивающей нагрузке. Это свидетельствует о том, что металл испытывает только упругую деформацию. По ординате точки 1 определяется Р_пц.

При нагрузке Р_т, соответствующей точке 2, на диаграмме наблюдается горизонтальный участок 2-3. На этом участке материал деформируется при постоянной нагрузке – «течёт». Горизонтальный участок диаграммы получил название площадки текучести.

При дальнейшем растяжении увеличение деформации сопровождается ростом растягивающей нагрузки, что свидетельствует о постепенном упрочнении материала.

Наибольшее упрочнение наблюдается в точке 4 (нагрузка Р_max ). Начиная с Р_max, в образце развивается местная пластическая деформация, которая приводит к образованию «шейки» – местного утонения наиболее слабого участка образца. После точки 4 растягивающая нагрузка постепенно уменьшается (участок 4-5), и в точке 5 образец разрывается.

Для материалов, на диаграмме растяжения которых площадка текучести отсутствует, вместо Р_т определяется Р_0,2 – нагрузка, после снятия, которой остаточная деформация составляет 0,2% от ℓ₀.

Для определения Р_0,2 вычисляют соответствующее остаточное удлинение Δℓ_пл=0,002ℓ₀. Найденное значение откладывают по оси абсцисс вправо от начала координат, с учетом масштаба диаграммы. Из полученной точки Е проводят прямую, параллельную начальному участку диаграммы. Ордината точки пересечения этой прямой с кривой растяжения определяет искомую нагрузку Р_0,2.

В данной работе определяются три характеристики прочности: предел пропорциональности –σ_пц, предел текучести –σ_т или условный предел текучести –σ_0,2 и временное сопротивление (предел прочности) –σ_в.

Предел пропорциональности σ_пц – наибольшее напряжение, до которого сохраняется пропорциональная зависимость между нагрузкой и деформацией (удлинением):

σ_пц = Р_пц/F₀, МПа (кгс/мм²).

Предел текучести σ_т – напряжение, при котором происходит рост деформации без заметного увеличения растягивающей нагрузки:

σ_т = Р_т/F₀, МПа (кгс/мм²).

У большинства материалов площадка текучести отсутствует (см. рис. 2.3, б). В таких случаях вместо σ_т определяется условный предел текучести σ_0,2 – напряжение, при котором остаточная деформация составляет 0,2% от начальной длины образца ℓ₀:

σ_0,2 = Р_0,2/F₀, МПа (кгс/мм²).

Временное сопротивление σ_в – напряжение, соответствующее максимальной растягивающей нагрузке:

σ_в = Р_max/F₀, МПа (кгс/мм²).

Характеристиками пластичности материалов являются относительное удлинение и относительное сужение.

Относительное удлинение δ определяется по формуле:

δ = 100(ℓ_к - ℓ₀)/ℓ₀ = 100Δℓ_пл/ℓ₀, %

где ℓ_к – длина расчетной части образца после разрыва, мм;

Δℓ_пл – абсолютное удлинение (пластическая деформация) рабочей части образца за время испытаний, мм.

Величина ℓ_к может быть измерена непосредственно на образце, если сложить его части. Величину Δℓ_пл = ℓ_к - ℓ₀ можно определить по диаграмме растяжения как расстояние от начала координат до точки пересечения с осью абсцисс прямой, проведенной через точку разрыва образца параллельно участку пропорциональности (рис. 2.3, а).

Относительное сужение ψ определяется по формуле:

Ψ = 100 (F₀ – F_к)/F₀, %;

где F₀– площадь поперечного сечения образца до испытаний;

F_к – площадь поперечного сечения шейки образца в месте разрыва.