Теоретический раздел. Для обеспечения надежности и долговечности работы деталей в узлах механизмов, машин и конструкций, применяемый конструкционный материал должен обладать

Для обеспечения надежности и долговечности работы деталей в узлах механизмов, машин и конструкций, применяемый конструкционный материал должен обладать комплексом определенных свойств.

Для определения этих свойств применяют различные методы испытаний материалов по гостовским методикам. При этом условия создания напряженного состояния материала во время испытания должны по возможности приближаться к условиям работы заданной детали.

Статические испытания на растяжение (ГОСТ 1497-84), сжатие, изгиб, кручение и срез проводятся при плавном и постепенно возрастающем нагружении образца вплоть до его разрушения. При этом в любой момент можно с достаточной точностью при помощи силоизмерительного устройства испытательной машины определить величину усилия, приложенного к образцу, а при помощи тензомеров измерить величину деформации образца.

Наиболее часто проводят испытания материалов на разрыв при растяжении на специальных разрывных машинах МР-0, 05, МР-0, 5 или гидравлических прессах.

Испытуемый образец первоначальной длины l₀ прямоугольного или круглого сечения F₀ с головками на концах (рисунок 1а) закрепляется в специальных зажимах машины или пресса и подвергается плавно возрастающей нагрузке вплоть до разрушения. В процессе испытания образец удлиняется до l_к, образуется утонение поперечного сечения до F_к (рисунок 1б).

При этом на диаграммном приборе, которым обычно снабжены испытательные машины, автоматически вычерчивается кривая, показывающая функциональную зависимость между силой, действующей на образец Р и его удлинением (диаграмма растяжения).

На рисунке 2 изображена диаграмма растяжения, полученная при испытании образца из мягкой отожженной стали.

Рисунок 2 – Диаграмма растяжения «нагрузка – деформация» для пластического материала

Любая механическая нагрузка, действующая на материал, вызывает в нем напряжение σ, которое вычисляется по формуле:

σ = Р / F, МПА,

где Р – действующая нагрузка, Н;

F – площадь сечения образца, мм².

По результатам таких испытаний вычисляют характеристики статической прочности пластичности:

Характеристики статической прочности:

Предел пропорциональности σ _пр - максимальное напряжение, при котором сохраняется прямая пропорциональность между нагрузкой Р и удлинением Δ l

σ _пр = Р_пр / F₀ (1)

Предел упругости σ _упр - максимальное напряжение, при котором отсутствует остаточная деформация после снятия нагрузки

σ _упр = Р_упр / F₀ (2)

Реальные металлы не имеют истинного предела упругости, поэтому введено понятие условного предела упругости

Условный предел упругости σ ₀₀₅ – максимальное напряжение, при котором после снятия растягивающей нагрузки образец испытывает удлинение δ = 0, 05%

Предел текучести σ _т – минимальное напряжение, при котором образец деформируется без заметного увеличения растягивающей нагрузки

σ _т = Р_т / F₀ (3)

Текучестью обладают небольшое количество материалов, поэтому введено понятие условного предела текучести.

Условный предел текучести σ ₀₂ – минимальное напряжение, при котором без заметного увеличения растягивающей нагрузки образец испытывает удлинение δ = 0, 2%

Условный предел прочности (или временное сопротивление разрыву) σ _в - напряжение, отвечающее наибольшей нагрузке, выдерживаемой образцом в процессе испытания

σ _в = Р_в / F₀ (4)

Истинный предел прочности (истинное сопротивление разрыву) – напряжение в момент разрыва σ _к

σ _к = Р_к / F₀ (5)

Характеристики пластичности

Относительное удлинение – δ (дельта)

, (6)

где l₀ и l_к- длины образцов до и после растяжения соответственно

Относительное сужение – Ψ (пси)

, (7)

где F_о и F_к – площади поперечного сечения образцов до и после разрыва