Сжатие. 
Материаловедение и технология материалов

Испытание на сжатие является сравнительно простым видом механических испытаний и в основном применяется для малопластичных материалов. Это объясняется тем, что при сжатии в основном возникают в образце сжимающие напряжения, а доля растягиТаблица 3.2

Значения механических свойств некоторых марок стали, определенные растяжением пятикратных цилиндрических образцов.

вающих напряжений невелика. Поэтому этот вид испытаний является более мягким, чем испытание на растяжение. При растяжении малопластичных материалов уже при небольших нагрузках может возникнуть неравномерное распределение напряжений по сечению образца вследствие незначительных перекосов при его установке в захватах испытательной машины, и тогда разрушение материала произойдет преждевременно.

Схемы испытания образца на сжатие и первичных диаграмм сжатия представлены на рис. 3.5. Вначале в образце возникает, как и при растяжении, упругая деформация, а затем происходит переход в область упругопластической деформации. При увеличении нагрузки сжатия до некоторого значения происходит постепенное выпучивание поверхности образца и напряженно-деформированное состояние в объеме образца становится неоднородным. По оси образца действуют главные напряжения сжатия, т. е. имеет место объемное сжатие. А ближе к боковой поверхности образца возникают растягивающие напряжения и имеет место разноименное плоское напряженное состояние.

Для испытаний на сжатие используются специальные прессы и машины на растяжение, снабженные приспособлениями, позволяющими создавать сжимающую нагрузку. Образцы для испытаний.

Рис. 3.5. Схемы испытания образца на сжатие (а) и первичных диаграмм сжатия (б) пластичного (1) и хрупкого (2) материалов на сжатие чаще всего имеют цилиндрическую форму. Отношение высоты цилиндра к его диаметру составляет 1—2. При больших значениях этого отношения может возникнуть дополнительный изгиб образца. Результаты испытаний на сжатие в сильной степени зависят от трения на торцах образца. Для уменьшения сил трения используют смазку (сила трения показана на рис. 3.5, а стрелочками).

Первичная диаграмма сжатия регистрируется в координатах «нагрузка Р — абсолютное уменьшение высоты образца Ah» (см. рис. 3.5). Как и на диаграмме растяжения, на диаграмме сжатия можно выявить сначала прямолинейный упругий участок, где выдерживается закон Гука, а затем упругопластический участок деформационного упрочнения. Однако спада нагрузки не происходит, более того, для пластичных материалов в конце диаграммы нагрузка резко возрастает за счет увеличения площади поперечного сечения образца.

Условную относительную деформацию при сжатии 8_СЖ, зависящую от уменьшения высоты образца (относительное укорочение), вычисляют по формуле.

где /*о и h — высота образца до испытания и после него.

Условную относительную деформацию при сжатии |/_сж, зависящую от увеличения площади поперечного сечения образца (относительное уширение), определяют, но формуле.

где F₀ и F — площадь максимального поперечного сечения образца до испытания и после него.

По внешнему виду формулы (3.2) и (3.3) похожи на формулы для подсчета относительного удлинения и относительного сужения при растяжении. Однако при растяжении происходят удлинение и сужение образца, а при сжатии — укорочение и уширение.

Для сжатия, как и для растяжения, можно ввести понятие истинной (логарифмической) деформации в_сж:

Как и при растяжении, первичную диаграмму сжатия можно представить в координатах «напряжение — деформация». Связь условных напряжений а_сж = P/Fq с истинными напряжениями $_сж = P/F при сжатии имеет вид.

Из формулы (3.4) следует, что при сжатии истинные напряжения меньше, чем условные, а при растяжении — наоборот, истинные напряжения выше условных при одинаковых значениях деформации.

По диаграмме сжатия, как и, но диаграмме растяжения, можно определить характеристики механических свойств: предел упругости, предел текучести, временное сопротивление, сопротивление разрушению. Следует отметить, что эти характеристики механических свойств зависят от условий испытаний, принятых допусков на остаточную деформацию, формул расчета и других факторов.

Характер разрушения образцов при сжатии сильно зависит от трения на контактных поверхностях. Хрупкие материалы, разрушающиеся хрупким отрывом при растяжении, могут разрушаться при сжатии в условиях высокого трения срезом по плоскостям, расположенным под углом 45° к продольной оси образца (рис. 3.6, а). При уменьшении трения смазкой разрушение хрупких материалов происходит вдоль продольных трещин (рис. 3.6, б).

Рис. 3.6. Характер разрушения хрупких материалов при сжатии в условиях высокого (а) и ослабленного (б) трения Для пластичных и высокопластичных материалов образование трещин и разрушение при сжатии могут не наступить, так как происходит сплющивание образца при высоких значениях укорочения и уширения.