1. Описание метода

Машина растяжения Zwick / Roell Z100 с максимальным усилием в 100 кН (рис. 1.1) предназначена для определения физико-механических свойств металлических и неметаллических материалов.

Цилиндрические (или плоские) образцы из металлического материала ГОСТ 1497-84 с длиной рабочей части 1₀ и начальной площадью сечения F₀ с утолщениями и резьбой на концах (рис.1.2) закрепляют в захватах 7 разрывной машины и подвергают растяжению с записью прилагаемого усилия Р.

По результатам испытаний строят зависимость Р (Н) от абсолютного удлинения образца ∆1 = 1_i - 1₀ (мм), где 1_i - длина образца в i момент времени. Для получения результатов, применимых к конструкциям другого сечения, зависимость преобразуют в диаграмму в координатах σ - ε, где σ = Р/F₀ – условное напряжение в сечении образца, ε = (1_i - 1₀)/1₀ х 100% - относительная деформация

Рис. 1.1. Общий вид машины растяжения Zwick / Roell Z100: 1 – две нагружающие рамы; 2 - подвижная траверса, приводимая в движение приводом 3 вида «винт-гайка», 4 - редукторы; 5 электродвигатель; 6 - неподвижная траверса; 7 - захваты для закрепления испытуемого образца 8; 9- датчик силы; 10 - блок управления машиной; 11 - системный блок компьютера со специализированным программным обеспечением обработки полученных данных.

Рис.1.2. Образец для испытаний на растяжение

Для ряда металлов, например, мало – и среднеуглеродистых сталей, способных подвергаться пластической деформации, диаграмма растяжения имеет вид рис. 1.3, а.

Рис. 1.3. Диаграммы растяжений материалов:

а — с площадкой текучести; б — без площадки текучести

Диаграмма состоит из 3-х участков: упругой деформации ОА, равномерной пластической деформации АС с площадкой текучести в точке В и сосредоточенной деформации шейки образца СD. Точка D соответствует напряжению, при котором происходит разрыв образца в месте шейки.

Участок ОА имеет прямолинейный вид и выражает закон Гука: относительная деформация получаемая образцом пропорциональна прилагаемому напряжению

ε = Е σ

Коэффициент пропорциональности Е = σ/ε называется модулем нормальной упругости или модулем Юнга и характеризует жесткость материала. Соответственно, жесткость - это способность материала сопротивляться упругой деформации. Наименее жестким материалом является резина Е = 0,07 ГПа, наиболее жестким — алмаз Е = 1200 ГПа, для сталей Е ~ 200 ГПа.

Точка А (рис. 1.3), а соответствует пределу упругости σ_e - максимальному напряжению, до которого металл сохраняет свои упругие свойства.

Прочность - это способность металла сопротивляться пластической деформации и разрушению.

Прочность характеризуют 2 параметра:

- предел текучести σ_Т - напряжение, при котором образец деформируется без заметного увеличения нагрузки («течет»)(точка В рис. 1.3, а). Характеризует сопротивление металла пластической деформации;

- условный предел прочности σ_В (по старой терминологии временное сопротивление) — напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца σ_В = Р_max / F₀ (точка С рис. 1.3, а). Характеризует сопротивление материала разрушению.

У ряда материалов, например высокоуглеродистых и легированных сталей, на диаграмме нет площадки текучести (рис. 1.3, б) и для них определяют условный предел текучести σ_0,2 - напряжение, при котором образец получает остаточное удлинение, равное 0,2% первоначальной длины 1₀.

Значения σ_Т (σ_0,2) металлических материалов существенно разнятся и составляют, например, 120 МПа для технического железа, 250 МПа для углеродистой стали типа Ст.3 и 1600 МПа для высокопрочной стали.

Из этих же испытаний на растяжение определяют и показатели пластичности материала:

- относительное удлинение δ = [(l _К - l₀) / l₀] 100%;

- относительное сужение ψ = [(F₀ - F _К) / F₀] 100%.

Для их получения обе половинки разорванного образца совмещают и измеряют конечную длину рабочей части 1_К, а также диаметр образца d_К в месте разрыва. По последнему считают F_К - конечную площадь сечения.

Чем больше δ и ψ, тем более пластичен металл.