В.62 Определение характеристик прочности материала

Показатели прочности материалов характеризуются удельной величиной — напряжением, равным отношению нагрузки в характерных точках диаграммы растяжения к площади поперечного сечения образца.

Испытания на растяжение позволяют получить достаточно полную информацию о механических свойствах материала. Для этого применяют специальные образцы, имеющие в поперечном сечении форму круга (цилиндрические образцы) или прямоугольника (плоские образцы.

Рис. 1. Схема испытательной машины:

1 — собственно машина; 2 — винт грузовой; 3 — нижний захват (активный); 4 — образец; 5 — верхний захват (пассивный); 6 — силоизмери-тельный датчик; 7 — пульт управления с электро-приводной аппаратурой; 8 — индикатор нагрузок;

9 — рукоятки управления; 10 — диаграммный механизм; 11 — кабель

Перед испытанием образец закрепляют в вертикальном положении в захватах испытательной машины. На рис.1 представлена принципиальная схема типичной испытательной машины, основными элементами которой являются: приводной нагружающий механизм, обеспечивающий плавное нагружение образца вплоть до его разрыва; силоизмерительное устройство для измерения силы сопротивления образца растяжению; механизм для автоматической записи диаграммы растяжения.

В процессе испытания диаграммный механизм непрерывно регистрирует так называемую первичную (машинную) диаграмму растяжения в координатах нагрузка (F)—абсолютное удлинение образца (Δl) (рис. 2 { а — с площадкой текучести; б — без площадки текучести}).

На диаграмме растяжения пластичных металлических материалов можно выделить три характерных участка; участок ОА — прямолинейный, соответствующий упругой деформации; участок АВ — криволинейный, соответствующий упругопластической деформации при возрастании нагрузки; участок ВС — также криволинейный, соответствующий упругопластической деформации при снижении нагрузки. В точке С происходит окончательное разрушение образца с разделением его на две части.

В области упругой деформации (участок ОА) зависимость между нагрузкой F и абсолютным упругим удлинением образца Δl пропорциональна и известна под названием закона Гука.

При переходе от упругой деформации к упругопластической для некоторых металлических материалов на машинной диаграмме растяжения может проявляться небольшой горизонтальный участок, который называют площадкой текучести АА' (см.рис.2а). На этой стадии деформации в действие включаются новые источники дислокации, происходит их спонтанное размножение и лавинообразное распространение по плоскостям скольжения. Однако многие металлы и сплавы деформируются при растяжении без площадки текучести.

С увеличением упругопластической деформации усилие, с которым сопротивляется образец, растет и достигает в точке В своего максимального значения. Для пластичных материалов в этот момент в наиболее слабом сечении образца образуется локальное сужение (шейка), где при дальнейшем деформировании происходит разрыв образца. На участке ОАВ деформация распределена равномерно по всей длине образца, а на участке ВС деформация практически вся сосредоточена в зоне шейки.

По-разному ведут себя пластичные и хрупкие материалы при испытании на растяжение.

Способность материала без разрушения получать большие остаточные деформации носит название пластичности. Свойство пластичности имеет решающее значение для таких технологических операций, как штамповка, вытяжка, волочение, гибка и др. Мерой пластичности является удлинение при разрыве. Чем оно больше, тем более пластичным считается материал. К числу весьма пластичных материалов относятся отожженная медь, алюминий, латунь, малоуглеродистая сталь и др. Менее пластичными являются дюраль и бронза.

Свойством, противоположным пластичности, является хрупкость, т. е. способность материала разрушаться без образования заметных остаточных деформаций. Материалы, обладающие этим свойством, называются хрупкими. Для таких материалов удлинение при разрыве не превышает 2.. .5 %, а в ряде случаев измеряется долями процента. К хрупким материалам относятся чугун, высокоуглеродистая инструментальная сталь, стекло, кирпич, камни и др. Диаграмма растяжения хрупких материалов не имеет площадки текучести и зоны упрочнения (рис. 3).

При растяжении определяют следующие показатели прочности материалов.

Предел текучести (физический) (σ_Т, МПа) — это наименьшее напряжение, при котором материал деформируется (течет) без заметного изменения нагрузки:

где F_Т — нагрузка, соответствующая площадке текучести на диаграмме растяжения (см. рис. 2а).

Если на машинной диаграмме растяжения нет площадки текучести (см. рис. 2б), то задаются допуском на остаточную деформацию образца и определяют условный предел текучести.

Условный предел текучести (σ_0,2, МПа) — это напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,2% от начальной расчетной длины образца:

где F_0,2 — нагрузка, соответствующая остаточному удлинению Δl_0,2 = 0,002l₀.

Временное сопротивление (предел прочности) (σ_В , МПа) — это напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке Fmax, предшествующей разрыву образца:

Истинное сопротивление разрыву (S_k,МПа)—это напряжение, определяемое отношением нагрузки F_к в момент разрыва к площади поперечного сечения образца в месте разрыва A_k:

где

Дата добавления: 2015-07-26; просмотров: 166; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!