Механические свойства металлов

 

Механические свойства металлов в зависимости от назначения деталей определяются различными видами испытаний на растяжение, сжатие, кручение, изгиб, усталостную долговечность, твердость и др.

Основными механическими свойствами материалов, которые указываются в сертификатах, являются характеристики, полученные при статическом растяжении со скоростями деформации = 10^-4–10^-2 с^-1.

Растяжение – самый распространенный вид испытаний.

Для получения сопоставимых результатов методики проведения механических испытаний регламентированы соответствующими стандартами, например, при растяжении: ГОСТ 1497 «Металлы. Методы испытания на растяжение», ГОСТ 9651 «Металлы. Методы испытания на растяжение при повышенных температурах», и др.

Типы образцов и виды оборудования

 

Согласно ГОСТ 1497 для испытаний на растяжение применяются образцы цилиндрические с пяти- (l _O = 5 d _O) или десятикратной (l _O = 10 d _O) расчетной длиной l _O (где d _O – исходный диаметр образца) или плоские c l _O = 5,65 (где F _O – исходная площадь поперечного сечения образца).

Размеры образцов до и после испытания измеряют с точностью: диаметры – 0,01 мм; длины – 0,1 мм. Площади поперечного сечения образца округляют с точностью 0,1 мм², значения напряжений – 1,0 Н/мм². Шероховатость поверхности рабочей части образца должна быть не более

1,25 мкм.

 

Диаграмма растяжения

 

Испытание на растяжение проводят с записью или без записи диаграммы растяжения, общий вид которой приведен на рис. 3.

 

Рис. 3. Типичная диаграмма растяжения

 

На диаграмме растяжения можно выделить три вида деформации: упругую (I – до точки А), равномерную (II – от точки A до P _max) и сосредоточенную (III – от P _max до P _К), в соответствии с которыми происходит изменение размеров и формы образца.

При растяжении до точки В (P _max) деформация образца равномерная по всей длине, а затем она переходит в сосредоточенную, происходящую преимущественно в шейке образца. При этом изменяется схема напряженного состояния от линейного к объемному неравномерному растяжению.

Размеры на диаграмме растяжения (см. рис. 3) показывают:

-D L _К, D L _Р, D Li, D L _{0,2 %} – абсолютные удлинения, соответствующие общему d, равномерному d_Р и текущему d i относительным удлинениям образца, и остаточной деформации 0,2%;

- Нi – ордината усилия.

При растяжении общая пластическая деформация состоит из двух составляющих:

а) упругой (D L _У), исчезающей после снятия нагрузки;

б) пластической или остаточной (D Li), сохраняющейся после снятия нагрузки и вызывающей изменение формы и размеров образца.

При обработке диаграмм растяжения необходимо знать масштабы усилия m _Р и деформации m _L, которые на универсальных разрывных машинах обычно указываются. Например, для машины УМЭ-10ТМ масштаб по деформации примерно равен m _L =50:1, а масштаб усилия m _Р для различных шкал испытания составляет: А (19,6 кН) – 39,2 Н/мм (4 кгс/мм), B (49 кН) – 98 Н/мм (10 кгс/мм).

В других случаях масштабы усилия и деформации определяют по диаграмме растяжения:

m _Р = P _max / H _max (Н/мм);

m_L = D L _К / D l _К;

D L _{1 %} = D L _К / d (мм/%),

где D l _К = l _К – l _O – изменение длины образца при испытании;

H _max – ордината усилия P _max.

D L _{1 %} (мм /%) – масштаб по деформации, показывающий величину отрезка D L

диаграммы растяжения, приходящегося на 1% относительного удлинения образца d.

Величину отрезка D L _{0,2 %} (мм) можно определить по формуле

 

D L _{0,2 %} = 0,2 D L _{1 %} .