Оглавление:
Испытание материалов на растяжение
- Испытание материалов на растяжение При проектировании и расчете прочности, жесткости и устойчивости механизмов, механических и конструктивных элементов необходимо знать свойства материала. Таким образом, материал проверяется на растяжение, сжатие, сдвиг, кручение, изгиб и твердость. Подробное описание всех видов механических испытаний, а также машин и устройств, используемых в этом процессе, доступно в 1 специальном разделе для лабораторных работ по сопротивлению материалов. Давайте кратко поговорим о некоторых
распространенных видах механических испытаний и полученных результатах. 1 например, A. M. A f a n A s b e V, V. A. M a R b I n. лабораторный практикум с сопротивлением материалов. 2, 1975, В «науке», Москва. Одним из основных видов испытаний материалов является испытание на растяжение, так как оно выявляет наиболее важные характеристики. Из испытуемого материала изготавливаются специальные образцы. Чаще всего он имеет цилиндрическую форму(рис. 99, а); плоский образец обычно изготовлен из листового металла(рис. 99, б). Для цилиндрического образца, необходимо поддерживать соотношение
рассчитанная длина и диаметр D^образца/0: длинные образца/0=10 делают Людмила Фирмаль
с транзистором, короткого образца/0=5d0. Эти отношения могут быть представлены в несколько различных формах. И я думаю, что М ы^о, Где Go-площадь поперечного сечения образца, длина образца/0=11,3 к G0;(4.17) Для коротких образцов/0 = 5,6 5 )7;. (4.18)) Для того чтобы наблюдать подобие испытаний, эти соотношения должны поддерживаться относительно плоского образца. Поскольку основной образец используется с диаметром D0=10 мм, допускается рабочая длина/0=100 мм. 91 применение образца и других диаметров, если рабочая длина составляет/0=10d0 или/0=5d0. Выборка называется пропорциональной. Растянуть фигуру. Испытание на растяжение
проводится с использованием разрывной машины, которая позволяет определить усилие и соответствующую деформацию образца во время испытания. По этим данным строится основной чертеж удлинения, в котором усилия откладываются вдоль продольной оси, а соответствующее удлинение растягивается вдоль поперечной оси. Диагонали Патагонии могут быть полукруглыми Сто риса С помощью специальной 100-граммовой машины. Характер растущей диаграммы зависит от характера I исследуемого материала. I типичные виды такого Диа-I G для низкоуглеродистой стали показаны при рассмотрении характерных областей и точек этого 44*|. Рисунок,
- а также соответствующие этапы трансформации образца. Существует прямая пропорциональная зависимость между удлинением образца и силой, от начала нагрузки до определенного значения растягивающей силы. На этой стадии растяжки действует закон крючка. Обозначим ту силу, что закон пропорциональности перестает действовать через РПЦ. Напряжение, вызванное мощностью R ПК, называется mule Таким образом, пределом пропорциональности является напряжение после нарушения закона крюка. Как уже говорилось, деформация называется упругой, когда она полностью исчезает после разгрузки. Постепенное увеличение нагрузки P приведет к полной разгрузке образца при каждом
значении. Пока мощность P не достигнет определенного значения, вызванная ею деформация исчезнет при разгрузке. Процесс выгрузки представлен той же строкой, что и загрузка. Пусть P up, максимальная мощность, образец еще остаточной деформации на графике не соответствует точке b, а упругое расширение формы фазы-фазовой диаграмме OD — ’ при обнаружении максимального напряжения) Qyn-з Эти точки, следовательно, значения напряжений OG|C и OUP » близки друг к другу, и обычно разница между ними игнорируется. После точки А, когда образец растягивается дальше, кривая растяжения становится кривой, плавно поднимающейся к точке С, где происходит переход к горизонтальному сечению КД,
называемому точкой текучести. На этой стадии растяжения относительное Людмила Фирмаль
удлинение образца увеличивается при постоянном значении растягивающей силы, обозначенном P T. Это не имеет ничего общего с вышеизложенным и не имеет ничего общего ни с тем, ни с другим- Таким образом, создается наименьшее напряжение, и деформация образца происходит с постоянной растягивающей силой. (4.21)начало пластической деформации соответствует началу критического состояния металла, которое может быть обнаружено не только по остаточной деформации, но и по другим признакам. При пластической деформации температура образца повышается; электропроводность и магнитные свойства стали изменяются; полированная поверхность образца, особенно плоская поверхность,
имеет выраженное затемнение, которое является результатом появления плотных линий, называемых линиями Чернова (линиями Людерса). Последний наклонен к оси образца под углом около 45°(рис. 101, а) — микроскопическая неравномерность, обусловленная сдвигом кристаллической плоскости, в которой действует максимальное касательное напряжение. В результате смещения по наклонной поверхности образец подвергается остаточной деформации. Механизм их образования упрощен на рисунке. 101, б. После 93 стадий течения материал вновь приобретает способность увеличивать сопротивление дальнейшей деформации, воспринимая
возрастающую силу до определенного предела. На это отвечает восходящая секция DE (рис. 100)кривые упрочнения при растяжении называют станциями. Точка е соответствует максимальному усилию Rmakr, которое может воспринимать изображение^Sch, напряжению, соответствующему максимальному усилию».найдеца[временное сопротивление или конечная сила\HRE^рассчитывается по формуле R1max Л ) (4.22) До этого момента относительное удлинение равномерно распределялось по всей длине / 0 образца, а площадь поперечного сечения расчетной части образца изменялась незначительно, а также изменялась равномерно по длине. Поэтому, для того, чтобы рассчитать og1c, ОУП, ОП и ОВ в формуле расчета, я вошел в первоначальной стоимости зоной Фо. После достижения
силы переносицы при дальнейшем растяжении образца деформация происходит преимущественно на малых длинах-что приводит к образованию локального сужения в виде Рис сто два Это не образец. К ним относятся (рис. 102) и при падении мощности Р, несмотря на то, что напряжение в области шеи постоянно растет. Уменьшение растягивающей силы Р наблюдается только при испытании образца на машине, что ограничивает скорость нарастания деформации. Когда нагрузка приложена путем висеть нагрузку, трещиноватость происходит на постоянной нагрузке, но тариф деформации увеличивает. Величина растягивающей силы
в момент разрушения показана PK、 (4.23) Напряжение растяжения, определяемое таким образом, является весьма условным и не может быть использовано в качестве характеристики механических свойств стали. Это правило получается путем деления силы момента разрыва на начальную площадь поперечного сечения образца, которая значительно больше начальной для образования шейки, а не фактической площади в момент разрыва. Основными характеристиками упругости и прочности материалов, используемых в практических расчетах, являются предел упругости oup, предел текучести og и временное сопротивление (предел
прочности на растяжение)AB (o™). Например, для низкоуглеродистых сталей с пределом текучести стали ст2 эти характеристики следующие: АУП=2000 кгс / см2,=2200 4- 4- 2600 кгс / см2, ов=- 3400 4- 4200 кгс / см2. Для металлов, не обладающих пределом текучести, предел текучести условно определяется как напряжение, при котором остаточная деформация является » величиной, установленной ГОСТом или ГОСТом- Нормальные условия. Согласно ГОСТ1497-73, величина остаточной деформации составляет 0,2%от измеренной длины образца. Условное ограничение ликвидности указывает на более низкий показатель в соответствии с указанными вариантными значениями (например, А0, 2). Учитывая, что наиболее трудно установить начало отклонения от закона пропорциональности и начало первой остаточной деформации,
необходимо также установить понятие условного предела пропорциональности и предела упругости. Условный предел пропорциональности заключается в том, что отклонение от линейной зависимости между напряжением и деформацией достигает определенного значения, которое задается техническими условиями (например, 0,002% от измеренной длины образца). Условным пределом упругости является минимальное напряжение, при котором остаточная деформация достигает заданного значения (обычно от 0,001% до 0,05% от измеренной длины образца). Он помечается более низким индексом в соответствии с заданной
остаточной величиной деформации (например, oo).ООИ и ОО, С5). Наиболее важные механические свойства некоторых широко используемых материалов приведены в приложении 2-8. Разгрузка и перегрузка. Как уже упоминалось, если усилие растяжения, вызывающее напряжение, не превышает предела упругости, то удлинение полностью исчезает после окончательного сброса образца, который практически совпадает с линией нагрузки, когда нагрузка прекращается и образец снимается. Повторное нагружение рисунка следует той же линии ОБТ, полученной при первом нагружении образца. Она практически совпадает с линией разгрузки млн на рисунке. Предел пропорциональности будет увеличиваться, и образец будет примерно равен первоначально растянутому напряжению. При дальнейшем увеличении растягивающей силы
кривая рисунка совпадает с Меф. Часть рисунка, находящаяся слева от линии NM t, обрезается, то есть начало координат перемещается в точку N. Поэтому при предварительном вытягивании за предел текучести некоторые механические свойства стали изменяются, пропорциональный предел увеличивается, а остаточное удлинение после разрыва уменьшается. Изменение свойств материала в результате деформации за пределом текучести называется заклепкой. V. in в одних случаях явление закалки нежелательно, в других требуется устранить то, что закалка полезна и искусственно создана. Растянуть и сжать! И после краха. Общее удлинение, полученное образцом до разрушения, уменьшается после разрушения, и упругая деформация исчезает в части образца. Представляет процент исходного образца от рассчитанного
приращения длины образца после разрыва.6=4″ ’ g^^(4.24) Удлинение после разрыва характеризует пластичность материала. В зависимости от размера этой растяжки, материал пластичен и хрупок. Первое можно принять условно 6>5%, второе 6<5%. Пластичные материалы включают низкоуглеродистую сталь, медь, свинец и другие, и хрупкую затвердетую сталь, литое железо, стекло, камень, бетон, etc. Например, после разрыва углеродистой стали марки ст2 относительное удлинение составляет 6 31%. _ >[образы^лол. Разница определяется путем деления абсолютного уменьшения площади поперечного сечения шейки на начальную
площадь, выраженную в процентах от начальной площади поперечного сечения: T=^- — 1 0 0%. (4.25 )) Чем больше относительная усадка после разрыва, тем более пластичным является материал. Например, для мягкой углеродистой стали марки ст2¥=55 4-65%. Удлинение 6 и относительная усадка¥ — это свойство пластичности материала. Увеличение длины формулы (4.24) и уменьшение площади поперечного сечения образца формулы (4.25) несколько условны, так как они представляют собой исходную длину и исходную площадь Раздел 96perverse. На практике пластическая деформация происходит на протяжении непрерывно изменяющейся длины образца. В момент испытания, указывая на приращение длины I образца с dl, находим так называемое истинное относительное удлинение’. Ы Е=Б-а=1П г•(4.26) Дж * * 0 / О Где / 0 и / K-
начальная и конечная длины образца соответственно. Как Один. К =1О+М N б=-^ -, К е-в — ^4’-= = в (1б). * ft разложив правую часть этого уравнения в ряд степеней b, полый m e=1P(1+b)=b— ^ — — | — ^ — -. .. . Как видим, при малых значениях b условный и истинный варианты почти совпадают. Итак, уже b=10%истинного темпа роста e=9,95%. Аналогично можно определить истинное поперечное сужение:= » j~=1P T7=1P Go-DD=, N1 ~ 4? *(4-2-7) эксперименты показывают, что объем тела не изменяется при пластической деформации: Ро^о= Или И. К • Отсюда следует, что Ф-Е. Трансформация работает. Помимо уже названных характеристик механических свойств материала, диаграмма растяжения позволяет определить его энергетические свойства. Величина площади диаграммы растяжения по координате Р — & 1 характеризует работу, затраченную на разрыв образца. Это
можно показать следующим образом. Некоторое натяжение P соответствует деформации L образца (рис. 103). Сила P дает бесконечно малое приращение dP, а преобразование получает приращение dk. Очевидно., 4 8-2770 97 действие внешних сил на это перемещение dA=(P+dP) dk^P dX. Мы провели выборку на растяжение до Xi A=f Pdk. (4.28) Как использовать 103, интеграл-это область OABCDM’no рисунка линии чертежа. Работа выполнена в срок Сто три Рывки будут равны всей площади EF BCD идущего растяжения фигуры. Рис сто четыре В пределах предела упругости. Общая работа
деформации представлена площадью треугольника(рис. 104, а): (4.29) Разделив суммарную работу 4-работы пдст на объем образца, получим гуделнукг Ранд^пудеформаци’л работы, затраченной на ИЕ де (}^) мированне едишщ с ’ ^материал:[%n=4^■G * 4 1 (4.30)по уравнению (4.30)из уравнения: Р Д/ОЭ г — У-р — «2Г Л2» (4.31) Конкретная работа деформации в упругом изображении представлена областью треугольника на рисунке о-е(рис. 104, б). Удельная работа деформации характеризует способность материала выдерживать воздействие нагрузки: чем больше удельная работа деформации перед разрывом, тем лучше материал выдержит ударную нагрузку. Вид диаграммы растяжения Р-М диаграммы растяжения в координатах А-Е зависит не только от характеристик материала, но и от размеров испытуемого образца. Чтобы получить фигуру, которая характеризует только механические свойства
98 материалов, первичная диаграмма растяжения перемещается с координатами a-E.- (П \ Путем деления площади поперечного сечения образца I=u-1, а горизонтальной оси-абсолютного удлинения расчетной части образца на исходную длину (e= — u -). В частности, для характерных точек фигуры, координаты вычисляются по формуле (4.19)—(4.23). Диаграмма координаты o-e, соответствующей первичной Рисунок(рис. 100) показано на рисунке. 105, a. основная схема точек O, A, B, C, D9E9f соответствует точкам o, a, B, C9d, e, f. Рисунок A-E показывает это tg a=<4-3 2>то есть модуль упругости при растяжении равен касательной наклона оси абсцисс линейного участка рисунка. Площадь фигуры напряжений о-е в соответствующем масштабе равна удельной работе деформации. Нисходящая часть фигуры Эф условна, так как фактическая площадь поперечного сечения образца после
формирования шейки и первая область, на которой определяется вертикальная ось фигуры, существенно отличаются друг от друга. Разделив значение силы на фактическую площадь поперечного сечения образца, можно получить значение истинного напряжения и создать соответствующую фигуру(рис. 105, а-пунктир). После образования шейки относительная продольная деформация по длине образца распределяется неравномерно, поэтому истинная фигура обычно укладывается в такие координаты: V-образное сечение шейки. Четыре.* 99 деформация S, где V=S=P i, Pt и Ft-соответствующие силы, минимальная площадь поперечного сечения момента испытания. Истинная кривая растягивающих напряжений низкоуглеродистой стали показана на рисунке. 105, б. точка в соответствует началу возникновения остаточной деформации
и истинному напряжению, которое является пределом текучести. Точка е соответствует максимальной силе Rmax, которую выдержал образец во время испытания. Определите значение истинного временного сопротивления SB. Деформация образца от начала растяжения до момента, соответствующего точке Е, равномерна по длине образца. Абсцисса точки E (Che) представляет собой наибольшее равномерное сжатие. Точка 1\диаграмма Примерно 0,002 О/З г Ряса. сто семь. Г В Я не уверен. — Я Один. Х» б кгс / с Одна тысяча двести Соответствует моменту разрыва образца. Его абсцисса представляет собой наибольшее сокращение секции XCC, в то время как ордината представляет истинное сопротивление разрыву SK. Как видно из истинной картины, сопротивление пластической деформации возрастает вплоть до момента
разрушения. Для определения фактических механических свойств используется условный чертеж относительного удлинения по координате о-Е. Построение диаграммы истинного напряжения значительно сложнее и служит в первую очередь цели теоретического исследования. Кроме того, относительно немногие металлы имеют выход точечной низкоуглеродистой стали, латуни и некоторых отожженных марганцевых и алюминиевых бронз. Для большинства металлов характерен постепенный переход к пластическим областям. Для сравнения, рис. На рис. 106 показаны чертежи некоторых металлов: кривые 1-бронза (ов-2470 кгс / см2, 6=36%); 2-углеродистая сталь (ов=3580 кгс/см2, 6=38%); 3-никелевая сталь (ов=7150 кгс/ см2, в=54%) и 4-марганцевая сталь (ов=9160 к / см2, 6=30%). Разрыв образца хрупкого материала происходит при очень
небольшом удлинении и без образования шейки. Для риса. 107 относится к диаграмме растяжения серого чугуна Щ28-48, характерной для такого материала. Эта цифра равна、- локальное имя прямой секции. Однако, несмотря на определение деформации чугунных деталей, мы используем формулу, выражающую закон крюка. Величина коэффициента упругости е определяется как касательная к наклону наклона линии, проведенной через начальную точку О на рисунке, и (соответствующая точке в, напряжению, при котором определяется деформация). Такой модуль называется делением.
Смотрите также:
