2.2. Пластическая деформация и механические свойства . Механические свойства, определяемые при статическом нагружении

3.2.1. Испытание на растяжение

Испытание на растяжение относится к числу наиболее распространенных статических испытаний, позволяющих определить основные характеристики механических свойств металла.

Рис.2.1.4.. Принципиальная схема испытательной машины:

1 – собственно машина; 2 – винт грузовой; 3 – нижний захват (активный);

4 – образец; 5 – верхний захват (пассивный); 6 – силоизмерительный датчик;

7 – пульт управления с электроприводной аппаратурой; 8 – индикатор нагрузок;

9 – рукоятки управления; 10 – диаграммный механизм; 11 – кабель.

На диаграмме растяжения (рис.2.1.5) материалов можно выделить несколько характерных участков.

Рис. 2.1.5. Машинная (первичная) диаграмма растяжения пластичного материала с площадкой текучести

Прямолинейный участок OA соответствует упругой деформации образца. Дальнейшее возрастание нагрузки (участок AB) приводит к появлению пластической (остаточной) деформации. Причем на участке BB' наблюдается интенсивная пластическая деформация при неизменной нагрузке. Этот участок диаграммы называется площадкой текучести. Однако многие металлы и сплавы деформируются при растяжении без площадки текучести. До максимальной нагрузки (точка C) происходит равномерная деформация образца по всей его рабочей части. А затем образец в наиболее слабом месте утончается (это место называется шейкой) и на участке CD идет пластическая деформация при снижении нагрузки. В точке D происходит окончательное разрушение образца с разделением его на две части.

По диаграмме растяжения определяют следующие характеристики механических свойств металла.

Показатели прочности

Прочность – это свойство материала сопротивляться деформации или разрушению. Показатели прочности характеризуются не прилагаемой нагрузкой P, а удельной величиной – условным напряжением σ, определяемым отношением нагрузки к площади начального поперечного сечения образца F₀ (σ = P/F₀). Соответствующие напряжениию σ относительные деформации δ вычисляют как частное от деления абсолютной деформации Δ на ℓ₀ или . Зависимость σ = f(δ) приведена на рис.2.1.6.

В области упругой деформации (участок OA, рис. 2.1.5) зависимость между напряжением σ и относительной деформацией δ пропорциональна и известна под названием закона Гука:

где E – модуль Юнга или модуль нормальной упругости измеряется в МПа и характеризует жесткость материала. Чем выше E, тем материал жестче, т.е. меньшую упругую деформацию вызывает одна и та же нагрузка.

Рис. 2.1.6. Определение основных характеристик прочности

Показатели пластичности

Пластичностью называют свойство материалов необратимо изменять свою форму и размеры под действием внешней нагрузки. Под ее действием материал деформируется. Различают следующие виды деформации: растяжение (сжатие), изгиб, кручение, срез.

Выше уже была рассмотрена абсолютная Δℓ и относительная δ деформация под действием нагрузки. Если к материалу приложена небольшая нагрузка (σ<σпц), то возникает только упругая деформация и после снятия нагрузки образец восстанавливает свою первоначальную длину ℓ₀. А если напряжение σ>σпц, то после снятия нагрузки разгрузка образца идет по линии DF (рис.2.1.5), параллельной упругой деформации OA. Остаточное удлинение в этом случае определяется как Δℓ_ост = ℓ – ℓ0, а относительное остаточное удлинение как

,

здесь ℓ – длина образца перед снятием нагрузки.