Реферат: Опытное изучение свойств материалов: назначение и виды испытаний. Повышение текучести при повторных нагружениях

Для стали Ст.З предел прочности составляет σв = 4000÷5000 кГ/см2 (применяется также обозначение σпч). У высокопрочных сталей величина предела прочности достигает 17 000 кГ/см2 (сталь 40ХНМА и др.). Предел прочности при растяжении обозначается σв. р, при сжатии — σн. с.

При достижении напряжением величины предела прочности на образце появляется резкое местное сужение, так называемая шейка (рис. 2.9, б). Площадь сечения образца в шейке быстро уменьшается и, как следствие, падает усилие и условное напряжение. Разрыв образца происходит по наименьшему сечению шейки.

Кроме перечисленных выше механических характеристик материала, при испытании на растяжение определяют также относительное остаточное удлинение при разрыве δ, являющееся важной характеристикой пластичности материала

(1)

где — первоначальная расчетная длина образца (рис. 2.7);

— расчетная длина образца после разрыва. Она измеряется после стыковки двух частей разорванного образца.

Для стали Ст.З δ≥24%. У высокопрочных сталей эта величина снижается до 7—10%. Величина δ зависит от соотношения между длиной образца и его поперечными размерами. Поэтому в справочниках указывается, на каком образце определялась величина δ. Например, δ 5 обозначает, что удлинение было определено на пятикратном образце, т. е. образце, у которого отношение расчетной длины к диаметру равно пяти.

Определенное таким путем, удлинение является некоторым средним удлинением, так как деформации распределяются по длине образца неравномерно. Наибольшее удлинение возникает в месте разрыва. Оно называется истинным удлинением при разрыве.

Второй характеристикой пластичности материала является относительное остаточное сужение при разрыве

(2)

где F0 — первоначальная площадь поперечного сечения;

F1 — площадь поперечного сечения в наиболее тонком месте шейки после разрыва.

Величина ψ характеризует свойства пластичности более точно, чем δ, поскольку она в меньшей степени зависит от формы образца. Для стали Ст.З значение ψ составляет 50—60%.

Как было отмечено выше, диаграммы растяжения для многих марок стали, а также сплавов, цветных металлов не имеют площадки текучести. Характерный вид диаграммы растяжения для подобных материалов показан на рис. 2.10.

Для изучения значительных пластических деформаций необходимо знать истинную диаграмму растяжения, дающую зависимость между истинными деформациями и истинными напряжениями, которые вычисляются путем деления растягивающей силы на истинную площадь поперечного сечения образца (с учетом сужения).

Так как истинная площадь поперечного сечения меньше первоначальной, то диаграмма истинных напряжений идет выше диаграммы условных напряжений, особенно после образования шейки, когда происходит резкое уменьшение поперечного сечения образца (кривая OCSна рис. 2.8).

Обычно применяют приближенные способы построения диаграммы истинных напряжений, которые излагаются в полных курсах сопротивления материалов.

Рассмотренная диаграмма растяжения (см. рис. 2.8) является характерной для так называемых пластичных материалов, т.е. материалов, способных получать значительные остаточные деформации (δ), не разрушаясь.

Чем пластичнее материал, тем больше δ. К числу весьма пластичных материалов относятся медь, алюминий, латунь, малоуглеродистая сталь и др.

Менее пластичными являются дюраль и бронза, а слабопластичными материалами — большинство легированных сталей.

Противоположным свойству пластичности является хрупкость, т. е. способность материала разрушаться при незначительных остаточных деформациях. Для таких материалов величина остаточного удлинения при разрыве не превышает 2—5%, а в ряде случаев измеряется долями процента. К хрупким материалам относятся чугун, высокоуглеродистая инструментальная сталь, камень, бетон, стекло, стеклопластики и др. Следует отметить, что деление материалов на пластичные и хрупкие является условным, так как в зависимости от условий испытания (скорость нагружения, температура) и вида напряженного состояния хрупкие материалы способны вести себя как пластичные, а пластичные — как хрупкие. Например, чугунный образец в условиях всестороннего сжатия ведет себя как пластичный материал, т.е. не разрушается даже при значительных деформациях. И наоборот, стальной образец с выточкой разрушится при сравнительно небольшой деформации.

Таким образом, правильнее говорить о пластичном и хрупком состояниях материала.

При растяжении образцов из хрупких материалов наблюдается ряд особенностей. Диаграмма растяжения чугуна показана на рис. 2.11. Из диаграммы видно, что отклонение от закона Гука начинается очень рано. Разрыв наступает внезапно при очень малых деформациях и без образования шейки, что характерно для всех хрупких материалов.

При испытании на растяжение хрупких материалов определяют, как правило, только предел прочности. Обычно при практических расчетах для хрупких материалов отклонение от закона Гука не учитывают, т. е. криволинейную диаграмму заменяют условной прямолинейной диаграммой (см. штриховую линию на рис. 2.11).

Для чугуна и других хрупких материалов заметное влияние на предел прочности при разрыве оказывают размеры образца. Это оценивается масштабным коэффициентом

, (3)

где— предел прочности образца диаметром d;