Charakteristiky zjištěné statickými tahovými zkouškami. Hlavní druhy materiálů

Statické napětí je jednou z nejběžnějších zkoušek, jejímž účelem je zjištění mechanických vlastností materiálu.

Při statické zkoušce tahem se zjišťují následující materiálové charakteristiky:

  1. Charakteristiky pružnosti, které zahrnují Youngův modul nebo modul pružnosti.
  2. Pevnostní charakteristiky, které zahrnují skutečnou pevnost v tahu, proporcionální limit, pevnost v tahu nebo pevnost v tahu a mez kluzu.
  3. Charakteristiky plasticity, které zahrnují relativní zbytkové prodloužení a relativní zbytkové zúžení.
  4. Další charakteristiky, které zahrnují modul tuhnutí a koeficient mechanické anizotropie.

Článek: Statické zkoušky tahem

Youngův modul je veličina, která charakterizuje schopnost materiálu odolávat tlaku a tahu během elastické deformace.

Materiály se dělí na tvárné a křehké. Hlavním rozdílem mezi nimi je, že proces mechanického zkoušení plastových materiálů je doprovázen tvorbou plastických deformací. a při zkoušení křehkých materiálů dochází ke vzniku plastických deformací až při jejich destrukci. Jako kritérium pro klasifikaci materiálů se používá relativní zbytkové prodloužení, které se počítá v procentech a představuje rozdíl mezi počáteční délkou zkušebního vzorku a konečnou. Podle tohoto kritéria se rozlišují následující materiály:

  1. Plast, u kterého je trvalé trvalé prodloužení minimálně 10 %.
  2. Nízká plasticita, u které se relativní zbytkové prodloužení pohybuje od 5 do 10 %.
  3. Křehký, u kterého je trvalé trvalé prodloužení maximálně 5 %.

Statická zkouška tahem pro kovy

Zkouška tahem kovu sestává z natažení vzorku a vynesení grafu jeho prodloužení v závislosti na aplikovaném zatížení a poté převedení tohoto diagramu na diagram podmíněného napětí. Příklad vzorových diagramů a diagramů napětí-deformace je uveden na obrázku níže.

Obrázek 1. Ukázková schémata. Author24 – online výměna studentských prací

Obrázek 2. Diagram. Author24 – online výměna studentských prací

Na výše uvedeném diagramu je úsek OA úsek úměrnosti mezi zatížením a prodloužením; je na něm zachován Hookeův zákon, který objevil v roce 1670 Robert Hooke.

Úsek OB je úsekem pružné deformace. Je-li na vzorek aplikováno zatížení, které nepřesahuje elastické, a poté odlehčeno, pak se při odlehčování deformace zkušebního vzorku zmenšují podle zákona podobného tomu, při kterém se zvětšovaly při zatěžování.

Nad bodem B se diagram odchyluje od přímky, to znamená, že deformace začíná narůstat rychleji než zatížení, takže diagram má křivočarý vzhled. Když je zatížení v bodě C, diagram přejde do vodorovného řezu. V této fázi vzorek dostává výrazné trvalé prodloužení, ale prakticky nedochází ke zvýšení zatížení. To je vysvětleno skutečností, že materiál se deformuje při konstantním zatížení. Tato vlastnost se nazývá tekutost.

READ
Jak se jmenuje malá kotoučová pila?

V některých případech má výnosová plošina vlnovitý charakter. Ve většině případů se jedná o plastové materiály, tento jev je vysvětlován tím, že nejprve dojde k lokálnímu ztenčení průřezu a následně k jeho přenosu do přilehlého objemu vzorku. Tento proces se vyvíjí, dokud se v důsledku šíření vln neobjeví obecné rovnoměrné prodloužení, které odpovídá plató výnosu. Pokud existuje zub kluzu, pak je nutné při stanovení mechanických vlastností kovu zavést pojem horní a dolní mez kluzu.

Když se objeví plató kluzu, materiál má opět schopnost odolávat roztahování a diagram stoupá. V bodě D dosáhne zatížení maximální hodnoty a na vzorku se objeví krček – lokální zúžení. Snížení oblasti lokálního zúžení způsobí snížení zátěže a když dosáhne hodnoty, která odpovídá hodnotě v bodě K, zkušební vzorek praskne.

Zatížení, které působí na kovový vzorek, závisí na jeho geometrii. Čím větší je plocha průřezu, tím vyšší je zatížení potřebné k natažení vzorku. V důsledku toho schéma stroje neposkytuje kvalitativní posouzení mechanických vlastností kovu. Aby se vyloučil vliv geometrie vzorku na konečný výsledek zkoušky, musí být schéma stroje rekonstruováno v souřadnicích podmíněných napětí vydělením pořadnice zatížení počáteční plochou vzorku a úsečkou prodloužení. podle původní délky vzorku. Výsledný diagram se nazývá diagram podmíněného napětí a používá se k určení takových mechanických charakteristik kovu, jako je mez pružnosti, mez proporcionality, pevnost v tahu a mez pružnosti.

Laboratorní práce č. 1 o tahové a tahové zkoušce vzorku oceli z nízkouhlíkové oceli (video).

Účelem práce je studium chování nízkouhlíkové oceli v tahu a stanovení jejích mechanických vlastností.

Základní informace

Tahové zkoušky jsou hlavní a nejrozšířenější metodou laboratorního výzkumu a kontroly mechanických vlastností materiálů.

Tyto testy se také provádějí ve výrobě, aby se zjistila jakost oceli dodávané závodem nebo aby se vyřešily konflikty během vyšetřování nehod.

V takových případech se kromě metalografických studií zjišťují hlavní mechanické vlastnosti na vzorcích odebraných z oblasti strukturální destrukce. Vzorky jsou vyráběny podle GOST 1497-84 a mohou mít různé velikosti a tvary (obr. 1.1).

Zkušební vzorky v tahu

Rýže. 1.1. Zkušební vzorky v tahu

Mezi odhadovanou délkou vzorku lо a rozměry průřezu Aо (nebo dо u kulatých vzorků) je zachován určitý poměr:

READ
Jak zařídit pozemek v blízkosti soukromého domu, kde začít?

U zkušebních strojů je síla generována buď ručně – mechanickým pohonem, nebo hydraulickým pohonem, který je typický pro stroje s vyšším výkonem.

Při této práci používáme univerzální zkušební stroj UMM-20 s hydraulickým pohonem a maximální silou 200 kN nebo cvičný univerzální zkušební stroj MI-40KU (síla až 40 kN).

Prováděcí příkaz a zpracování výsledků

Vzorek nainstalovaný v rukojetích stroje po zapnutí čerpadla, které vytváří tlak v pracovním válci, zaznamená tahovou deformaci. V měřicí jednotce stroje je stupnice s pracovní šipkou, podél které pozorujeme nárůst přenášené síly F.

Závislost protažení pracovní části vzorku na působení tahové síly při zkoušce je zobrazena na milimetrovém papíru grafové aparatury v osách F-Δl (obr. 1.2).

Na začátku zatěžování závisí deformace lineárně na silách, proto se sekce I diagramu nazývá sekce úměrnosti. Za bodem B začíná tzv. výnosový úsek II.

V této fázi se ručička siloměru jakoby zakopne, zastaví se a z bodu B na diagramu je nakreslena buď přímka rovnoběžná s vodorovnou osou nebo mírně vinutá čára – deformace se zvětšují, aniž by se zvyšovalo zatížení. Struktura materiálu je přeskupena a nepravidelnosti v atomových mřížkách jsou eliminovány.

Dále zapisovatel kreslí samozesilující oddíl III. S dalším zvyšováním zatížení dochází ve vzorku k nevratným velkým deformacím, soustředěným především do zóny s makroporuchy ve struktuře – vzniká zde lokální zúžení – „krček“.

V sekci IV je zaznamenáno maximální zatížení, pak se síla snižuje, protože v oblasti „krku“ se průřez prudce zmenšuje a vzorek se rozbije.

Při zatěžování v řezu I dochází ve vzorku pouze k elastickým deformacím, při dalším zatěžování se objevují i ​​plastické deformace — zbytkové deformace.

Pokud ve fázi samoposilování začnete vzorek vykládat (například z bodu C), zapisovač nakreslí rovnou čáru CO1. Diagram je zaznamenán jako elastické deformace Δlу (O1О2) a zbytkové Alost (OO1). Nyní bude mít vzorek jiné vlastnosti.

Takže s novým načtením tohoto vzorku se nakreslí diagram O1CDE, a prakticky to bude jiný materiál. Tato operace, nazývaná kalení za studena, je široce používána například v armaturách pro zlepšení vlastností drátu nebo armatury.

Tahový diagram (obr. 1.2) charakterizuje chování konkrétního vzorku, nikoli však obecné vlastnosti materiálu. Pro získání charakteristik materiálu je konstruován podmíněný diagram napětí, na kterém jsou vyneseny relativní hodnoty – napětí σ=F/A a relativní deformace ε=Δ ​​l/l (obr. 1.3), kde Al – počáteční parametry vzorku.

READ
Jak se zbavit vlhkého zápachu ve sklepě?

Tahový diagram vzorku měkké oceli

Rýže. 1.2. Tahový diagram vzorku měkké oceli

Konvenční diagram napětí v tahu

Rýže. 1.3. Konvenční diagram napětí v tahu

Konvenční diagram tahových napětí umožňuje určit následující charakteristiky materiálu (obr. 1.3):

σpc – mez proporcionality – napětí, jehož překročení vede k odchylce od Hookova zákona. Po vytvrzení σpc lze zvýšit o 50-80%;

σу – mez pružnosti – napětí, při kterém zbytkové prodloužení dosáhne 0,05 %. Napětí σу velmi blízko σpc a je odhalen jemnějšími testy. V této práci σу není instalován;

σт – mez kluzu – napětí, při kterém se při konstantním zatížení zvyšuje deformace.

Někdy není v diagramu patrné žádné plató na kluzu, pak se stanoví podmíněná mez kluzu, při které je zbytková deformace ≈0,2 % (obr. 1.4);

Stanovení meze pružnosti a podmíněné meze kluzu

Rýže. 1.4. Stanovení meze pružnosti a podmíněné meze kluzu

σpchв ) – mez pevnosti (dočasný odpor) – napětí odpovídající maximálnímu zatížení;

σр – odbourávání stresu. Určí se podmíněné σ р a pravdivé σ a р=Fр/Aш , kdeш – plocha průřezu „krku“ v místě prasknutí.

Zjišťují se také plastické charakteristiky – relativní zbytkové prodloužení

kde l1 – vypočtená délka vzorku po roztržení,
a relativní zbytkové zúžení

Z diagramu napětí můžete přibližně určit modul pružnosti prvního druhu

a po operaci kalení σpc zvyšuje o 20-30 %.

Práce vynaložená na destrukci vzorku W je graficky znázorněna na Obr. 1.2 plošný diagram OABDEO3. Tato oblast je přibližně určena vzorcem:
W = 0,8∙Fmax∙Δlmax.

Konkrétní práce vynaložená na zničení vzorku udává stupeň odolnosti materiálu vůči destrukci w = W/V, kde V = A∙l – objem pracovní části vzorku.

Na základě získaných pevnostních a deformačních charakteristik a referenčních tabulek je vyvozen závěr o vhodné jakosti oceli pro zkoušený materiál