ОБОСНОВАНИЕ И ПОСТАНОВКА ОПЫТА. Механические характеристики делятся на три группы:

Механические характеристики делятся на три группы:

- характеристики прочности;

- характеристики пластичности;

- характеристики вязкости.

Характеристиками прочности измеряют силовую реакцию твёрдых тел на воздействие внешних нагрузок. Эта реакция непостоянна в процессе нагружения и в ней явно прослеживаются несколько характерных зон. К характеристикам прочности относятся: предел пропорциональности, предел упругости, предел текучести, предел прочности (временное сопротивление), разрушающее напряжение.

Предел пропорциональности – это наибольший уровень условного напряжения, при котором не нарушается закон Гука. Это напряжение определяют по формуле:

,

где - нагрузка, соответствующая пределу пропорциональности; - первоначальная площадь поперечного сечения образца.

Предел упругости – это наибольший уровень условного напряжения, при котором материал проявляет упругие свойства, заключающиеся в том, что образец практически полностью восстанавливает свои первоначальные размеры после снятия внешней нагрузки. Определяется по формуле:

,

где - нагрузка, соответствующая пределу упругости.

Предел текучести – это наименьший уровень условного напряжения, при котором наблюдается значительный рост деформаций образца при постоянной нагрузке. Определяется по формуле:

,

где - нагрузка, соответствующая пределу текучести.

Если в поведении материала не прослеживается площадка текучести, то определяют условный предел текучести, соответствующий относительной деформации образца 0,2 %:

.

Предел прочности (временное сопротивление) – это условное напряжение, соответствующее наибольшему уровню нагрузки, воспринимаемому образцом. Находят по формуле:

,

где - наибольшая нагрузка на образец.

Разрушающее напряжение – это напряжение, при котором происходит разрыв образца. Этот предел не имеет особого практического значения и используется только при изучении процесса образования трещин. Разрушающие напряжения делятся на условные и истинные:

- условное; - истинное,

где - разрушающая нагрузка; - площадь поперечного сечения образца в месте разрыва.

Первоначальная площадь приблизительно в два раза превышает площадь разрыва , а разрушающая нагрузка составляет приблизительно 80 % от наибольшей нагрузки , то .

Характеристиками пластичности измеряют способность твердых тел изменять свои размеры под воздействием нагрузок. Пластичность материала характеризуют две величины:

- относительное остаточное удлинение образца (в процентах):

;

- относительное остаточное сужение поперечного сечения (в процентах):

.

В этих формулах , - длина расчётной части и площадь сечения до нагружения; , - то же после разрыва образца.

Для испытания на растяжение используются специально изготовленные образцы, которые вытачиваются из прутка или вырезаются из листа. Основной особенностью этих образцов является наличие длинной, сравнительно тонкой рабочей части и усиленных мест (головок) по концам.

Проводятся испытания цилиндрического образца, форма и размеры которого приведены на рис. 3.1.

Рисунок 3.1. Цилиндрический образец:

- расчетная длина образца, - рабочая длина образца,, - длина конусообразной части образца, - длина головки образца, L- полная длина образца, - диаметр сечения расчетной и рабочей длины, - диаметр основания конуса (у головки), - диаметр головки образца.

На рис. 3.2 показан эскиз пропорционального цилиндрического образца до нагружения и после его разрыва.

Для получения сравнимых результатов испытаний образцы с цилиндрической или прямоугольной формой поперечного сечения рабочей части изготавливаются по ГОСТ 1497-84.

Рисунок 3.2. Образец для испытания на растяжение:

а – до нагружения; б – после разрыва.

Диаграмма растяжения - это график, показывающий функциональную зависимость между нагрузкой и деформацией при статическом растяжении образца до его разрыва. Эта диаграмма вычерчивается автоматически на разрывной машине.

На рисунке 3.3 показан примерный вид параметрической диаграммы растяжения малоуглеродистой стали в координатах: абсолютное удлинение ∆l(t)− нагрузка F(t). В качестве параметра здесь выступает время нагружения.

Рисунок 3.3. Диаграмма растяжения образца.

Так как испытание проводят на гидравлической машине, в которой деформация является первичной (), а нагрузка вторичной (), то осью абсцисс (аргументом) является абсолютное удлинение ∆l, а осью ординат (функцией) – нагрузка F, т.е. фактически мы имеем зависимость F=f(∆l), интерпретированную Гуком, проводившим опыты в упруго-пропорциональной зоне нагружения: «каково удлинение, такова сила». Однако в современной трактовке, с учётом того что в реальных условиях эксплуатации машин и сооружений первичной является нагрузка, функциональную зависимость обращают, полагая, что ∆l=f(F), и обсуждают, как изменяется деформация образца в зависимости от нагрузки (какова сила, таково удлинение).

На диаграмме растяжения OABCDEG показаны 7 характерных точек, соответствующих определённому уровню нагрузки и ограничивающих 6 различных зон деформирования:

OA – зона пропорциональности (линейной упругости);

AB – зона нелинейной упругости;

BC – зона упругопластических деформаций;

CD – зона текучести (пластических деформаций);

DE – зона упрочнения;

EG – зона закритических деформаций.

На участке OA смещение атомов монокристаллов металла пропорционально приложенной нагрузке. Дефекты кристаллической решётки практически не проявляются.

На участке OB материал ведёт себя упруго. Поведение кристаллической решётки на участке AB характеризуется небольшой нелинейностью. Нужно заметить, что на участке пропорциональности OA материал ведёт себя одновременно и как абсолютно упругий (т. B всегда выше т. A).

На участке BC наблюдается нарастающая нелинейность в деформировании кристаллической решётки. Для выхода новых дислокаций (нарушений строения кристаллов) на поверхность монокристаллов требуется всё меньшее приращение внешней нагрузки ∆F.

На участке CD, называемом площадкой текучести, происходит лавинообразный выход дислокаций на поверхность, что приводит к значительному удлинению образца при почти постоянном уровне нагрузки, когда ∆F .

На участке DE после выхода на поверхность большей части дефектов кристаллической решётки материал самоупрочняется, и образец всё ещё способен воспринимать некоторое приращение нагрузки. Однако расстояние между атомами постепенно достигает критического значения (приблизительно в два раза больше первоначального), за которым происходит «разрыв» внутренних связей. При подходе к т. E деформации начинают локализоваться в области наиболее слабого сечения, где зарождается шейка образца.

На участке EG заканчивается формирование шейки. Происходит лавинообразное разрушение связей, когда процесс деформирования уже необратим и временное равновесие между внутренними силами и внешней нагрузкой возможно только при уменьшении последней. В т. G происходит разрыв образца. Его размеры восстанавливаются на величину упругой деформации, которая на 2 – 3 порядка меньше остаточных пластических деформаций. У многих материалов разрушение происходит без заметного образования шейки.

Поиск по сайту: