Металлы и сплавы (стр. 2 из 24)
Испытания проводят обычно на двух образцах.
Допускается применение непропорциональных образцов, для которых начальная расчетная длина l0 устанавливается независимо от начальной площади поперечного сечения образца F0.
Типы и размеры пропорциональных цилиндрических и плоских образцов приведены в приложениях к ГОСТ 1497-84.
Рис. 1.1. Образцы для испытаний на растяжение:
1 - плоский; 2 - цилиндрический
Форма и размеры головок и переходных частей образцов определяются способом крепления образцов в захватах разрывной машины.
По ГОСТ 1497-84 определяют место вырезки, способ изготовления, качество поверхности, предельные отклонения по размерам образцов.
В качестве испытательных применяют разрывные и универсальные машины различных систем. Машина должна обеспечивать: надежное центрирование образца в захватах, плавность нагрузки, скорость перемещения подвижного захвата не боле 0,1 мм/мин до предела текучести и не более 0,4 мм/мин за пределом текучести. Принципиальная схема разрывной машины Р-5 с рычажно-маятниковым силоизмерителем показана на рис. 1.2 (стрелками на схеме указаны движения элементов машины в процессе нагружения образца).
Испытываемый образец 1 помещают в захваты, один из которых (2) называется активным, а другой (3) - пассивным. Активный захват располагается на подвижной траверсе 4, в которой имеются застопоренные (не вращающиеся) гайки 5. Приводактивного захвата (создание силы Р ) осуществляется электромеханическим путем: вращательное движение вала электродвигателя 6 через червячный редуктор 7 и шестерни 8 и 9 передается винтам 10; вращаясь в застопоренных гайках, винты заставляют траверсу перемещаться поступательно.
На опоре 11 верхней неподвижной траверсы установлен рычаг 12 маятникового силоизмерителя, связанный с тягой 13 пассивного захвата 3. Через систему рычагов и тяг силоизмерителя 12 - 16 нагрузка Р, действующая на образец, уравновешивается силой G маятникового груза 17. Отклонение маятника от начального положения (когда Р = 0) фиксируется по отсчетному устройству 18 со шкалами, проградуированными по силе Р .
При отклонении маятника поводок 19, жестко соединенный с рычагами 15 и 16 маятника, перемещает зубчатую рейку 20, которая вращает шестерню 21, сидящую на одной оси с рабочей стрелкой 22 отсчетного устройства силоизмерителя. При перемещении рабочая стрелка ведет за собой контрольную стрелку, которая фиксирует максимальное усилие. На циферблате отсчетного устройства нанесены три шкалы (А, Б и В), соответствующие различным диапазонам нагрузок (машина может быть настроена на создание предельных нагрузок: 1000, 2500 и 5000 кгс соответственно).
На одной оси с шестерней и рабочей стрелкой указателя нагрузок установлен шкив 23, который с помощью гибкого тросика 24 перемещает перо 25 самописца.
Для записи диаграммы Р = f(Dl) используют специальную бумажную ленту 26 (ЛПГ 320, ГОСТ 7836-75) с величиной наименьших делений 1,6 мм.
Одно такое деление по оси ординат (сила Р) при наладке машины на предельную нагрузку 1000 кгс соответствует 5 кгс, на 2500 кгс - 12,5 кгс, на 5000 кгс - 25 кгс.
При растяжении образца перемещению активного захвата в 1 мм будет соответствовать перемещение ленты по оси абсцисс (абсолютная деформация Dl ) на 10, 50 или 100 мм.
Желаемый масштаб Dl (10:1, 50:1 или 100:1) обеспечивается настройкой масштабного преобразователя 27, который является настраиваемым редуктором, передающим вращение на барабан 28 лентопротяжного механизма от шестерни 29 через валик 30 и пару конических шестерен 31.
Одновременно деформация может контролироваться специальным счетчиком 32, одна единица показаний которого соответствует0,2 мм перемещения подвижной траверсы 4.
Движение активного захвата без нагрузки может происходить с различной скоростью (от 1 до 100 мм/мин), которая контролируется прибором 33.
Рис. 1.2. Принципиальная схема разрывной машины
Показанный на схеме груз 34 служит для возврата в исходное положение (к нулю) рабочей стрелки 22 и пера 25 при снятии нагрузки.
На этой же машине, применяя специальное приспособление, можно испытывать металлы на сжатие и изгиб.
Диаграмма деформации при растяжении
Записывающее устройство разрывной машины графически изображает зависимость между действующей осевой нагрузкойиабсолютной деформацией образца.
На рис. 1.3 даны типичные диаграммы растяжения различных металлов. Диаграмма на рис. 1.3, а свойственна большинству металлов и плавов. Для малоуглеродистой отожженной стали и некоторых отоженных бронз характерна диаграмма с площадкой текучести, которая приведена на рис. 1.3, б. Хрупкие металлы (чугун и др.) разрушаются при малых пластических деформациях (рис. 1.3, в).
А б в
Рис. 1.3. Диаграммы растяжения различных металлов
Характерные участки и точки диаграммы растяжения показаны на рис. 1.4.
Первый участок диаграммы 0P представляет собой прямую линию, т.е. между Р и Dl соблюдается закон Гука. Напряжение в точке Р есть предел пропорциональности
.При дальнейшем увеличении силы прямолинейная зависимость нарушается.
Несколько выше точки Р находится точка «е». Напряжение в точке «е» есть предел упругости s0,05, который вычисляют по формуле:
. (1.1)Предел упругости s0,05 , как и предел пропорциональности, определяется расчетным или графическим способом.
Точно так же определяется и модуль упругости Е, МПа (кгс/мм2):
. (1.2) 
Рис. 1.4. Характерные участки и точки диаграммы растяжения
За точкой «е» возникают заметные остаточные деформации, вточке S наблюдается переход к горизонтальной площадке S-S¢ (площадка текучести). Для участка S-S¢ характерен рост деформации без заметного увеличения нагрузки. Если обозначить величину нагрузки, соответствующую площадке текучести, через Рт, то напряжение в этой точке можно вычислить по формуле, что и является физическим пределом текучести.
, (1.3)Следует отметить, что иногда (особенно это характерно для малоуглеродистой стали) на площадке текучести появляется «зуб» или низкочастотные колебания нагрузки. Это объясняется особенностями строения испытываемых материалов.
В этом случае предел текучести определяется по верхней точке амплитуды «зуба» («зубьев») и называется верхним пределом текучести (рис. 1.5). Для материалов, не имеющих на диаграмме площадки текучести, определяют условный предел текучести
. (1.4) 
Рис. 1.5. Определение верхнего предела текучести
Для нахождения величины Р0,2 в масштабе диаграммы по оси абсцисс вправо от точки 0 (рис. 1.6) откладывают отрезок ОЕ, равный 0,002l0, что составляет 0,2% от l0,и из точки Е проводят прямую, параллельную прямой ОР, до пересечения с кривой растяжения в точке S. Ордината этой точки определяет нагрузку Р0,2.
За площадкой текучести происходит упрочнение материала, и сопротивление деформации увеличивается, поэтому наблюдается увеличение нагрузки на кривой растяжения. До точки «в» образец деформируется равномерно.
Наибольшая нагрузка, предшествующая разрушению образца, обозначается Рв = Рmax. Напряжение в точке «в» называется временным сопротивлением, или пределом прочности:
. (1.5)После точки «в», соответствующей максимальной силе Рв, происходит заметное местное сужение образца (образуется шейка). Если до этого образец имел цилиндрическую форму, то теперь растяжение образца сосредотачивается в области шейки. На участке в-к сечение образца быстро уменьшается, вследствие чего уменьшается растягивающая нагрузка. В точке «к» образец разрывается по наименьшему сечению шейки Fк.
Показателем пластичности материала является его абсолютное остаточное удлинение lост при разрыве (см. рис. 1.4, отрезок 0А1), так как упругая деформация (отрезок А1А2) исчезает после разрыва:
Dlост =lк -l0 . (1.6)
Рис. 1.6. Определение местоположения точки S, соответствующей условному пределу текучести
Размеры испытуемых образцов могут быть различными, поэтому характеристикой пластичности образца является не его абсолютное, а относительное остаточное удлинение после разрыва
. (1.7)Другой характеристикой пластичности металла является относительное сужение Y после разрыва, выраженное в процентах:
. (1.8)При определении sпц, s0,05, sт и sв соответствующую им нагрузку Р делим на начальную площадь поперечного сечения образца F0. Напряжения эти называются условными. Однако при растяжении образца площадь поперечного сечения уменьшается. Напряжения, определенные по отношению приложенной нагрузки к действительной площади поперечного сечения образца в момент приложения этой нагрузки, называются истинными напряжениями: