Министерство образования и науки Российской Федерации

Ивановский государственный университет

Кафедра экспериментальной и технической физики

Испытания металлов

НА ОДНООСНОЕ РАСТЯЖЕНИЕ

Методические указания к лабораторному практикуму

по курсу «Физика реального кристалла»

для студентов специальности 010400 «Физика»

Иваново 2008

Печатается по решению методической комиссии

физического факультета

Ивановского государственного университета

Составитель:

кандидат техн. наук В.В. Новиков

(Ивановский государственный университет),

Рецензент:

кандидат техн. наук С.А. Егоров

(Ивановская государственная текстильная академия)

1. Теоретические сведения

Деформацией называется изменение размеров и формы тела. Деформа­ции разделяются на упругие и пластические. Упругие деформации исчезают, а пластические остаются после окончания действия сил. В основе упругих деформаций лежит обратимые смещения атомов вещества из положения равновесия; в основе пластических деформаций — необратимое перемещение одних частей тела по отношению к другим.

Растяжение — простой и наиболее распространенный метод определения прочности и пластичности. Диаграмма растяжения в координатах «нагрузка — удлинение образца» (рис.1) включает в себя три части: 1) участок упругой деформации до нагрузки Р_упр, 2) участок равномерной пластической деформации от Р_упр до Р_макс и 3) участок сосредоточенной деформации — развития шейки от Р_макс до Р_к.

У

Рис. 1. Характерные точки на диаграмме растяжения, по которым рассчитывают прочностные характеристики

часток упругой деформации характеризует жесткость материала. Тангенс угла наклона прямолинейного участка пропорционален модулю упругости материалаЕ. Линейная зависимость между Р и l нарушается лишь на небольшом участке от Р_пц до Р_упр из-за упругих несовершенств металла, связанных с дефектами решетки.

Пластическое деформирование идет при все возрастающей нагрузке, так как металл упрочняется в процессе деформирования. Упрочнение металла при деформировании называют наклепом. Хотя разрыв образца происходит при снижающейся нагрузке, металл продолжает упрочняться до самого момента разрушения.

Диаграмма «нагрузка — удлинение образца» просто преобразуется в диаграмму «напряжение — деформация» путем перерасчета напряжения   P/S₀ и деформации   l/l₀, где S₀ – площадь поперечного сечения образца и l₀ – длина образца перед испытанием. Напряжения _пц, _упр, _т, _в — стандартные характеристики прочности материала. Они называются условными, поскольку принимают, что площадь поперечного сечения в процессе деформации не изменяется.

Предел упругости определяется как напряжение, при котором пластическая деформация достигает некоторой малой величины, установленной техническими условиями. Часто используют величину остаточной деформации 0.05 %. Соответствующий предел упругости обозначают _0.05, Предел упругости — важная характеристика пружинных материалов, которые используются для упругих элементов машин и приборов.

Предел текучести _т легко определить, если на диаграмме растяжения имеется площадка текучести. Однако многие материалы (медь, латунь, аустенитные стали, алюминий) имеют диаграмму растяжения без площадки текучести, поэтому условным пределом текучести называют напряжение, которое вызывает остаточную деформацию 0.2 %. Пределы упругости и текучести характеризуют прочность материалов при малых деформациях. Предел прочности (временное сопротивление) _в характеризует предельную несущую способность материала, его прочность.

Пластичность характеризует относительное удлинение  и относительное поперечное сужение  образца

, ,

где l₀ и S₀ — начальная длина и площадь поперечного сечения образца, l_к и S_ê — конечная длина образца и площадь поперечного сечения в месте разрыва.

Один и тот же материал может находится в вязком или в хрупком состоянии. Критерием состояния материала служит характер разрушения. Различают вязкое и хрупкое разрушение.