Испытание металлов на растяжение. Диаграмма растяжения. Определение относительного сужения. Обозначение. Область применения

Прочность - свойство материалов сопротивляться разрушению или пластической деформации под действием внешней нагрузки. Наиболее простым и распространенным методом определения прочности материала является испытание его на растяжение (рисунок 1). Концы образца металла круглого сечения зажимают в разрывной машине и подвергают действию растягивающей нагрузки Р.

Рисунок 2 - Метод определения прочности на растяжение. ι_о - начальная длина; F₀- начальная площадь поперечного сечения; Δι - удлинение; ι_к - конечная длина образца в момент разрыва; F_к - площадь поперечного сечения образца в месте разрыва

Диаграмму растяжения можно построить в координатах «нагрузка Р -удлинение Δι» или в координатах «напряжение σ - относительная деформация ε». σ= Р/F₀ а ε= Δι/ι₀ ×100% (рисунок 3).
Под действием нагрузки в материале возникают деформации. Деформацией называется изменение размеров и формы тела, она может быть упругой и пластической. Упругой называют деформацию, влияние которой на форму, структуру и свойства тела полностью устраняется после прекращения действия внешней силы Р. На рисунке 3 упругая деформация характеризуется прямолинейным участком ОА. При упругой деформации изменяется расстояние между атомами в кристаллической решетке. При снятии нагрузки атомы становятся на прежние места и деформация исчезает.

Рисунок 3 - Диаграмма растяжения

Пластическая деформация наступает, когда напряжение превышает предел упругости (выше точки А) и после снятия нагрузки форма, структура и свойства тела не восстанавливаются полностью, т.е. имеет место остаточная деформация. На практике напряжение, при котором начинается пластическая деформация, оценивается пределом текучести σ_T. Его легко определить, если на диаграмме растяжения имеется площадка текучести (горизонтальный участок). Однако, многие материалы имеют диаграмму растяжения без площадки текучести (медь, латуни, алюминий и др.), тогда за предел текучести принимают напряжение, которое вызывает остаточное удлинение 0,2 % и обозначают σ_0,2. σ_T называют физическим, а σ_0.2 условным пределом текучести. Предел текучести используют в качестве одного из показателей прочности материала. Напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению, называется временным сопротивлением (σ_B) или чаще пределом прочности, оно измеряется в МПа. На рисунке 2 это максимальная точка на кривой σ-ε.

При пластической деформации часть кристалла сдвигается относительно другой части. Если нагрузку снять, то перемещенная часть кристалла не возвратится на старое место, деформация сохранится. Под пластичностью понимают свойство твердых материалов изменять без разрушения форму и размеры под влиянием внешней нагрузки или внутренних напряжений, устойчиво сохраняя образовавшуюся форму и размеры после прекращения этого влияния.

  Относительным сужением (ψ,%):

Способность металла пластически деформироваться является его важнейшим и полезнейшим свойством. Это свойство используется при изготовлении деталей гибкой, вытяжкой, штамповкой и т.д. Большое значение это свойство имеет и для повышения надежности металлических конструкций. Если у материала способность к пластическому деформированию низка, то он в изделиях склонен к внезапным хрупким разрушениям.

ВОПРОС 3