Испытание на растяжение

К основным механическим свойствам относят сопротивление металла (сплава) деформации (пластичность, вязкость) и сопротивление разрушению (прочность).

Чаще применяют испытания на растяжение, позволяющие по результатам одного опыта установить несколько важных механических характеристик металла и сплава.

Для испытания на растяжение используют стандартные круглые или плоские образцы. Машины для испытаний снабжены прибором, записывающим диаграмму растяжения в координатах Р = f (Dl) (рис.1).

а) б)

Рис.1. Диаграммы растяжения для пластичной (а) и хрупкой (б) стали

На образец с первоначальной площадью поперечного сечения F_o постепенно действует возрастающая растягивающая сила Р. С возрастанием нагрузки Р растет и напряжение s, которое характеризуется отношением величины нагрузки к площади поперечного сечения образца, выраженное в Н/м² или MПа.

Прямая линия ОА на диаграмме показывает, что до точки А удлинение образца возрастает пропорционально росту нагрузки. До точки А деформация рабочей части образца бывает упругой и после снятия нагрузки полностью исчезает. При дальнейшем возрастании усилия растяжения у пластичных металлов (рис. 1,а) на диаграмме наблюдается горизонтальный участок, где образец продолжает удлиняться без заметного возрастания нагрузки. Данный участок называется площадкой текучести. Участок АВ - равномерное пластическое деформирование. Точка В соответствует максимальной нагрузке, которую выдерживает образец при испытании на растяжение до момента разрушения. У металлов разрыв образца происходит при более низкой нагрузке (точка К), чем Р_в. Это объясняется резким уменьшением сечения образца в одном месте, т.е. образованием «шейки», в котором напряжение продолжает расти до момента разрыва образца.

В практике испытания материалов действительно определяемую (фиксируемую) диаграмму в координатах усилие-удлинение заменяют обычно диаграммой напряжение-деформация (σ – ε =Δl/l₀).

При испытании на растяжение согласно ГОСТ 1497-84 определяют прочностные и пластические характеристики.

Прочностные характеристики:

- предел прочности (временное сопротивление разрыву) s_в = Р_в /F_o, условное напряжение соответствующее максимальной нагрузке, предшествующей разрушению образца; где Р_в - максимальная нагрузка, Н; F_o - первоначальная площадь поперечного сечения образца, м².

- предел текучести s_т = Р_т /F_o,напряжение, при котором образец продолжает деформироваться без заметного изменения нагрузки; где Р_т - нагрузка, соответствующая площадке текучести, Н; F_o - первоначальная площадь поперечного сечения образца, м².

Высокоуглеродистые стали, чугуны и некоторые неметаллические материалы не имеют на диаграмме растяжения площадки текучести (рис. 1,б). Для таких металлов за условный предел текучести (s_0,2) принимают напряжение, соответствующее нагрузке, после снятия которой остаточная деформация составляет 0,2%.

Пластические характеристики:

- относительное удлинение (d) - отношение приращения длины образца к первоначальной его длине, выраженное в процентах:

d = (l₁ - l_o)/ l_o × 100., %

где l_o - первоначальная длина образца, мм; l₁ - длина образца после разрушения, мм.

- относительное сужение - отношение уменьшения площади поперечного сечения образца к первоначальной площади, выраженное в процентах

y = (F_o - F₁)/ F_o ×100, %

где F_o- первоначальная площадь поперечного сечения образца, мм²; F₁ -наименьшая площадь поперечного сечения образца после разрушения, мм².