Краткие теоретические сведения. Наиболее простым и распространенным видом испытания материалов является испытание

Наиболее простым и распространенным видом испытания материалов является испытание на растяжение при комнатной температуре. При этих испытаниях определяются механические характеристики прочности и пластичности материалов. Кроме того, по механическим характеристикам материала при растяжении – сжатии на основании гипотез прочности осуществляется расчет при сложном напряженном состоянии.

Испытания материалов на растяжение осуществляется в соответствии с требованиями стандарта ГОСТ 1497 – 84 («Металлы. Метод испытания на растяжение»). При испытаниях используются пропорциональные цилиндрические образцы (рис. 1).

Испытательная машина имеет записывающее устройство, на бумажной ленте которого автоматически вычерчивается диаграмма растяжения в координатах (абсолютное удлинение) – P (растягивающая сила). На рис. 4 показана диаграмма растяжения малоуглеродистой стали с шестью характерными точками: А – в конце прямой линии ОА; В – на кривой немного выше точки А; С,D – на горизонтальной участка диаграммы; E – высшая точка; F – в конце диаграммы.

Поделив силы, соответствующие этим точкам, на площадь поперечного сечения образца деформации, получим:

– предел пропорциональности, то есть наибольшее напряжение, при котором справедлив закон Гука;

– предел упругости, то есть наибольшее напряжение, при котором нет остаточных деформаций или ими можно пренебречь вследствие их малой величины;

– предел текучести, то есть напряжение, при котором деформации растут без увеличения нагрузки; горизонтальный участок диаграммы называется площадкой текучести. Предел текучести является основной величиной, по которой устанавливаются допускаемые напряжения при расчетах стальных конструкций;

– предел прочности (временное сопротивление), то есть условное напряжение, соответствует наибольшей нагрузке. По пределу прочности можно установить величину допустимого напряжения для пластических, так и для хрупких материалов;

– напряжение в момент разрыва; здесь F₁ – площадь поперечного сечения образца в самом узком месте образованной шейки.

Следует отметить, что диаграмма растяжения характеризует свойства данного образца, а не материала вообще, поскольку учитывает размеры образца. Для количественной оценки свойств материала строится условная диаграмма напряжений в осях и

В условиях производства обычно ограничиваются определением границ текучести и прочности, поскольку экспериментальное определение границ пропорциональности и упругости требует проведения слишком точных и трудоемких испытаний.

Кроме механических характеристик прочности, при статических испытаниях стального образца определяют характеристики пластичности материала: относительное удлинение образца после разрыва δ (в %) и относительное сужение образца после разрыва Ψ (в %), то есть

где и – начальная и конечная расчетные длины образца до и после разрыва; и – начальная площадь поперечного сечения образца и площадь поперечного сечения образца после разрыва.

В протоколе испытаний должно быть указано, на какой расчетной длине определено относительное удлинение после разрыва d.

Например, при испытании образцов с начальной расчетной длиной и относительное удлинение после разрыва обозначают , соответственно.

Для хрупко-пластичных материалов при отсутствии площадки текучести основной характеристикой прочности считается условный предел текучести , соответствующий напряжению, при котором относительная остаточная деформация составляет 0,2%.