Испытания на растяжение

При растяжении образца до разрушения графически фиксируют зависимости между приложенным уси­лием и удлинением образца, получая диаграммы дефор­мации (рис. 3).

Рис. 3. Диаграмма деформации материала

Деформация образца при нагружении сначала является макроупругой, а затем постепенно и в разных зернах при неодина­ковой нагрузке переходит в пластическую, происходящую путем сдвигов по дислокационному механизму. Накопление дислокаций в результате деформации ведет к упрочнению металла, но при значительной их плотности, особенно в отдельных участках, возникают очаги разрушения, приводящие в конечном счете к пол­ному разрушению образца в целом.

При испытании на растяжение согласно ГОСТ 1497-84 определяют следующие ха­рактеристики:

1. Предел пропорциональности σ_пц – отвечает напряжению, при котором отклонение от линейной зависимости между нагрузкой и удлинением достигает такой величины, что тангенс угла наклона, образованного касательной к кривой нагрузка-удлинение в точке Р_пцс осью нагрузок увеличивается на 50 % от своего значения на упругом (линейном) участке. На рис. 4 показано определение предела пропорциональности графическим способом. В этом случае из начала координат диаграммы растя­жения, записанной от электрического силоизмерителя и измери­теля деформации, проводят прямую, совпадающую с начальным линейным участком этой диаграммы. Затем на произвольном уровне проводят прямую АВ, параллельную оси абсцисс, и на ней откладывают отрезок rn равный половине отрезка mr. Через точку п и начало координат проводят прямую On и параллельно ей – касательную CD к диаграмме растяжения. Точка касания определяет нагрузку Р_пц в ньютонах, отвечающую пределу про­порциональности:

где F_o – начальное поперечное сечение образца.

Размеры пропорциональных цилиндрических образцов III типа и плоских образцов для испытания на растяжение приведены в табл. 1 и табл. 2 соответственно.

Таблица 1

Размеры пропорциональных цилиндрических образцов III типа, мм

Таблица 2

Размеры пропорциональных плоских образцов, мм

Номер образца	a0	b0	l0=5,65	l0=11,3	B	h1

2. Предел упругости а_0,05 – напряжение, при котором оста­точное удлинение достигает 0,05 % длины участка рабочей части образца, равного базе тензометра. Определяют предел упругости расчетным (по разгрузке и нагрузке) и графическим способами. При использовании способа нагрузки с допуском на величину полного удлинения (упругого + остаточного) образец после уста­новки на него тензометра нагружают равными ступенями до нагрузки, соответствующей напряжению 70-80 % от предпола­гаемого предела упругости σ_0,05. Дальнейшее нагружение про­водят более мелкими ступенями с выдержкой не более 7 с.

Вычисляют величину допуска на полное удлинение суммиро­ванием определенного среднего упругого удлинения и рассчитан­ного остаточного удлинения.

Определяют нагрузку Р_0,05, соответствующую установленному допуску на полное удлинение образца. Для уточнения значения Р_0,05 допускается применение метода линейной интерполяции.

Графическим способом предел упругости σ_0,05 определяют _по начальному участку диаграммы растяжения, записанной от электрических силоизмерителя и измерителя деформации (рис. 4). Удлинение определяется на участке, равном базе измерителя деформации.

Для определения нагрузки Р_0,05 вычисляют соответствующее остаточное удлинение с учетом базы измерителя деформации. Найденное значение увеличивают пропорционально масштабу диаграммы по оси абсцисс вправо от начала координат О. Из точки Е проводят прямую ЕР, параллельную прямой ОА. Точка пере­сечения Рс диаграммой растя­жения определяет искомую на­грузку Р_0,05. Масштаб по оси удлинения должен быть не менее 100 : 1 при базе измери­теля деформации 50 мм и более и не менее 200 : 1 при базе из­мерителя менее 50 мм; по оси нагрузки 1 мм диаграммы дол­жен соответствовать не более 10 МПа.

Предел упругости σ_0,05 вы­числяют по формуле, МПа:

.

Рис. 4. Схема определения предела про­порциональности σ_пцпри растяжении

Рис. 5. Схема определения предела упру­гости σ_0,05 при растяжении

3. Модуль упругости Е – отношение приращения напря­жения к соответствующему приращению удлинения в пределах упругой деформации; модуль упругости определяют расчетным способом с помощью тензометров и графическим способом по начальному участку диаграммы растяжения, записанной от элек­трических силоизмерителя и измерителя деформации.

Модуль упругости вычисляют по формуле, МПа:

,

где – приращение нагрузки; – среднее приращение удлинения;
– начальная расчетная длина образца; F_о– на­чальная площадь поперечного сечения.

4. Предел текучести физический (нижний предел текучести) – наименьшее напряжение, при котором образец деформируется без заметного увеличения растягивающей нагрузки.

Верхний предел текучести – напряжение, соответству­ющее верхнему пику нагрузки, зарегистрированному до начала текучести рабочей части образца.

Предел текучести (условный) – напряжение при котором остаточное удлинение достигает 0,2 % длины участка образца на его рабочей части, удлинение которого принимается в расчет при определении указанной характеристики. Упомянутые пределы текучести определяют по диаграмме растяжения, полученной на испытательной машине, если 1 мм диаграммы по оси нагрузок соответствует не более 10 МПа:

МПа

Соответствующие нагрузки Р_т, Р_тв, Р_тн для различных видов диаграммы растяжения представлены на рис. 6.

Предел текучести условный определяют расчетным спосо­бом с применением тензометров так же, как и предел упругости . Для определения графическим методом сначала вы­числяют величину остаточного удлинения с учетом установленного допуска исходя из рабочей длины образца. Найденное значение увеличивают про­порционально масштабу диаграммы рас­тяжения и полученный отрезок длины откладывают пооси удлинения от точки О до точки Е (см. рис. 6). Из точки Е проводят прямую параллельно прямой ОА. Точка пересечения Р с диаграммой растяжения определяет нагрузку Р_0,2, соответствующую условному пределу те­кучести , МПа:

.

Рис. 6. Схема определения предела текучести при растяжении

Условный предел текучести определяют только при отсутствии на диаграмме растяжения площадки текучести.

5. Временное сопротивление (предел прочности) σ_в – напря­жение, соответствующее наибольшей нагрузке Р_тах, предшеству­ющей разрыву образца. Временное сопротивление вычисляют по формуле, МПа:

6. Относительное удлинение (после разрыва) – одна из харак­теристик пластичности материалов, равная отношению прираще­ния расчетной длины образца после разрушения к начальной расчетной длине , %:

7. Относительное равномерное удлинение – отношение при-ращения длины участков в рабочей части образца после разрыва к длине до испытания, выраженное в процентах.

8. Относительное сужение после разрыва , как и относи­тельное удлинение – характеристика пластичности материала и определяется как отношение разности F_o и минимальной F_к площади поперечного сечения образца после разрушения к на­чальной площади поперечного сечения F_o, выраженное в про­центах.