Круглые образцы Плоские образцы с головками

Р ис. 1 Стандартные образцы для испытания на статическое осевое растяжение

Рис. 2. Схема испытательной машины:

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

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

7 – индикатор нагрузок; 8 – привод нагружающего механизма.

Результаты испытаний фиксируются на диаграмме растяжения (график зависимости напряжения σ от деформации ε) (Рис. 3).

При этом силу Р, растягивающую образец, относят к первоначальной площади поперечного сечения F₀ (это отношение называется напряжением σ), а удлинение образца l – к первоначальной длине расчетной части образца l₀:

(1)

Рис.3. Условная диаграмма растяжения

Предел текучести физический (нижний предел текучести) σ_т ,– наименьшее напряжение, соответствующее растягивающему усилию Р_Т, при котором образец деформируется без заметного увеличения этого усилия.

_т = Р_т / F₀, Н/м² ,(МПа), (кгс/мм²) (2)

где Р_т – наименьшая нагрузка, соответствующая стадии текучести материала на диаграмме растяжения образца, Н (кгс);

F₀ – начальная площадь поперечного сечения образца, м² (мм²)

Предел прочности при растяжении (временное сопротивление) σ_в. – напряжение, соответствующее наибольшему усилию Р_max, предшествующему разрыву образца

_в = Р_max / F₀, Н/м² ,(МПа), (кгс/мм²) (3)

1.2. Определение характеристик прочности при циклическом нагружении (испытания на усталость)

Процесс постепенного накопления напряжения в металле при действии циклических нагрузок, приводящий к образованию трещин и разрушению, называется усталостью. Разрушение таких деталей как валы, рессоры, рельсы, шестерни и др. в эксплуатации происходит в результате циклического нагружения при напряжении, значительно меньшем, чем временное сопротивление металла. Свойство металла выдерживать большое число циклов переменных напряжений, т. е. противостоять усталости, называется выносливостью, или циклической (усталостной) прочностью.

Усталостная прочность – способность металла сопротивляться упругим и пластическим деформациям при переменных нагрузках. Она характеризуется наибольшим напряжением _-1, которое выдерживает металл при бесконечно большом числе циклов нагружения не разрушаясь и называется пределом усталости, или пределом выносливости. Для оценки способности материала сопротивляться действию циклических напряжений и исследования различных стадий усталостного разрушения в технике широко используют кривые усталости (рис. 4), которые показывают связь между уровнем переменного напряжения  и числом циклов до разрушения N (кривые Велера).

Д ля углеродистой конструкционной стали предел усталости условно принимается равным (0,4 – 0,5) _в.

Значение предела выносливости зависит от целого ряда факторов: степени загрязненности металла неметаллическими включениями, макро- и микроструктуры металла, состояния поверхности, формы и размеров детали и др.

Важной характеристикой конструктивной прочности (надежности) металла является живучесть при циклическом нагружении. Живучесть – это способность металла работать в поврежденном состоянии после образования трещины до полного разрушения. Она измеряется числом циклов нагружения или скоростью развития трещины усталости при данном напряжении. Живучесть является самостоятельным свойством, которое не зависит от других свойств металла. Живучесть имеет важное значение для оценки работоспособности деталей, работа которых контролируется различными методами дефектоскопии. Чем меньше скорость развития трещины усталости, тем легче ее обнаружить.