ISopromat.ru

Статическое растяжение

Машина для испытаний на растяжение с электромеханическим приводом

Статическое растяжение — одно из наиболее распространённых видов испытаний для определения механических свойств материалов.

Основные характеристики, определяемые при испытании[править | править код]

При статическом растяжении, как правило, определяются следующие характеристики материала.

• Характеристики прочности:
  • предел пропорциональности,
  • предел текучести,
  • предел прочности (временное сопротивление разрушению),
  • истинное сопротивление разрыву.
• Характеристики пластичности:
  • относительное остаточное удлинение,
  • относительное остаточное сужение.
• Характеристики упругости:
  • модуль упругости (модуль Юнга).
• Прочие характеристики:
  • коэффициент механической анизотропии
  • коэффициент (модуль) упрочнения

Основные типы материалов[править | править код]

Принято разделять пластичные и хрупкие материалы. Основное отличие состоит в том, что первые деформируются в процессе испытаний с образованием пластических деформаций, а вторые практически без них вплоть до своего разрушения. За критерий для условной классификации материалов можно принять относительное остаточное удлинение δ = (lк − l0)/l0, где l0 и lк — начальная и конечная длина рабочей части образца), обычно вычисляемое в процентах. В соответствии с величиной остаточного удлинения материалы можно разделить на:

• пластичные (δ ≥ 10 %);
• малопластичные (5 % < δ < 10 %);
• хрупкие (δ ≤ 5 %).

Существующие материалы могут быть изотропными или анизотропными. В последнем случае из-за различия характеристик в различных направлениях необходимо произвести не одно, а несколько испытаний.

Образцы для испытаний на статическое растяжение[править | править код]

Цилиндрический пятикратный образец

Цилиндрический пятикратный образец после разрушения

Для испытаний на статическое растяжение используют образцы как с круглым, так и с прямоугольным сечением. Предъявляются повышенные требования к изготовлению образцов, как с точки зрения геометрии, так и с точки зрения обработки резанием. Требуется высокая однородность диаметра образца по его длине, соосность и высокое качество поверхности (малая шероховатость, отсутствие царапин и надрезов). При изготовлении образцов следует избегать перегрева материала и изменений его микроструктуры.

Образцы круглого сечения, как правило, имеют рабочую длину, равную четырём или пяти диаметрам — т. н. короткие образцы или десяти диаметрам — т. н. нормальные образцы. Перед началом испытания замеряется диаметр образца (обычно 6, 10 или 20 мм) для вычисления напряжения σ и для расчёта относительного остаточного сужения после разрушения образца. В случае использования экстензометра, длина рабочей части образца не замеряется, а деформация ε и относительное удлинение при разрушении регистрируются автоматически с помощью компьютера или измеряются по диаграмме σ — ε. При отсутствии экстензометра (не рекомендуется стандартом), отмечается рабочая длина образца, деформация ε рассчитывается по перемещениям конца образца (захвата), а относительное удлинение при разрушении рассчитывается путём замера разрушенного образца.

Диаграмма растяжения пластичного материала[править | править код]

Рис. 1. Типичная диаграмма σ — ε для малоуглеродистой стали

1. Предел прочности (временное сопротивление разрушению)

2. Предел текучести (верхний)

3. Точка разрушения

4. Область деформационного упрочнения

5. Образование шейки на образце

Рис. 2. Типичная диаграмма σ — ε для алюминиевых сплавов

1. Предел прочности (временное сопротивление разрушению)

2. Условный предел текучести (σ0.2)

3. Предел пропорциональности

4. Точка разрушения

5. Деформация при условном пределе текучести (обычно, 0,2 %)

Микроструктура доэвтектоидной стали (0,7 % углерода)

Обычно диаграмма растяжения является зависимостью приложенной нагрузки P от абсолютного удлинения Δl. Современные машины для механических испытаний позволяют записывать диаграмму в величинах напряжения σ (σ = P/A0, где A0 — исходная площадь поперечного сечения) и линейной деформации ε (ε = Δl/l0 ). Такая диаграмма носит название диаграммы условных напряжений, так как при этом не учитывается изменение площади поперечного сечения образца в процессе испытания.

Начальный участок является линейным (т. н. участок упругой деформации). На нём действует закон Гука:

Затем начинается область пластической деформации. Эта деформация остаётся и после снятия приложенной нагрузки. Переход в пластическую область обнаруживается не только по проявлению остаточных деформаций, но и по уменьшению наклона кривой с увеличением степени деформации. Данный участок диаграммы обычно называют площадкой (зоной) общей текучести, так как пластические деформации образуются по всей рабочей длине образца. С целью изучения и точного анализа диаграммы деформации, современные испытательные машины оснащены компьютеризированной записью результатов.

По наклону начального участка диаграммы рассчитывается модуль Юнга. Для малоуглеродистой стали наблюдается т. н. «зуб текучести» и затем площадка предела текучести. Явление «зуба» текучести связано с дислокационным механизмом деформации. На начальном участке плотность дислокаций является недостаточной для обеспечения более высокой степени деформации. После достижения точки верхнего предела текучести начинается интенсивное образование новых дислокаций, что приводит к падению напряжения. Дальнейшая деформация при пределе текучести происходит без роста напряжения . Зависимость предела текучести, от размера зерна, d, выражена соотношением Холла-Петча:

После достижения конца площадки текучести (деформация порядка 2 — 2,5 %) начинается деформационное упрочнение (участок упрочнения), видимое на диаграмме, как рост напряжения с ростом деформации. В этой области до достижения максимальной нагрузки (напряжения (σВ) макродеформация остаётся равномерной по длине испытуемого образца. После достижения точки предела прочности начинает образовываться т. н. «шейка» — область сосредоточенной деформации. Расположение «шейки» зависит от однородности геометрических размеров образца и качества его поверхности. Как правило, «шейка» и, в конечном счёте, место разрушения расположено в наиболее слабом сечении. Кроме того, важное значение имеет одноосность напряжённого состояния (отсутствие перекосов образца в испытательной машине). Для пластичных материалов при испытании на статическое растяжение одноосное напряжённое состояние сохраняется лишь до образования т. н. «шейки» (до достижения максимальной нагрузки и начала сосредоточенной деформации).

Вид диаграммы деформации, приведённый на рис. 1 является типичным для О.Ц.К. материалов с низкой исходной плотностью дислокаций.

Для многих материалов, например, с Г. Ц. К. кристаллической решёткой, а также для материалов с высокой исходной плотностью дефектов, диаграмма имеет вид, показанный на рис. 2. Основное отличие — отсутствие явно выраженного предела текучести. В качестве предела текучести выбирается значение напряжения при остаточной деформации 0,2 % (σ0.2).

После достижения максимума нагрузки происходит падение нагрузки (и, соответственно, напряжения σ) за счёт локального уменьшения площади поперечного сечения образца. Соответствующий (последний) участок диаграммы называют зоной местной текучести, так как пластические деформации продолжают интенсивно развиваться только в области шейки.

Иногда используется диаграмма истинных напряжений, S — e (истинное напряжение S = P/A, где A — текущая площадь поперечного сечения образца; истинная деформация e = ln(l+Δl/l), где l — текущая длина образца). В этом случае, после достижения максимальной нагрузки не происходит падения напряжения, истинное напряжение растёт за счёт локального уменьшения сечения в «шейке» образца. Поэтому различие между диаграммами истинных и условных напряжений наблюдается только после предела прочности — до точки 1 они практически совпадают друг с другом.

Образцы из пластичного материала разрушаются по поперечному сечению с уменьшением диаметра в месте разрыва из-за образования «шейки».

Диаграмма растяжения хрупкого материала[править | править код]

Диаграмма растяжения и диаграмма условных напряжений хрупких материалов по виду напоминает диаграмму, показанную на рис. 2 за тем исключением, что не наблюдается снижения нагрузки (напряжения) вплоть до точки разрушения. Кроме того, данные материалы не получают таких больших удлинений как пластичные и по времени разрушаются гораздо быстрее. На диаграмме хрупких материалов уже на первом участке имеется ощутимое отклонение от прямолинейной зависимости между нагрузкой и удлинением (напряжением и деформацией), так что о соблюдении закона Гука можно говорить достаточно условно. Так как пластических деформаций хрупкий материал не получает, то в ходе испытания не определяют предела текучести. Не имеет особенного смысла также рассчитывать и относительное сужение образца, так как шейка не образуется и диаметр после разрыва практически не отличается от исходного.

Влияние скорости деформации и температуры на прочностные характеристики[править | править код]

Стандарты на проведение испытаний на статическое растяжение, как правило, ограничивают скорость деформации или скорость приложения нагрузки. Так, стандарт ASTM E-8 ограничивает скорость деформации величиной 0,03 — 0,07 мм/мин. Такое ограничение вызвано искажением результатов за счёт повышения прочности металлов с ростом скорости деформации (при постоянной температуре). При скоростях деформации до 1 сек скорость деформации практически не влияет на прочностные характеристики (в частности, на предел текучести) (источник???).

В общем виде можно выразить формулу влияния скорости деформации на предел текучести в виде:

где — скорость деформации; — астотный фактор, — активационный объём; — напряжение течения; — экстраполяция напряжения течения на нулевую скорость деформации.

Эта же зависимость даёт и зависимость напряжения течения от температуры. В области низких температур и при отсутствии фазовых превращений прочность кристаллических материалов повышается. Вклад в повышение прочности даёт и переход от термически активируемого процесса деформации за счёт движения дислокаций к механизму деформации путём двойникования.

Стандарты на проведение испытаний[править | править код]

• ГОСТ 6996-66
• ГОСТ 1497-84 Металлы. Методы испытаний на растяжение
• ГОСТ 11262-80 (СТ СЭВ 1199-78) Пластмассы. Метод испытания на растяжение
• ASTM E-8 и ASTM E-8M

Литература[править | править код]

• Я. Б. Фридман. Механические свойства металлов. 3-е изд. В 2-х ч. М.: Машиностроение, 1974
• М. Л. Бернштейн, В.А Займовский. Механические свойства металлов. 2-е изд. М.: Металлургия, 1979.
• А. Н. Васютин, А. С. Ключ. Влияние температуры и скорости деформации на сопротивление деформированию малоуглеродистых и низколегированных сталей. Заводская лаборатория, 1985, № 4.

См. также[править | править код]

• Растяжение-сжатие

Энциклопедия по машиностроению XXL

Диаграмма о = / (е) характеризует свойства испытуемого материала и носит название условной диаграммы растяжения, так как напряжения и относительные удлинения вычисляют соответственно по отношению к первоначальной площади сечения и первоначальной длине.  [c.133]

Для определения механических характеристик на практике используют условные диаграммы растяжения в координатах о — е. Построение диаграмм истинных напряжений значительно сложнее, и служат они главным образом целям теоретических исследований.  [c.100]

Эту диаграмму называют условной диаграммой растяжения (или диаграммой условных напряжений), так как напряжения и относительные удлинения вычисляются соответственно по отношению к первоначальной площади сечения и первоначальной длине образца.  [c.32]

Чтобы получить механические характеристики материала, диаграмму, снятую при испытании образца, нужно перестроить в условную диаграмму растяжения в координатах (е, а), не зависящих от абсолютных размеров образца (рис. 2.21). Для этого все ординаты и абсциссы на диаграмме в координатах (А/, К) (см. рис. 2.20) необходимо разделить соответственно на начальную расчетную длину 1а и начальную площадь поперечного сечения Ло образца (рис. 2.22, а).  [c.168]

На рис. 2.90 изображена условная диаграмма растяжения, характерная для малоуглеродистой стали. Эта диаграмма называется условной потому, что при ее построении не учитывается изменение площади поперечного сечения образца.  [c.275]

Для того, чтобы можно было сравнивать результаты испытаний образцов различных размеров, диаграмму растяжения перестраивают в другой системе координат, рис. 2.3, б. Здесь по оси ординат откладывают значения нормального напряжения а в поперечном сечении образца, а по оси абсцисс — относительное удлинение е, см. формулы (2.2) и (2.4). Эту диаграмму называют также условной диаграммой растяжения, так как напряжения и относительные удлинения вычисляются соответственно по отношению к начальной площади сечения и начальной длине образца.  [c.49]

Механические (прочностные) свойства стали обычно определяют по условной диаграмме растяжения. ГОСТ 1497-61 установлены следующие прочностные характеристики стали  [c.459]

Условные пределы текучести и пропорциональности конструкционной стали определяют графическими приемами по условной диаграмме растяжения (рис. 2).  [c.460]

Такую диаграмму называют условной диаграммой растяжения.  [c.95]

На условной диаграмме растяжения (рис. 3.2) отмечены точки и их ординаты, соответствующие механическим характеристикам, полученным при статических испытаниях иа растяжение малоуглеродистой стали. Характерными точками (напряжениями) диаграммы растяжения являются  [c.95]

На рис. 2,36 изображена типичная условная диаграмма растяжения образца пластичного материала, например, углеродистой стали. С ростом деформации от нуля происходит увеличение напряжения в согласии с законом Гука. Соответствующий участок диаграммы ОА представляет собой отрезок прямой,  [c.43]

Инженерная практика давно уже выявила преимущества использования условных напряжений перед истинными при исследовании механических свойств материалов. Так, известная величина — временное сопротивление — на условной диаграмме растяжения является одной из основных характеристик конструкционного материала (входящей в его технический паспорт).  [c.172]

Аналогично, осуществляя автоматическую регистрацию усилий Р и удлинений Д при исходной базе 4 в образцах с концентрацией напряжений (см. рис. 1) и с трещиной (см. рис. 3), можно получить условные диаграммы растяжения — кривые 2 н 3 па рис. 4. Такого же типа получатся кривые и при регистрации уменьшения площади поперечного сечения. На кривых 2 и 3 в конце каждого характерного участка деформирования- можно отметить точки А, С и К и установить соответствующие им нагрузки. Если брутто-сечения всех трех плоских образцов — гладкого (см. рис. 2), с концентрацией напряжений (см. рис. 1) и с трещиной (см. рис. 3) были одинаковы, то диаграммы растяжения Р — Л/ для этих образцов будут расположены так, как показано на рис. 4. Предельные нагрузки Рс, Рк и номинальные деформации Д/ , Д-Рк снижаются по мере увеличения концентрации напряжений (1 Кд оо).  [c.13]

На условной диаграмме растяжения (см. рис. 2.40) отмечены точки (и их ординаты), соответствующие механическим характеристикам, которые могут быть получены при статических испытаниях на растяжение.  [c.69]

Из изложенного следует, что уже небольшая неравномерность сечения, а также структуры по длине рабочей части образца (особенно у металлов с пологим максимумом на условной диаграмме растяжения) ведет к преждевременному образованию шейки и к понижению измеряемой величины удлинения и временного сопротивления, в то время как сужение шейки при этом практически не изменяется. Сказанное еще раз подтверждает преимущество сужения перед удлинением в качестве характеристики пластичности  [c.28]

Условной диаграммой растяжения на практике пользуются для определения механических характеристик материала. Диаграммой истинных напряжений, учитывающей действительные поперечные сечения образца на всех этапах его испытания, пользуются в металловедении при определении характеристик пластичности материала.  [c.31]

Условная диаграмма растяжения  [c.87]

При этом не учитывается изменение первоначальной площади поперечного сечения образца и предполагается равномерное деформирование образца по его длине График зависимости между напряжением и деформациями, построенный без учета изменения площади поперечного сечения испытываемого образца, называется условной диаграммой растяжения (рис. 32, а). Поскольку площадь поперечного сечения образца с увеличением деформации непрерывно уменьшается, а равномерность деформирования по длине образца нарушается, то необходимо строить не условные, а истинные (действительные) диаграммы растяжения. Для построения истинной диаграммы растяжения до образования шейки необходимо растягивающую силу относить к действительной площади поперечного сечения образца  [c.87]

Условные диаграммы растяжения для чистого алюминия имеют вытянутый характер (с наибольшей пластичностью и наименьшей прочностью). Высокопрочные алюминиевые сплавы лежат выше, чем конструкционная сталь.  [c.414]

Эта диаграмма характеризует поведение материала при разных нагрузках. Условная диаграмма растяжения для мягкой углеродистой стали изображена на рис. 10.  [c.18]

Если растягивающую силу Р отнести к первоначальной площади сечения Fq. то получим так называемое условное напряжение oq PIFq. Соответственно относительная деформация ео может быть названа также условной. Зависимость между ао и еа называют условной диаграммой растяжения либо сжатия. Измерение истинной площади F не всегда удобно. Считая приближенно объем образца неизменным, получим = +ео), что позволяет вычислять истинное напряжение по формуле  [c.32]

Условная диаграмма растяжения образца малоуглеродистой стали показана на рис. 59. Для упрощения расчетов за пределом упругости диаграмма растяжения обычно схематизируется. Зависимости напряжений от деформаций на различных участках диаграммы представляются следующим образом  [c.118]

На рис. 2.3, б изобрая ена типичная условная диаграмма растяжения образца пластичного материала, например, углеродистой машиноподелочной стали. С ростом  [c.49]

Но часть того же примера связана с определением деформации е через удлинение Д/, которое можно рассматривать как продольное перемещение одного из концов стержня, если другой конец считать неподвижным. Эта часть задачи чисто геометрическая (кинематическая) и решается независимо от уравнений статики. Для полноты формулировки задачи пока недостает информации о механических свойствах материала, т. е. о его способности сопротивляться силовому воздействию. Эту информацию в механике твердого тела получают из эксперимента, с помощью которого устанавливают зависимость (1.4) деформации б от напряжения а. Эксперимент осуществляют на специальных испытательных машинах, в которых испытаниям подвергают стандартные образцы, и получают зависимость а -г в виде графика, показанного на рис. 1.5. Эта условная диаграмма растяжения a = FlAa, в = = AIIIq), на которой отмечены ряд характерных участков и точек Спи — предел пропорциональности,  [c.12]

Такого типа диаграмму называют условной диаграммой растяжения. Условность ее заключается в том, что напряжения получены путем деления растягивающей силы на первоначальную площадь поперечного сечения образца, а относительные удлинения- путем деления абеолютных удлинений на первоначальную длину образца.  [c.33]

Остановимся на явлении исчерпания несущей способности растянутого образца. На рис. 1.5 показаны условные диаграммы растяжения нескольких конструкционных материалов, построенные в координатах условное напряжение ст = (где Р — нагрузка Fq — начальная площадь сечения рабочей части образца) условная деформация е = (где Ai — удлинение — начальная длина базы измерения этого удлинения). На рис. 1.6 показаны соответствующие истинные диаграм>1ы пластического деформирования в координатах истинное действительное напряжение а = P/F (где F — уменьшающая вследствие пластической деформации текущая площадь наименьшего сечения части образца) ё = = 1п FJF — истинная пластическая деформация. Так как напряженное состояние в сильно развитой шейке является сложным и неоднородным, то конец диаграммы не вполне отвечает случаю простого растяжения однако для наших дальнейших рассуждений это несущественно. Кроме того, искажение линейного напря-  [c.12]

Если среднее напряжение в лунке Н при постепенном вдавливании индентора подсчитывать как отношение нагрузки Р к площади поверхности отпечатка М, то диаграмма вдавливания в координатах Н, я ) имеет сходство с условной диаграммой растяжения. Такие диаграммы вдавливания и растяжения, на которых отмечены характерные точки, показаны на рис. 8.16. На диаграмме вдавливания напряжения в лунке Нп.ц (твердость на пределе пропорциональности), Нт или Но,2 (твердость на пределе текучести), Нмакс (максимальная твердость) соответствуют пределу пропорциональности Стп.ц, пределу текучести От или ао,2 и временному сопротивлению Ств диаграммы растяжения, а деформация соответствует  [c.347]

По заданному коэффициенту запаса прочности и предельным напряжениям Опр (стпр.р пр.с) определяем допускаемое напряжение [а] ([а]р, [а]с). Этот пункт может отсутствовать, если непосредственно в условии задачи заданы допускаемые напряжения. В противном случае должны быть либо даны максимальные предельные напряжения, либо указан материал и то напряжение, которое принимается в качестве максимально допускаемого. Таковыми в зависимости от требований к конструкции могут быть или предел пропорциональности Опц, или предел упругости Gy, или предел текучести Gt, или предел прочности временное сопротивление) Gb, или условный предел текучести oq 2- Эти величины берутся из полученных опытным путем так называемых условных диаграмм растяжения-сжатия , которые приведены на рисунках 1.3 и 1.4 для двух различных материалов, соответственно обладающих площадкой текучести -D, и без нее. От-  [c.12]

Ясно, что усилия и удлинения, соответствующие указанным характер-зависят не только от свойств материала, но и от абсолютных размеров образца. Для получения механических характеристик материала (исключения влияния абсолютных размеров образца) эту диаграмму перестраивают — все ординаты делят на начальную площадь поперечного сечения Р , а все абсциссы — на начальную расчетную длину В результате получают так называемую условную диаграмму растяжения в кординатах относительное удлинение е, нормальное напряжение о. Конечно, эта диаграмма (рис. 2.40) подобна исходной (по существу отличается от нее только масштабом). Условной эта диаграмма называется потому, что напряжения и деформации отнесены к начальным площади и длине образца.  [c.68]

Для материалов, образующих при растяжении шейку, величина площади условной диаграммы растяжения (или приближенно произведения авбют), где т) — коэффициент, учитывающий форму диаграммы и равный 0,8-0,9) малопригодна для определения максимальной работы деформации элемента объема до разрушения, так же как удлинение бю для характеристики полной величины пластичности. Для большинства случаев неверными являются предложения учитывать только работу равномерного растяжения без определения работы до разрушения.  [c.121]

Однако, как подчеркнул М. В. Якутович, условные диаграммы растяжения имеют преимущество перед истинными диаграммами, так как их получают непосредственно как результат опыта, в то время как истинные диаграммы получают в результате пересчета.  [c.25]

М. В. Якутович предложил условные диаграммы растяжения для чистых металлов и для твердых растворов разделить на два основных класса низкотемпературный — максимум усилия расположен ближе к концу диаграммы и высокотемпературный — максимум усилия расположен у начала диаграммы, а затем усилие очень слабо падает с ростом деформации.  [c.25]

Хотя условная диаграмма растяжения, получаемая непосредственно на испытательных машинах, имеет большое практическое значение, она все же не может полностью обеспечить надлежащего истолкования физической природы процессов деформации металлов и металлических сплавов. Поэтому при обработке результатов механических испытаний в исследовательских работах начинаютприменять так называемую истинную диаграмму растяжения, изображенную пунктирной кривой (фиг. 89). На ее горизонтальной оси откладываются изменения величины абсолютного удлинения Л/, а на вертикальной — 5 истинные напряжения. Истинное, или эффективное напряжение определяется как отношение нагрузки не к исходно площади поперечного сечения образца, а к площади, изменяющейся  [c.140]

Термопласты конструкционного назначения (1975) — [ c.2 , c.3 , c.4 , c.5 , c.6 , c.7 , c.8 , c.9 , c.10 , c.11 , c.12 , c.13 , c.14 , c.15 , c.16 , c.17 , c.18 , c.19 , c.20 , c.21 , c.22 , c.23 ]