Механические испытания металла

 

Разные изделия работают под различными видами нагрузок, поэтому разработаны различные методы испытания. Наиболее распространенные:

· Испытания на статическое растяжение.

· На твердость.

· Динамические испытания.

Статическим называют испытания, при которых прилагаемая к образцу нагрузка возрастает медленно и плавно.

При испытании на растяжение опре-деляются прочностные, упругие, пластические свойства материала.

Рисунок 11

ОА - показывает удлинение образца пропорци-онально нагрузке, т.е. каждому приращению нагрузки соответствует одинаковое приращение деформации, такая зависимость называется законом пропорциональности (рисунок 11). До точки В - имеет место упругая деформация. Точка С - начало горизонтальной площадки, образец удлиняется без увеличения нагрузки (металл течет).

Наименьшее напряжение, при котором без увеличения нагрузки продолжается деформация, называется физическим пределом текучести.

, Р_с - нагрузка

Истинный или условный предел текучести - важная расчетная характеристика материала; действующие в детали напряжения должны быть ниже предела текучести.

Текучесть характерна:

· для низкоуглеродистых, отожженных сталей.

· для латуни некоторых марок.

Стали с большим содержанием углерода не имеют площадки текучести; для таких сплавов определяется условный предел текучести.

. Нагрузка Р при 0,2 % всей расчетной длины.

Условное напряжение, предшествующее разрыву называется временным сопротивлением разрыву или пределом прочности.

(кгс/мм²) (ПА)

Для оценки пластичности важно знать относительное удлинение d (дельта):

,

где l ₁ – длина образца после разрыва; l ₀ – расчетная длина образца.

 

Относительное сужение y (пси), %:

У хрупких металлов d и y ® к 0, у пластичных несколько десятков %.

 

 

Диаграмма растяжения

Построение диаграммы растяжения-сжатия является основной задачей испытаний на растяжение-сжатие. Для этих испытаний используются цилиндрические образцы; полученные диаграммы являются зависимостью между силой, действующей на образец, и его удлинением. На рисунке 12 показана типичная для углеродистой стали диаграмма испытания образца в координатах Р, D l. Кривая условно может быть разделена на четыре зоны.

Зона ОА носит название зоны упругости. Здесь материал подчиняется закону Гука и

Удлинения D l на участке ОА очень малы, и прямая ОА, будучи вы­черченной в масштабе, совпадала бы в пределах ширины линии с осью ординат. Величина силы, для которой остается справедливым закон Гука, зависит от размеров образца и физических свойств материала.

Зона АВ называется зоной общей текучести, аучасток АВ диаграммы — площадкой текучести. Здесь происходит существенное изменение длины образца без заметного увеличения нагрузки. В большинстве случаев при испытании на растяжение и сжатие площадка АВ не обнаруживается, и диаграмма растяжения образца имеет вид кривых, показанных на рисунке 13. Кривая 1 типична для алюминия и отожженной меди, кривая 2 — для высоко-качественных легиро­ванных сталей.

Зона ВС называется зоной упрочнения. Здесь удлинение образца сопровождается возрастанием нагрузки, но неизмеримо более медленным (в сотни раз), чем на упругом участке. В стадии упрочнения на образце намечается место будущего разрыва и начинает образовываться так называемая шейка — ме­стное сужение образца (рисунок 14). По мере растяжения образца утонение шейки прогрессирует. Когда от­носительное уменьшение площади сечения сравняется с относительным возрастанием напряжения, си­ла Р достигнет максимума (точка С). В дальнейшем удлинение образца происходит с уменьшением си­лы, хотя среднее напряжение в поперечном сечении шейки и возрастает. Удлинение образца носит в этом случае местный характер, и поэтому участок кривой CD называется зоной местной текучести. Точка D соответствует разрушению образца. У многих материалов разрушение происходит без заметного образования шейки.

Если испытуемый образец, не доводя до разрушения, разгрузить (точка К, рисунок 15), то в процессе раз­грузки зависимость между силой Р и удлинением D l изобразится прямой KL (рисунок 15). Опыт показывает, что эта прямая параллельна прямой ОА.

 

Рисунок 13

 

Рисунок 14

 

 

При разгрузке удлинение полностью не исчезает. Оно уменьшается на величину упругой части удлинения (отрезок LM). Отрезок OL представляет собой остаточное удлинение. Его называют также пластическим удлинением, а соответствующую ему деформацию — пластической деформацией. Таким образом,

ОМ = D l _упр + D I _ocт

Соответственно

e = e_упр + e_ocт

Если образец был нагружен в пределах участка ОА и затем разгружен, то удлинение будет чисто уп­ругим, и D I _oct = 0.

При повторном нагружении образца диаграмма растяжения принимает вид прямой LK и далее — кривой KCD (рисунок 15), как будто промежуточной разгрузки и не было. Если взять два одинаковых образца, изготовленных из одного и того же материала, причем один из образцов до испытания нагружению не подвергается, а другой – был предварительно нагружен силами, вызвавшими в образце остаточные деформации.

Испытывая первый образец, мы получим диаграмму растяжения OABCD, показанную на рисунке 16, а. При испытании второго образца от­счет удлинения будет производиться от ненагруженного состояния, и остаточное удлинение OL учтено не будет. В результате получим уко­роченную диаграмму LKCD (рисунок 16, б). Отрезок МК соответствует силе предварительного нагружения. Таким образом, вид диаграммы для од­ного и того же материала зависит от степени начального нагружения (вытяжки), а само нагружение выступает теперь уже в роли некоторой предварительной технологической операции. Весьма существенным является то, что отрезок LK (рисунок 16, б) оказывается больше отрезка ОА. Следовательно, в результате предварительной вытяжки материал приобретает способность воспринимать без остаточных деформаций большие нагрузки.

Явление повышения упругих свойств материала в результате предварительного пластического де­формирования носит название наклепа, или нагартовки, и широко используется в технике.

Например, для придания упругих свойств листовой меди или латуни, ее в холодном состоянии прокатывают на валках. Цепи, тросы, ремни часто подвергают предварительной вытяжке силами, превышающими рабочие, с тем, чтобы избежать остаточных удлинений в дальнейшем. В некоторых случаях явление наклепа оказывается нежела­тельным, как, например, в процессе штамповки многих тонкостенных деталей. В этом случае для того, чтобы избежать разрыва листа, вытяжку производят в несколько ступеней. Перед очередной операцией вытяжки деталь подвергается отжигу, в результате которого наклеп снимается.

 

 

Рисунок 15 Рисунок 16

 

 

⇐ Предыдущая123456789Следующая ⇒

Поделиться:

Воспользуйтесь поиском по сайту: