Механические испытания металлов

Механические испытания имеют важнейшее значение в промышленности. Целью механических испытаний металлов является определение качественных и эксплуатационных характеристик материалов, в частности, прочности и пластичности. На основе полученных результатов делают прогнозы относительно поведения металлических деталей в реальных условиях.

Методы и виды испытаний

Металлические детали машин и механизмов в процессе эксплуатации подвергаются различным нагрузкам и воздействиям, которые по характеру бывают растягивающие, сжимающие или сдвиговые. В зависимости от вида материала и целей экспертизы применяют различные методики испытания механических свойств металлов:

    статические – образцы подвергаются воздействию постоянной или плавно возрастающей нагрузки; динамические – нагрузка в процессе опыта увеличивается с большой скоростью; циклические – направление и величина нагрузки изменяются многократно; технологические – оценивается поведение материалов при испытании на специальных установках, имитирующих специфические условия эксплуатации.

Определение твёрдости

Чаще всего проводятся механические испытания металлов на твёрдость. Эта характеристика показывает способность материала сопротивляться проникновению в него более твёрдого объекта. Существует несколько методик проведения экспертизы: вдавливание в поверхность стального шарика (по Бринеллю), алмазного конуса (по Роквеллу), 4-гранной алмазной пирамиды (по Виккерсу).

Существенным преимуществом данной методики является простота проведения опыта. При этом испытуемое изделие не разрушается и может поступить в продажу. По результатам определения твёрдости можно сделать вывод о приблизительном пределе прочности металла при растяжении.

Испытание на растяжение

Востребованный вид механических испытаний металлов, который позволяет определить такие важнейшие характеристики, как предел прочности, относительное удлинение, предел упругости, предел тягучести.

Для исследования берут образцы с круглым или прямоугольным сечением, которые закрепляют на лабораторной машине и растягивают с постоянной скоростью. В процессе механических испытаний стали и других пластичных материалов фиксируется изменение деформации, затем математическими вычислениями определяются требуемые показатели.

Испытание на сжатие

Испытания на растяжение не дают объективных результатов при исследованиях хрупких материалов. В этом случае используют другой способ определения прочностных характеристик – испытания на сжатие. Также этот вид экспертизы необходим, когда в реальных рабочих условиях на деталь действуют сжимающие нагрузки. Опытный образец устанавливают между платформами пресса и прикладывают к нему давление, в результате чего происходит деформация или разрушение материала.

Механические испытания металлов – это комплекс исследований, проводимых в лаборатории на специальном оборудовании с целью определения физико-механических свойств материалов. Экспертиза даёт объективные данные о свойствах испытуемых материалов, возможности их применения для массового производства деталей машин, оборудования, сооружений.

«Лабораторно-исследовательский центр» проводит механические испытания тонких листов, проволоки, листового и фасонного проката, труб, стали арматурной, соединений сварных арматуры и закладных изделий железобетонных конструкций, сварных соединений металлических материалов, крепежей и метизов по показателям:

    Прочность при растяжении Временное сопротивление Предел текучести Относительное удлинение Относительное сужение Изгиб/загиб На ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенной температурах Твердость по Бринеллю (вдавливанием шарика) Твердость по Виккерсу (вдавливанием алмазного наконечника в форме правильной четырехгранной пирамиды) Твердость по Роквеллу (вдавливанием в поверхность образца (изделия) алмазного конуса или стального сферического наконечника)

По окончании работ выдается официальный протокол исследований, признаваемый государственными и коммерческими структурами.

Подробнее с перечнем услуг, а также их стоимостью Вы можете ознакомиться в нашем прайс-листе.

https:////ooolic. ru/uslugi/analiz-metallov/mekhanicheskie-ispytanie-metallov/

Испытание на растяжение

Испытание на растяжение металла заключаются в растяжении образца с построением графика зависимости удлинения образца (Δl) от прилагаемой нагрузки (P), с последующим перестроением этой диаграммы в диаграмму условных напряжений (σ — ε)

Испытания на растяжение проводятся по ГОСТ 1497, по этому же ГОСТу определяются и образцы на которых проводятся испытания.

Как уже говорилось выше, при испытаниях строится диаграмма растяжения металла. На ней есть несколько характерных участков:

Участок ОА — участок пропорциональности между нагрузкой Р и удлинением ∆l. Это участок, на котором сохраняется закон Гука. Данная пропорциональность была открыта Робертом Гуком в 1670 г. и в дальнейшем получила название закона Гука. Участок ОВ — участок упругой деформации. Т. е., если к образцу приложить нагрузку, не превышающую Ру, а потом разгрузить, то при разгрузке деформации образца будут уменьшаться по тому же закону, по которому они увеличивались при нагружении

Выше точки В диаграмма растяжения отходит от прямой — деформация начинает расти быстрее нагрузки, и диаграмма принимает криволинейный вид. При нагрузке, соответствующей Рт (точка С ), диаграмма переходит в горизонтальный участок. В этой стадии образец получает значительное остаточное удлинение практически без увеличения нагрузки. Получение такого участка на диаграмме растяжения объясняется свойством материала деформироваться при постоянной нагрузке. Это свойство называется текучестью материала, а участок диаграммы растяжения, параллельный оси абсцисс, называется площадкой текучести.
Иногда площадка текучести носит волнообразный характер. Это чаще касается растяжения пластичных материалов и объясняется тем, что вначале образуется местное утонение сечения, затем это утонение переходит на соседний объем материала и этот процесс развивается до тех пор, пока в результате распространения такой волны не возникает общее равномерное удлинение, отвечающее площадке текучести. Когда имеется зуб текучести, при определении механических свойств материала, вводят понятия о верхнем и нижнем пределах текучести.

После появления площадки текучести, материал снова приобретает способность сопротивляться растяжению и диаграмма поднимается вверх. В точке D усилие достигает максимального значения Pmax. При достижении усилия Pmax на образце появляется резкое местное сужение — шейка. Уменьшение площади сечения шейки вызывает падение нагрузки и в момент, соответствующий точке K диаграммы, происходит разрыв образца.

Прилагаемая нагрузка для растяжения образца зависит от геометрии этого образца. Чем больше площадь сечения, тем более высокая нагрузка необходима для растяжения образца. По этой причине, получаемая машинная диаграмма не дает качественной оценки механических свойств материала. Чтобы исключить влияние геометрии образца, машинную диаграмму перестраивают в координатах σ − ε путем деления ординат P на первоначальную площадь сечения образца A0 и абсцисс ∆l на lо. Перестроенная таким образом диаграмма называется диаграммой условных напряжений. Уже по этой, новой диаграмме, определяют механические характеристики материала.

Определяются следующие механические характеристики:

Предел пропорциональности σпц – наибольшее напряжение, после которого нарушается справедливость закона Гука σ = Еε, где Е – модуль продольной упругости, или модуль упругости первого рода. При этом Е =σ/ε = tgα, т. е. модуль E это тангенс угла наклона прямолинейной части диаграммы к оси абсцисс

Предел упругости σу — условное напряжение, соответствующее появлению остаточных деформаций определенной заданной вели­чины (0,05; 0,001; 0,003; 0,005%); допуск на остаточную деформа­цию указывается в индексе при σу

Предел текучести σт – напряжение, при котором происходит увеличение деформации без заметного увеличения растягивающей нагрузки

Также выделяют Условный предел текучести — это условное напряжение, при котором остаточная деформация достигает определенной величины (обычно 0,2% от рабочей длины образца; тогда условный предел текучести обозначают как σ0,2). Величину σ0,2 определяют, как правило, для материалов, у которых на диаграмме отсутствует площадка или зуб текучести

Предел прочности (временное сопротивление разрыву) σв – напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке Pmax, предшествующей разрыву образца

Кроме характеристик прочности материала, при испытании на растяжение определяют также характеристики пластичности — Относительное удлинение δ и относительное сужение ψ

Где lо – первоначальная расчетная длина образца, а lк – конечная расчетная длина образца

https:////heattreatment-ru. com/ispytanie-na-rastyazhenie

Для оценки служебных качеств того или иного материала далеко не всегда необходимо определение всех многочисленных характеристик механических свойств. Однако имеются свойства, знание которых является обязательным при техническом использовании почти всех металлических материалов. К таким свойствам относятся: предел прочности (временное сопротивление) при растяжении, пределы пропорциональности, упругости и текучести, относительное удлинение, относительное сужение, твердость и некоторые другие.

Все они, кроме твердости и некоторых других, определяются при помощи испытаний на растяжение. В результате этих испытаний строятся так называемые диаграммы растяжения в координатных беях «напряжение—деформация», причем под деформацией здесь понимается увеличение длины образца.

Эта диаграмма состоит из прямолинейного и криволинейного участков.

Второй, криволинейный участок ab характеризуется появлением и развитием в металле пластической деформации. При этом упругая деформация также имеет место и непрерывно возрастает с увеличением действующего напряжения. В пределах этого участка связь между напряжением и удлинением не подчиняется закону прямой линии.

Точка а, лежащая на границе между прямолинейным и криволинейным участками диаграммы, характеризует такое состояние материала, когда в результате увеличения действующего напряжения в нем вот-вот должно начаться развитие пластической деформации. Однако в точке а деформация еще не появилась, вследствие чего эта граничная точка характеризует предельное состояние материала, а соответствующее ей напряжение является пределом упругости.

При испытании некоторых материалов, например малоуглеродистой отожженной стали, получается диаграмма с так называемой площадкой текучести. Однако значительная часть технически важных металлов характеризуется диаграммой растяжения, не имеющей такой площадки.

Она не дает значений истинных напряжений в образце в течение всего процесса растяжения. Поперечное сечение образца в процессе испытания непрерывно уменьшается. В границах упругих деформаций уменьшение поперечного сечения чрезвычайно невелико и им можно пренебречь. С началом заметной пластической деформации оно становится все более значительным. От точки, соответствующей пределу упругости, до точки максимума кривой, имеет место равномерное поперечное сужение, одинаковое по всей длине образца. Далее у пластичных материалов сужение приобретает местный характер. При этом на образце возникает так называемая шейка. В зоне шейки происходит значительное увеличение истинных напряжений. Это объясняется сильным наклепом и упрочнением материала в результате пластической деформации при образовании шейки. Однако общая нагрузка, действующая на образец, а также условное напряжение, получаемое как отношение нагрузки к исходной площади поперечного сечения, уменьшаются. Вследствие этого и наблюдается кажущееся на первый взгляд странным понижение напряжений на диаграмме растяжения, вычерчиваемой самописцем.

Для объективной оценки процесса растяжения строят истинную диаграмму «напряжение—деформация». При этом напряжение определяется как отношение нагрузки к наименьшей площади поперечного сечения образца в шейке в каждый данный момент испытания.

Истинная диаграмма растяжения схематически представлена на рис. 75. Здесь же дана для сравнения условная диаграмма. Прямолинейные участки и частично криволинейные, соответствующие незначительным изменениям поперечного сечения образца, у обеих диаграмм совпадают. Однако при больших деформациях в области диаграммы, соответствующей равномерному сужению, и особенно в той части, которая соответствует образованию шейки, истинная диаграмма располагается выше условной.

Диаграмма растяжения дает возможность определить важнейшие пределы, а именно предел пропорциональности, текучести и прочности.

Предел пропорциональности (условный) олц представляет собой напряжение, при котором отступление от линейной зависимости между напряжениями и деформациями достигает такой величины, когда тангенс угла, образуемого кривой деформации с осью напряжений, увеличивается на 50% своего первоначального значения.

Предел текучести (физический) or представляет собой напряжение, при котором образец может деформироваться без заметного увеличения нагрузки.

Величины пределов пропорциональности и текучести, определенные по условной диаграмме, практически не отличаются от величин соответствующих пределов, подсчитанных по данным истинной диаграммы. Это объясняется тем, что площади поперечных сечений исходного и деформированного образцов при пластической деформации, соответствующей этим пределам, практически равны.

Предел прочности (временное сопротивление) при растяжении at представляет собой условное напряжение, отвечающее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца. При этом напряжении на образцах из пластичных материалов начинает образовываться шейка, что означает локализацию процесса пластического деформирования.

Http://pereosnastka. ru/articles/svoistva-pri-ispytanii-na-rastyazhenie

Растяжение металла

Испытания на растяжение металла – один из наиболее важных и используемых методов механического контроля. Они позволяют определить, насколько материал прочен и насколько может удлиниться. Любой новый материал должен пройти подобный метод контроля перед началом эксплуатации.

Механические испытания металлов

Измеряя образец во время его растяжения, мы можем получить полную информацию о его механических характеристиках:

    пластичность; предел текучести; модуле и пределе упругости; вязкость и другие.

Как проводится испытание на растяжение

Существуют различные способы определения свойств металла: статические и динамические, циклические и проверка давлением. Для испытания на растяжение металла используются специальные испытательные машины – разрывные машины различных конструкций.

К материалу применяется растягивающее усилие, после чего измеряется реакция образца на напряжение. Испытание проводят с постоянной скоростью, а нагрузку измеряют с помощью датчика нагрузки.

Механические испытания металлов

Это дает информацию о временном сопротивлении при растяжении, условном пределе текучести, относительном удлинении или относительном сужении. По результатам испытаний машина записывает диаграмму растяжения, на основе которой можно сделать выводы об основных характеристиках материала.

Заказать испытание на растяжение металла

В исследовательском центре «Сфера технической экспертизы» вы можете определить временное сопротивление, относительное сужение, относительное удлинение, а также предел текучести образцов исследуемых объектов. Высококвалифицированные специалисты нашей компании имеют многолетний опыт в данной области и на высоком уровне выполняют все работы в короткие сроки.

В нашем распоряжении собственная аккредитованная лаборатория и специализированное оборудование для проведения всех необходимых испытаний. Чтобы заказать испытание металла на растяжение, изгиб и ударный изгиб, измерение твердости металла, металлографическое исследование в нашей компании, необходимо заполнить заявку на сайте или связаться с нами по контактным телефонам.

https:////stech. by/ispytaniya/laboratoriya-metallovedeniya-i-mehanicheskih-ispytanij/ispytanie-na-rastyazhenie/

Методы испытания стали

Стальные изделия, используемые для создания строительных конструкций, в процессе эксплуатации испытывают значительные напряжения на растяжение, сжатие, резкие механические воздействия. Прилагаемые усилия могут быть как статическими, так и динамическими. Для обеспечения прочности и долговечности конструкции необходимо использовать металлоизделия с механическими характеристиками, соответствующими запланированным эксплуатационным нагрузкам. Испытания на растяжение – один из наиболее распространенных методов определения марки стали или решения спорных вопросов при расследовании причин возникновения нештатных ситуаций и аварий.

Характеристики, определяемые при статических испытаниях на растяжение

Исследования осуществляются в испытательных машинах с ручным или гидравлическим приводом. Второй вариант обеспечивает возможность создания гораздо большей мощности. По результатам исследований составляют диаграмму растяжения.

При механических статических испытаниях на растяжение, проводимых в соответствии с ГОСТом 1497-84, определяют комплекс свойств стали.

Характеристики прочности

    Предел пропорциональности – Ϭп. Характеризует напряжение, выше которого прекращает свое действие закон Гука. После наклепа металла, который, например, осуществляется при холодном деформировании, Ϭп возрастает в 1,5-1,8 раза.

Определение! В законе Гука утверждается, что деформация, образующаяся в упругом теле, прямо пропорциональна прилагаемому усилию.

    Предел текучести – Ϭт. Это нагрузка, при которой деформация повышается при постоянном напряжении. Присутствующая явно горизонтальная площадка на диаграмме может отсутствовать. В этой ситуации устанавливают условный Ϭт, при котором остаточные деформации примерно равны 0,2%. Предел прочности (временное сопротивление разрыву) – Ϭв. Это максимальное усилие, при котором образец не разрушается. Его превышение приведет к разрыву стержня. Напряжение разрыва – Ϭр. При испытаниях на прочность определяют два вида напряжения разрыва – условное и истинное.

Характеристики упругости

    Предел упругости – Ϭу. Соответствует нагрузке, при которой остаточное удлинение равно 0,05%. Значения Ϭу и Ϭп на диаграмме находятся рядом, поэтому Ϭу устанавливается при очень тонких исследованиях.

Характеристики пластичности

    Относительное остаточное удлинение. Определяется по формуле Δ=(L1-L0)*100% / L0, в которой L0 – исходная длина образца, L1 – расчетная после окончания исследований. Относительное остаточное сужение. Ψ=(А0-Аш)*100% / А0, А0 – площадь сечения стержня до испытаний, Аш – площадь сечения шейки.

Нормативные образцы для проведения статических испытаний на растяжение

Для осуществления испытаний изготавливают образцы круглого или прямоугольного сечения. Нормативы регламентируют как размеры образцов, так и способы механической обработки. Основные условия – однородность размеров по длине, соосность, хорошо обработанная поверхность, на которой должны отсутствовать царапины, порезы. Шероховатость нормируемая.

Длина образцов круглого поперечного сечения:

    коротких – 4-5 диаметров; нормальных – 10 диаметров.

Чаще всего изготавливают образцы диаметрами 6, 10, 20 мм. Перед началом испытательных работ образцы измеряют в двух взаимно перпендикулярных направлениях в трех местах. Точность измерений – 0,5 мм. Ширину и толщину плоских образцов измеряют по краям и в центре обмеряемой плоскости. Площадь сечения определяется с точностью 0,5%. Точность измерения длины образца – 0,1 мм.

Динамические испытания стальных образцов

Основной вид такого исследования – испытания на изгиб, производимые по ГОСТу 9454-78. При таком виде анализа стальных образцов закон подобия неактуален, поэтому используют образцы с размерами и формой надреза, строго соответствующими нормативам. Основной образец имеет квадратное сечение площадью 10х10 мм и следующие виды надрезов:

    U-образный (образцы Шарпи) – располагается в середине стержня. Такие образцы применяются для установления норм для стержней, на которые будет наноситься V-образный надрез. V-образный (образцы Менаже). Основной тип стальных стержней, применяемый для исследований материалов, которые будут использоваться в конструкциях ответственного назначения. С Т-образным концентратором. Размеры стержней имеют несколько вариантов. Такие образцы применяют при исследованиях сплавов, предназначенных для эксплуатации в конструкциях, в которых важным является сопротивление росту трещин.

В результате динамических испытаний на изгиб рассчитывают величину ударной вязкости – характеристики, которая зависит от сочетания прочностных и пластических свойств стали. Чем она выше, тем надежней материал работает при динамических нагрузках.

Все стали, изделия из которых предназначаются для эксплуатации при динамических нагрузках, подвергаются испытаниям на ударный изгиб. В зависимости от запланированных рабочих условий, ударную вязкость определяют при нормальных, пониженных или повышенных температурах.

https:////metallz. ru/articles/metody_ispytaniya_stali/

Испытание на растяжение стали

Лабораторная работа №1 по испытанию на растяжение и разрыв стального образца из малоуглеродистой стали (видео).

Цель работы – изучить поведение малоуглеродистой стали при растяжении и определить ее механические характеристики.

Основные сведения

Испытания на растяжение являются основным и наиболее распространенным методом лабораторного исследования и контроля механических свойств материалов.

Эти испытания проводятся и на производстве для установления марки поставленной заводом стали или для разрешения конфликтов при расследовании аварий.

В таких случаях, кроме металлографических исследований, определяются главные механические характеристики на образцах, взятых из зоны разрушения конструкции. Образцы изготавливаются по ГОСТ 1497-84 и могут иметь различные размеры и форму (рис. 1.1).

Рис. 1.1. Образцы для испытания на растяжение

Между расчетной длиной образца lо и размерами поперечного сечения Ао (или dо для круглых образцов) выдерживается определенное соотношение:

В испытательных машинах усилие создается либо вручную — механическим приводом, либо гидравлическим приводом, что присуще машинам с большей мощностью.

В данной работе используется универсальная испытательная машина УММ-20 с гидравлическим приводом и максимальным усилием 200 кН, либо учебная универсальная испытательная машина МИ-40КУ (усилие до 40 кН).

Порядок выполнения и обработка результатов

Образец, устанавливаемый в захватах машины, после включения насоса, создающего давление в рабочем цилиндре, будет испытывать деформацию растяжения. В измерительном блоке машины есть шкала с рабочей стрелкой, по которой мы наблюдаем рост передаваемого усилия F.

Зависимость удлинения рабочей части образца от действия растягивающей силы во время испытания отображается на миллиметровке диаграммного аппарата в осях F-Δl (рис. 1.2).

В начале нагружения деформации линейно зависят от сил, потому участок I диаграммы называют участком пропорциональности. После точки В начинается так называемый участок текучести II.

На этой стадии стрелка силоизмерителя как бы спотыкается, приостанавливается, от точки В на диаграмме вычерчивается либо прямая, параллельная горизонтальной оси, либо слегка извилистая линия — деформации растут без увеличения нагрузки. Происходит перестройка структуры материала, устраняются нерегулярности в атомных решетках.

Далее самописец рисует участок самоупрочнения III. При дальнейшем увеличении нагрузки в образце происходят необратимые, большие деформации, в основном концентрирующиеся в зоне с макронарушениями в структуре – там образуется местное сужение — «шейка».

На участке IV фиксируется максимальная нагрузка, затем идет снижение усилия, ибо в зоне «шейки» сечение резко уменьшается, образец разрывается.

При нагружении на участке I в образце возникают только упругие деформации, при дальнейшем нагружении появляются и пластические — остаточные деформации.

Если в стадии самоупрочнения начать разгружать образец (например, от т. С), то самописец будет вычерчивать прямую СО1. На диаграмме фиксируются как упругие деформации Δlу (О1О2), так и остаточные Δlост (ОО1). Теперь образец будет обладать иными характеристиками.

Так, при новом нагружении этого образца будет вычерчиваться диаграмма О1CDЕ, и практически это будет уже другой материал. Эту операцию, называемую наклеп, широко используют, например, в арматурных цехах для улучшения свойств проволоки или арматурных стержней.

Диаграмма растяжения (рис. 1.2) характеризует поведение конкретного образца, но отнюдь не обобщенные свойства материала. Для получения характеристик материала строится условная диаграмма напряжений, на которой откладываются относительные величины – напряжения σ=F/A0 и относительные деформации ε=Δ l/l0 (рис. 1.3), где А0, l0 – начальные параметры образца.

Рис. 1.2. Диаграмма растяжения образца из малоуглеродистой стали

Рис. 1.3. Условная диаграмма напряжений при растяжении

Условная диаграмма напряжений при растяжении позволяет определить следующие характеристики материала (рис. 1.3):

Σпц – предел пропорциональности – напряжение, превышение которого приводит к отклонению от закона Гука. После наклепа σпц может быть увеличен на 50-80%;

Σу – предел упругости – напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,05%. Напряжение σу очень близко к σпц и обнаруживается при более тонких испытаниях. В данной работе σу не устанавливается;

Σт – предел текучести – напряжение, при котором происходит рост деформаций при постоянной нагрузке.

Иногда явной площадки текучести на диаграмме не наблюдается, тогда определяется условный предел текучести, при котором остаточные деформации составляют ≈0,2% (рис. 1.4);

Рис. 1.4. Определение предела упругости и условного предела текучести

Σпч ( σв ) – предел прочности (временное сопротивление) – напряжение, соответствующее максимальной нагрузке;

Σр – напряжение разрыва. Определяется условное σ у р и истинное σ и р=Fр/Аш, где Аш – площадь сечения «шейки» в месте разрыва.

Определяются также характеристики пластичности – относительное остаточное удлинение

Где l1 – расчетная длина образца после разрыва,
И относительное остаточное сужение

По диаграмме напряжений можно приближенно определить модуль упругости I рода

Причем после операции наклепа σпц возрастает на 20-30%.

Работа, затраченная на разрушение образца W, графически изображается на рис. 1.2 площадью диаграммы OABDEO3. Приближенно эту площадь определяют по формуле:
W = 0,8∙Fmax∙Δlmax.

Удельная работа, затраченная на разрушение образца, говорит о мере сопротивляемости материала разрушению w = W/V, где V = A0∙l0 – объем рабочей части образца.

По полученным прочностным и деформационным характеристикам и справочным таблицам делается вывод по испытуемому материалу о соответствующей марке стали

https:////isopromat. ru/sopromat/labs/ispytanie-na-rastyazhenie

Испытание металлов на растяжение

Давным-давно инженеры разработали аналогичное испытание – испытание на растяжение – для оценки механических свойств металлов. Образец металла, часто круглый стержень (бывает и прямоугольный), растягивают на специальной машине. Требования к проведению испытания на растяжение для металлов, а также требования к образцам для испытания на растяжение определяет ГОСТ 1497-84.

Что такое «Испытание металлов на растяжение«? Проведем простой опыт. Возьмем маленькую пружинку, например, такую, какие применяют в шариковых ручках. Плавно растянем ее немного и отпустим. Пружинка вернется к своей первоначальной длине. Повторим опыт, но на этот раз потянем пружинку посильнее. Сначала пружинка будет равномерно удлиняться с увеличением усилия, а затем вдруг начнет удлиняться значительно быстрее. Отпускаем пружинку — она уже не возвращается к исходной длине. Пружинка получила необратимое увеличение своей длины и уже не годится для прежнего применения.

Испытание на растяжение

Давным-давно инженеры разработали аналогичное испытание – Испытание на растяжение – для оценки механических свойств металлов. Образец металла, часто круглый стержень (бывает и прямоугольный), растягивают на специальной машине. Требования к проведению испытания на растяжение для металлов, а также требования к образцам для испытания на растяжение определяет ГОСТ 1497-84. ГОСТ 7564-97 задает правила вырезки образцов для испытаний на растяжение из готовой продукции или полуфабрикатов.

Разрывная машина

Для испытаний металлов на растяжение применяют специальные машины. Такие машины называют «разрывная машина» или «машина для испытания на растяжение». Эти машины обеспечивают надежное центрирование образца в своих захватах, плавность нагружения образца при растяжении и его разгрузки, медленную скорость упругого и пластического деформирования образца. Нагрузка прилагается вдоль оси стержня, как это схематически показано на рисунке. Требования к разрывным машинам определяет ГОСТ 7855-84.

Рисунок — Диаграмма деформирования при испытании металлов на растяжение

При испытании на растяжение с увеличением усилия растяжения стержень становиться все длиннее и это изменение длины обозначают как Δl, где знак Δ обозначает «изменение, приращение», а l – начальную длину образца. Понятно, что сила F величиной 50 кГ, приложенное к каждому из двух различных стержней – тонкому и толстому — из одинакового материала даст им различное увеличение длины. Тонкий стержень растянется, естественно, больше.

Напряжения

Чтобы сравнивать механические свойства материалов независимо от диаметра образцов применяют понятие «напряжение», который означает попросту величину усилия, поделенную на площадь поперечного сечения образца. Когда к тонкому и толстому стержню прилагаются одни и те же напряжения, они оба удлиняются на одну и ту же величину. Понятно, что при этом усилие, прилагаемое к толстому стержню, будет больше чем усилие, прилагаемое к тонкому стержню – больше как раз во столько же раз, во сколько площадь его поперечного сечения больше площади поперечного сечения тонкого стрежня. Поскольку напряжение – это усилий на единицу площади, то единицей его измерения является Н/мм 2 или кГ/мм 2 (кгс/мм 2 ), где Н – это ньютон, единица измерения силы в системе измерения СИ. Десять ньютонов равны одному килограмму (точнее 1 Н = 9,8 кГ(кгс)).

Диаграмма деформирования при испытании на растяжение

Когда при испытании на растяжение стержень растягивают вдоль его оси, то прилагаемые усилия называют «растягивающие усилия», а машину, которая вызывает эти усилия – «разрывная машина» или «машина для испытания на растяжение». На рисунке показана типичная диаграмма деформирования, которую получают при испытании металлов на растяжение. Прилагаемое напряжение откладывается по вертикальной оси. Изменение длины образца откладывается по горизонтальной оси, но не в единицах длины, в относительных единицах Δl/l, как это показано на рисунке 1. Эта единица называется «деформация». Диаграмму деформирования при испытании на растяжение чаще называют «диаграмма растяжения».

Диаграмма растяжения

С помощью диаграммы растяжения ГОСТ 1497-84 задает определения механическим свойствам металлов: предел пропорциональности, предел текучести (физический и условный), временное сопротивление, относительное удлинение, относительное сужение. Ниже кратко рассмотрим самые важные из них.

Упругий участок диаграммы растяжения

Диаграмму растяжения можно разделить на две области, как это показано на рисунке 1 – упругая область и пластическая область. Когда напряжение в металлическом стержне увеличивается, стержень удлиняется, также как и пружинка. Говорят, что в стержне возникают деформации. До тех пор, пока эти напряжения и деформации не слишком велики, снятие нагрузки на стержень возвращает его к первоначальной длине. Эти деформации называют упругими.

Предел текучести

В конце упругого участка диаграммы растяжения напряжения в стержне достигают некоторого критического уровня, который называют «предел текучести», металл «сдается», точно также как и пружинка, описанная выше. Деформирование образца переходит в пластическую область диаграммы деформирования.

Временное сопротивление

При испытании металлов на растяжение на пластическом участке диаграммы растяжения – после прохождения предела текучести наблюдаются два важных явления:
1) для продолжения деформации образца для заданного приращения деформации требуется меньшее увеличение напряжения, чем в упругой области;
2) при разгрузке образца — снятии напряжений — в образце остается остаточное, необратимое удлинение стержня как показано линией со стрелкой АВ. Стержень нагружается до точки А, а затем нагрузка снимается: стержень удлинился от своей первоначальной длины на величину процентов, которые вычисляется как В×100. Как показано на рисунке увеличение напряжения, которое требуется для продолжения пластической деформации достигает максимума в пластической области и затем немого падает перед тем как напряжения разрывают стержень на две части. Это максимальное напряжение обычно называют «временное сопротивление» или чаще – «прочность при растяжении».

Относительное удлинение

Кроме предела текучести и временного сопротивления диаграмма деформирования дает еще одну меру механических свойств металла – «относительное удлинение». Относительное удлинение характеризует пластические свойства металла. Относительное удлинение – это увеличение длины образца, которое происходит после прохождение предела текучести и до самого разрушения стержня. Его иногда называют остаточным удлинением, так оно остается в образце после его разрушения и его можно легко измерить. Остаточное удлинение образца на рисунке после того, как упругие деформации релаксировали, обозначено точкой С. Простым умножением деформации в точке С на 100 получаем величину относительного удлинения образца.

https:////otlivka. info/articles/%D0%B8%D1%81%D0%BF%D1%8B%D1%82%D0%B0%D0%BD%D0%B8%D0%B5-%D0%BC%D0%B5%D1%82%D0%B0%D0%BB%D0%BB%D0%BE%D0%B2-%D0%BD%D0%B0-%D1%80%D0%B0%D1%81%D1%82%D1%8F%D0%B6%D0%B5%D0%BD%D0%B8%D0%B5/

Ссылка на основную публикацию