Определение упругости, пластичности и прочности материалов

Упругость, пластичность и прочность определяют при испытаниях металлов на растяжение. Для проведения испытаний изготовляют образцы плоской или круглой формы. Испытания проводят на разрывных машинах. В результате получают диаграмму растяжения (рис.5). По оси абсцисс этой диаграммы откладывают значения удлинения (деформации), а по оси ординат – усилие (напряжение), приложенное к образцу.

Рис.5. Диаграмма растяжения образца (L– длина образца; Р – усилие растяжения)

Напряжениемназывается нагрузка на единицу площади поперечного сечения образца.

Пользуясь записанной на машине диаграммой растяжения, можно определить важнейшие характеристики механических свойств металлов. Точка А диаграммы показывает максимальную нагрузку, которую выдерживает образец, не теряя своих упругих свойств. Если к образцу приложить такую или меньшую нагрузку, а затем снять ее, то остаточного удлинения он не получит. При делении нагрузки Р_Р в точке А на площадь поперечного сечения образца получим предел упругости. Таким образом, пределом упругости называют максимальное напряжение, до которого металл сохраняет свои упругие свойства. Предел упругости обозначают и выражают в килограмм-силах на квадратный миллиметр (кгс / мм²):

.

Выше точки А значение удлинения начинает возрастать быстрее, чем значение усилия, поэтому кривая диаграммы начинает изгибаться, склоняться к горизонтальной линии, образуя площадку текучести (Б-В). Если нагрузку в точке В разделить на площадь поперечного сечения образца, то получим предел текучести :

.

При дальнейшем увеличении растягивающего усилия (выше значения предела текучести) образец будет все больше удлиняться, а диаметр его – уменьшаться. Когда усилие достигнет наибольшего значения, в образце начнет образовываться шейка, т.е. в каком-то сечении диаметр его уменьшается больше, чем в других местах. Образец в шейке будет наиболее тонким, и в дальнейшем здесь произойдет его разрыв.

Если максимальную нагрузку (точка Г), которую выдержал образец до разрыва, разделить на первоначальную площадь его поперечного сечения, то получим предел прочности. Таким образом, предел прочности – это напряжение при максимальной нагрузке, которую выдержал образец во время испытания. Предел прочности обозначается и выражается в килограмм-силах на квадратный миллиметр (кгс/мм²):

.

Кроме показателей прочности при испытании на растяжение определяют и показатели пластичности, характеризующие способность металла деформироваться не разрушаясь. Этой характеристикой является относительное удлинение; для ее получения обе половинки разорванного образца складывают вместе и измеряют длину его рабочей части L_к.

Относительное удлинение обозначается греческой буквой d и выражается в процентах. Его определяют по формуле:

,

где ­– первоначальная длина образца; – его длина после испытания.