Растяжении

Цель работы: экспериментальное изучение поведения пластичного материала (малоуглеродистая сталь) при растяжении и определении его основных механических характеристик: предела текучести, предела прочности, относительного удлинения и относительного сужения после разрыва.

1. ОСТАНОВКА ОПЫТА

Опыт проводится при статическом растяжении образца на универсальной испытательной машине Р – 20. Максимальное усилие, развиваемое машиной, 200 кН (20 т).

Испытываемый образец имеет цилиндрическую форму с головками на концах для закрепления их в зажимах машин. Форма и размеры образцов регламентируются стандартом ГОСТ 1497 – 73 (см. рис. 6).

Длина образца между зажимами должна быть не менее 12 диаметров образца. На образце наносятся риски через каждый сантиметр процарапыванием или с помощью керна. Перед испытанием измеряют , расчетную длину и результаты вносят в таблицу 2.

Рис. 6

Образец закрепляется в захватах машин, и с помощью механического привода производится предварительное нагружение образца с целью ликвидации зазоров в механизме машины. Затем включают гидравлическую станцию и нагружают образец до его разрушения.

В процессе испытания ведется наблюдение за изменениями в образце (удлинением образца под нагрузкой, образованием шейки) и за вычерчиванием диаграммы растяжения специальным автоматическим устройством испытательной машины.

Диаграмма растяжения образцов из пластичных материалов изображена на рис.7.

На участке прямолинейности диаграммы О – А материал подчиняется закону Гука, т.е. деформации пропорциональны нагрузке:

Точке А диаграммы соответствует нагрузка . Отношение обозначается и считается пределом пропорциональности.

Рис. 7

Упругие свойства материала сохраняются до напряжения, называемого пределом упругости.

Под пределом упругости понимается такое напряжение, до которого материал не получает заметных остаточных деформаций.

Для большинства сталей предел упругости и предел пропорциональности обычно почти совпадают, и обе величины определяются лишь при точных научных исследованиях.

После точки А диаграммы прирост деформаций начинает превышать прирост нагрузки и в точке В происходит рост деформаций без изменения нагрузки. На диаграмме появляется горизонтальный участок В – В^`, который называют площадкой текучести.

Напряжение, при котором происходит рост деформации без сколько-нибудь значительного увеличения нагрузки, считается пределом текучести и обозначается . Предел текучести является одной из самых важных механических характеристик, обязательно определяется для всех пластичных материалов и приводится во всех справочных руководствах и таблицах механических свойств материалов.

После точки В^` на диаграмме нагрузка вновь начинает расти, но более медленно, чем в начале нагружения, и в точке С достигает наибольшего значения.

Отношение максимальной нагрузки, которую способен выдержать образец до разрушения, к его начальной площади поперечного сечения считается пределом прочности или временным сопротивлением и обозначается . Предел прочности принят за основную характеристику прочностных свойств металлов. После достижения наивысшей точки С диаграммы на образце начинается образование местного сужения поперечного сечения, так называемой шейки. За точкой С ординаты диаграммы начинают уменьшаться, нагрузка падает, что объясняется дальнейшим уменьшением поперечного сечения шейки. Наконец происходит разрыв образца. Этому на диаграмме соответствует точка Д.

Абсолютное остаточное удлинение образца после разрыва на диаграмме равно длине отрезка , умноженной на масштаб диаграммы, полное удлинение – равно , упругое - .

Отношение называют относительным остаточным удлинением образца после разрыва и обозначают .

Отношение , называют относительным сужением после разрыва и обозначают ψ %, где - площадь шейки после разрыва. Величины δ и ψ являются главными характеристиками пластичных свойств материалов и также приводятся в справочниках.

ПРИМЕЧАНИЕ.

Значение усилия определяют по временной остановке рабочей стрелки силоизмерительного устройства, а величину - по максимальному отклонению стрелки. Отсчеты в кГс переводят в кН и вносят в таблицу 3.

2. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ОПЫТА И ПОДГОТОВКА ОТЧЕТА

Аккуратно прижав друг к другу обе части образца по месту разрыва, измеряют с точностью 0, 1 мм штангенциркулем диаметр шейки в самом узком месте .

За первоначальную расчетную длину принимают , этому отрезку на образце соответствует расстояние m деления между рисками. Для измерения расчетной длины образца после разрыва от точки разрыва откладывается в обе стороны по делений, определяется положение крайних рисок и измеряется расстояние между ними (см. рис. 8)

Рис.8

ПРИМЕЧАНИЕ.

Если расстояние от шейки до конической части образца или до места захвата меньше, чем делений, то отсчитывают в одну сторону от шейки делений, измеряют это расстояние и, умножив на два, принимают эту величину за . Значения вносят в таблицу 2.

Таблица 2

Измеряемая величина	Размер
до опыта	после опыта
Диаметр, мм Расчетная длина, мм Площадь сечения, мм	= = =	= = =

Рассчитывают значения . Результаты вносят в таблицу 3.

Таблица 3

Нагрузка, кН	Характеристика прочности, МПа	Характеристика пластичности, %

В отчет по работе включают диаграмму растяжения, эскизы образцов до и после испытания, таблицы 2, 3 и расчеты с указанием размерностей значений

σ _Т , σ _В, δ, ψ.

При допуске, защите лабораторной работы даются ответы на нижеприведенные контрольные вопросы.

Контрольные вопросы

1. Что называют упругостью, пластичностью, хрупкостью?

2. Дать определения предела: пропорциональности, упругости, текучести, прочности; как они вычисляются?

3. Что называют абсолютным удлинением, продольной деформацией?

Каковы их размерности?

4. Как определяется относительное остаточное удлинение и сужение поперечного сечения образца после разрыва?

5. На диаграмме растяжения показать полную деформацию образца после разрыва, а также остаточную и упругую.

6. Чем истинная диаграмма растяжения образца (из малоуглеродистой стали) отличается от условной и почему?

7. Какое явление называют наклепом или упрочнением?

8. Как определяется предел текучести, если нет ярко выраженной площадки текучести?

9. Чем отличается диаграмма растяжения пластичных материалов от диаграмм хрупких?

10. Каково соотношение между расчетной длиной и площадью поперечного сечения?

11. Какие размеры образца должны быть измерены до и после проведения эксперимента?

12. Какие параметры должны быть зарегистрированы во время эксперимента и по каким приборам?

13. Что характеризует площадь под диаграммой растяжения?