Испытание на растяжение

Цель работы — изучение методики проведения испытаний на растяжение и определения механических свойств.

Задачи — провести испытания на растяжение различных материалов и определить показатели прочности и пластичности.

Теоретические сведения Механическими называют свойства, которые материал проявляет при действии на него внешних, механических сил со стороны других тел. Действие силы вызывает деформацию твердого тела, и в нем возникают напряжения. Напряжение является удельной величиной и определяется как отношение силы, действующей на тело, к площади его сечения:

где — напряжение;

Р — сила;

F — площадь поперечного сечения Напряжение в системе СИ выражается в Н/м2 или МН/м2, т. е. МПа. На практике может быть использована размерность кгс/мм2 (1 кгс/мм2 =9,81МПа).

Процесс деформации под действием постепенно возрастающей нагрузки складывается из трех последовательно накладывающихся одна на другую стадий.

Рис. 1 Схема процесса деформации

Даже незначительное усилие вызывает упругую деформацию, которая в чистом виде наблюдается только при нагрузках до точки А. Упругая деформация характеризуется прямо пропорциональной зависимостью от нагрузки и упругим изменениям межатомных расстояний. При нагрузках выше точки, А в отдельных зернах металла, ориентированных наиболее благоприятно относительно направления деформации, начинается пластическая деформация. Дальнейшее увеличение нагрузки вызывает и увеличение упругой, и пластической деформации (участок АВ). При нагрузках точки В возрастание упругой деформации прекращается. Начинается процесс разрушения, который завершается в точке С.

Предел пропорциональности — это напряжение, ниже которого соблюдается прямая пропорциональная зависимость между напряжением и относительной деформацией:

где Рпц — нагрузка при пределе пропорциональности.

Предел упругости 0,05 — это условное напряжение, при котором остаточная деформация составляет 0,05% расчетной длины. Ввиду малости величины остаточной деформации на пределе упругости его иногда принимают равным пределу пропорциональности.

Предел текучести физический — это наименьшее напряжение, при котором образец деформируется без увеличения растягивающей нагрузки:

Если на кривой деформации отсутствует четко выраженная площадка текучести, то определяют предел текучести условный.

Условный предел текучести s0,2 — это напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,2% длины участка образца на его рабочей части, удлинение которого принимается в расчет при определении указанной характеристики:

Предел прочности (временное сопротивление) sВ — это условное напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке РМАХ, предшествовавшей разрыву образца:

Относительное удлинение после разрыва d — это отношение приращения расчетной длины образца (lK — l0) после разрушения к начальной расчетной длине l0, выраженное в процентах:

Для определения длины расчетной части lK после разрыва части образца плотно прикладывают друг к другу и измеряют расстояние между метками, которые ограничивали начальную расчета длину.

Относительное сужение — это отношение абсолютного уменьшения площади поперечного сечения в шейке образца (F0 — FK) к начальной площади сечения F0, выраженное в процентах:

где F0 и FK — площади поперечного сечения образца до и после испытания соответственно.

Протокол испытаний на растяжение:

Образец № 1.

Площадь поперечного сечения образца до испытания F0.

мм2.

Площадь поперечного сечения образца после испытания Fк.

мм2.

Нагрузка, соответствующая пределу текучести условному P0,2.

По диаграмме P0,2=500 кгс.

1 Н? 0,102 кгс, тогда.

P0,2=500/0,102=4902 Н Нагрузка, соответствующая пределу прочности PMAX.

По диаграмме Pmax=1900 кгс.

Pmax=1900/0,102=18 627 Н Предел текучести условный 0,2.

1 кгс/мм2 =9,81МПа.

кгс/мм2 = 250 МПа Предел прочности B.

кгс/мм2 = 950 МПа Относительное удлинение.

Относительное сужение.

Образец № 2.

Площадь поперечного сечения образца до испытания F0.

мм2.

Площадь поперечного сечения образца после испытания Fк.

мм2.

Нагрузка, соответствующая пределу текучести условному P0,2.

По диаграмме P0,2=500 кгс.

1 Н? 0,102 кгс, тогда.

P0,2=500/0,102=4902 Н Нагрузка, соответствующая пределу прочности PMAX.

По диаграмме Pmax=2000 кгс.

Pmax=2000/0,102=19 608 Н Предел текучести условный 0,2.

1 кгс/мм2 =9,81МПа.

кгс/мм2 = 250 МПа Предел прочности B.

кгс/мм2 = 1000 МПа Относительное удлинение.

Относительное сужение.

Образец № 3.

Площадь поперечного сечения образца до испытания F0.

мм2.

Площадь поперечного сечения образца после испытания Fк.

мм2.

Нагрузка, соответствующая пределу текучести условному P0,2.

По диаграмме P0,2=500 кгс.

1 Н? 0,102 кгс, тогда.

P0,2=500/0,102=4902 Н Нагрузка, соответствующая пределу прочности PMAX.

По диаграмме Pmax=2400 кгс.

Pmax=2400/0,102=23 529 Н Предел текучести условный 0,2.

1 кгс/мм2 =9,81МПа.

кгс/мм2 = 250 МПа Предел прочности B.

кгс/мм2 = 1100 МПа Относительное удлинение.

Относительное сужение.

Выводы: В результате выполнения лабораторной работы были закреплены теоретические знания по определению механических характеристик при испытании на растяжение. В ходе выполнения лабораторной работы были определены механические характеристики заданных образцов.

Полученные экспериментальные данные близки к табличным значениям (марочнику сталей) для заданных марок сталей, что свидетельствует о правильно проведенном расчете.

испытание растяжение нагрузка текучесть.

• 1. Прожерин А. Е., Накорнеева Т. Д., Денисов П. Ю. Механические свойства конструкционных материалов (испытание на растяжение): Методические указания. — Тюмень: Тюменский государственный нефтегазовый университет, 2002. — 12 с.
• 2. Беляев Н. М. Лабораторные работы по сопротивлению материалов: Учебное пособие для вузов. — М.: Государственное издательство технико-теоретической литературы, 1954. — 278 с.