Определение характеристик материала при испытании на растяжение

1. Определение характеристик материала при испытании на растяжение

Постановка задачи.

Для таких материалов, как чистый алюминий, AlMg₃, армко-железо, стали марок CI5, С45, С60, а также чугун с пластинчатым и шаровидным графитом из опытов на растяжение можно опреде­лить обычные характеристики, например предел текучести, пре­дел прочности, относительное удлинение и относительное сужение при разрыве, а для полиэтилена — предел текучести, предел прочности, прочность в момент разрыва и удлинение при разрыве.

Следует снять диаграмму растяжения, изучить вид излома исследованных материалов и рассмотреть их вместе с установлен­ными механическими свойствами.

Приборы и принадлежности

Испытательная машина на растяжение (максимальная необхо­димая испытательная нагрузка F_max = 200 кН при площади по­перечного сечения образца не более 200 мм²); зажимы для крепле­ния образцов различной формы и размеров при испытании; уст­ройство для снятия диаграмм растяжения с регулируемым увели­чением; делительная машина для нанесения каротажных реперов при измерениях удлинения; штангенциркуль; микрометрический винт; секундомер.

Основы испытания на растяжение

При испытании на растяжение образец определенной формы и размеров из того или иного материала прочно закрепляется своими концами в захватах испытательной машины и подвергается непрерывному плавному постоянно возрастающему растяжению вплоть до разрушения. При этом регистрируется зависимость между растягивающей нагрузкой и удлинением образца в виде диаграммы растяжения. В соответствии с этим при испытании на растяжение интерес прежде всего представляют такие измеряемые величины, как сила и удлинение (деформация),

Точное и воспроизводимое определение этих величин (сила -удлинение)   требует  точно   работающих   испытательных    машин и устройств для  измерения деформации;  проведения  испытаний на стандартных образцах и соблюдения соответствующих инструк­ций   но   проведению  испытаний.

Образцы для испытаний па растяжение

Испытание на растяжение проводится, как правило, на образ­ках с гладкими зажимными головками (плоскими или круглыми) s сочетании с клиновыми зажимными приспособлениями (рис, 16, образцы а и д).

На внутренней стороне зажимных клиньев предусмотрена насечка, которая прочно захватывает головки образца при при­ложении нагрузки. Для точных измерений (например определения

предела текучести) или для испыта­ний при низких или повышенных температурах используют образцы с резьбовой головкой, головкой с буртиком или конусной головкой (рис, 1, образцы б, в и з).

В отдельных случаях допустимо использование специальных образ­цов. На хрупких материалах (пла­стинчатый чугун) удлинение не измеряют, а используют короткие массивные образцы (рис. 17, а).

Для испытания наплавленного металла и сварного соединения применяются образцы, представленные на рис. 17, б и о,

При испытании пластиков используются два типа образцов (рис. 18):

1) для материалов с большим удлинением (например, поли­этилена);

2'] для материалов с малым удлинением (например, термореак-тирных пластмасс).

Диаграмма растяжения

Графическое изображение зависимости между растягивающей нагрузкой (напряжением) и удлинением (растяжением) позволяет сравнить свойства материалов или их состояния и дает сведения о поведении материала в упругой (важной для строительных конструкций) и пластичной (важной для пластической деформации) областях.

Кроме того, из диаграммы растяжения можно определить большое число характеристик. Условием для этого является точ­ная регистрация кривой напряжение—удлинение. В связи с этим становится понятным, почему требования к точности регистрации результатов измерения постоянно возрастают.

Диаграммы растяжения, снятые с помощью обычных реги­стрирующих приборов, которые установлены на испытательных машинах старой конструкции, позволяют точно определить только предел прочности и при соответствующих условиях предел текучести.

Предел текучести, модуль 1C нга F (модуль упругости I рода) и параметры растяжения (относительное и пропорциональное удлинения) можно определить по диаграммам растяжения только в том случае, когда они надежны и хорошо поддаются анализу.

В большинстве испытательных машин регистрирующее устрой­ство установлено таким образом, что перо самописца, связанное с механическим силоизмерителем, фиксирует изменение силы в направлении оси у (у машин с электронным силоизмерителем на самописец подается напряжение, пропорциональное приложен­ной силе); изменение длины образца представлено на оси х.

Для определения изменения длины образца в процессе дефор­мации на практике применяются два способа:

1)  .косвенное измерение удлинения образца  по  перемещению
траверсы   испытательной   машины;

2)  непосредственное измерение удлинения образца с помощью
индуктивного  датчика   перемещения,   установленного   прямо   на
образце.

Барабан, приводящий в движение диаграммную бумагу, при косвенном измерении удлинения связан с траверсой испытатель­ной машины, а при непосредственном — с индуктивным измери­тельным датчиком. При косвенном измерении полное удлинение образца определяют как путь, который траверса испытательной машины проходит до его разрушения. Однако это перемещение траверсы можно лишь условно принять равным удлинению об­разца, поскольку в результат измерения входят деформация станины испытательной машины, элементов силоизмерителя, за­жимов для крепления образца, а также деформация образца на участке вне измеряемой длины. Влияние способа измерения деформации на диаграмму растяжения углеродистой стали очень наглядно показано на рис. 19.

Поэтому для точных измерений удлинение всегда следует опре­делять   непосредственно   на   образце.   Устройства   для   прямого

Рис. 2\. Образец для испытания на микрорас-тяжение при повышенных температурах

Рис.    20.     Диаграмма    растяжения вязкого   материала

измерения деформации почти всегда работают с индук­тивными измерительными системами. Усиление изме­рительного сигнала в 10— 2000 раз позволяет получать диаграммы растяжения ма­териалов, имеющих даже незначительное удлинение.

Другим способом определе­ния удлинения образца яв-•