Какие образцы применяются для испытания материалов на растяжение
Перейти к содержимому

Какие образцы применяются для испытания материалов на растяжение

  • автор:

Испытание на растяжение

Испытание на растяжение металла заключаются в растяжении образца с построением графика зависимости удлинения образца (Δl) от прилагаемой нагрузки (P), с последующим перестроением этой диаграммы в диаграмму условных напряжений (σ — ε)

Испытания на растяжение проводятся по ГОСТ 1497, по этому же ГОСТу определяются и образцы на которых проводятся испытания.

Как уже говорилось выше, при испытаниях строится диаграмма растяжения металла. На ней есть несколько характерных участков:

  1. Участок ОА — участок пропорциональности между нагрузкой Р и удлинением ∆l. Это участок, на котором сохраняется закон Гука. Данная пропорциональность была открыта Робертом Гуком в 1670 г. и в дальнейшем получила название закона Гука.
  2. Участок ОВ — участок упругой деформации. Т.е., если к образцу приложить нагрузку, не превышающую Ру, а потом разгрузить, то при разгрузке деформации образца будут уменьшаться по тому же закону, по которому они увеличивались при нагружении

Выше точки В диаграмма растяжения отходит от прямой — деформация начинает расти быстрее нагрузки, и диаграмма принимает криволинейный вид. При нагрузке, соответствующей Рт (точка С ), диаграмма переходит в горизонтальный участок. В этой стадии образец получает значительное остаточное удлинение практически без увеличения нагрузки. Получение такого участка на диаграмме растяжения объясняется свойством материала деформироваться при постоянной нагрузке. Это свойство называется текучестью материала, а участок диаграммы растяжения, параллельный оси абсцисс, называется площадкой текучести.
Иногда площадка текучести носит волнообразный характер. Это чаще касается растяжения пластичных материалов и объясняется тем, что вначале образуется местное утонение сечения, затем это утонение переходит на соседний объем материала и этот процесс развивается до тех пор, пока в результате распространения такой волны не возникает общее равномерное удлинение, отвечающее площадке текучести. Когда имеется зуб текучести, при определении механических свойств материала, вводят понятия о верхнем и нижнем пределах текучести.

После появления площадки текучести, материал снова приобретает способность сопротивляться растяжению и диаграмма поднимается вверх. В точке D усилие достигает максимального значения Pmax. При достижении усилия Pmax на образце появляется резкое местное сужение — шейка. Уменьшение площади сечения шейки вызывает падение нагрузки и в момент, соответствующий точке K диаграммы, происходит разрыв образца.

Прилагаемая нагрузка для растяжения образца зависит от геометрии этого образца. Чем больше площадь сечения, тем более высокая нагрузка необходима для растяжения образца. По этой причине, получаемая машинная диаграмма не дает качественной оценки механических свойств материала. Чтобы исключить влияние геометрии образца, машинную диаграмму перестраивают в координатах σ − ε путем деления ординат P на первоначальную площадь сечения образца A0 и абсцисс ∆l на lо. Перестроенная таким образом диаграмма называется диаграммой условных напряжений. Уже по этой, новой диаграмме, определяют механические характеристики материала.

Определяются следующие механические характеристики:

Предел пропорциональности σпц – наибольшее напряжение, после которого нарушается справедливость закона Гука σ = Еε , где Е – модуль продольной упругости, или модуль упругости первого рода. При этом Е =σ/ε = tgα , т. е. модуль E это тангенс угла наклона прямолинейной части диаграммы к оси абсцисс

Предел упругости σу — условное напряжение, соответствующее появлению остаточных деформаций определенной заданной вели­чины (0,05; 0,001; 0,003; 0,005%); допуск на остаточную деформа­цию указывается в индексе при σу

Предел текучести σт – напряжение, при котором происходит увеличение деформации без заметного увеличения растягивающей нагрузки

Также выделяют условный предел текучести — это условное напряжение, при котором остаточная деформация достигает определенной величины (обычно 0,2% от рабочей длины образца; тогда условный предел текучести обозначают как σ0,2). Величину σ0,2 определяют, как правило, для материалов, у которых на диаграмме отсутствует площадка или зуб текучести

Предел прочности (временное сопротивление разрыву) σв – напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке Pmax , предшествующей разрыву образца

Кроме характеристик прочности материала, при испытании на растяжение определяют также характеристики пластичности — относительное удлинение δ и относительное сужение ψ

где lо – первоначальная расчетная длина образца, а lк – конечная расчетная длина образца

Растяжение металла

Испытание на растяжение металла от компании «Сфера технической экспертизы»

Испытания на растяжение металла – один из наиболее важных и используемых методов механического контроля. Они позволяют определить, насколько материал прочен и насколько может удлиниться. Любой новый материал должен пройти подобный метод контроля перед началом эксплуатации. Измеряя образец во время его растяжения, мы можем получить полную информацию о его механических характеристиках:

  • пластичность;
  • предел текучести;
  • модуле и пределе упругости;
  • вязкость и другие.

Как проводится испытание на растяжение

Существуют различные способы определения свойств металла: статические и динамические, циклические и проверка давлением. Для испытания на растяжение металла используются специальные испытательные машины – разрывные машины различных конструкций.

К материалу применяется растягивающее усилие, после чего измеряется реакция образца на напряжение. Испытание проводят с постоянной скоростью, а нагрузку измеряют с помощью датчика нагрузки.

Испытание металлов на растяжение от компании «Сфера технической экспертизы»

Это дает информацию о временном сопротивлении при растяжении, условном пределе текучести, относительном удлинении или относительном сужении. По результатам испытаний машина записывает диаграмму растяжения, на основе которой можно сделать выводы об основных характеристиках материала.

Заказать испытание на растяжение металла

В исследовательском центре «Сфера технической экспертизы» вы можете определить временное сопротивление, относительное сужение, относительное удлинение, а также предел текучести образцов исследуемых объектов. Высококвалифицированные специалисты нашей компании имеют многолетний опыт в данной области и на высоком уровне выполняют все работы в короткие сроки.

В нашем распоряжении собственная аккредитованная лаборатория и специализированное оборудование для проведения всех необходимых испытаний. Чтобы заказать испытание металла на растяжение, изгиб и ударный изгиб, измерение твердости металла, металлографическое исследование в нашей компании, необходимо заполнить заявку на сайте или связаться с нами по контактным телефонам.

Испытания на растяжение металла проводятся в соответствии с нормами ГОСТ 1497-84.

Механические статические испытания

Механические статические испытания являются одним из видов разрушающего контроля, при котором материал объекта контроля (ОК) подвергается однократной медленно возрастающей, либо постоянной механической нагрузке, приводящей к его деформации или разрушению. При проведении таких испытаний определяются механические свойства материала ОК, такие как упругость, сопротивление малым и большим деформациям, сопротивление разрушению, характеристика пластичности и др. Чтобы полнее выявить эти свойства, применяются различные способы статических испытаний:

  • испытание прочности на растяжение;
  • испытание прочности на сжатие;
  • испытание прочности на изгиб;
  • испытание прочности на кручение,

которые относятся к основным разновидностям таких испытаний.

В качестве ОК для проведения каждого способа испытаний изготавливаются специальные образцы, удовлетворяющие требованиям соответствующих стандартов. Результаты испытаний определяются по показаниям тензометров, закреплённых на ОК, либо измерениями штангенциркулями или микрометрами.

Испытание прочности на растяжение является наиболее распространённым по сравнению с другими видами и позволяет за один опыт получить сразу несколько характеристик, определяющих качество исследуемого материала. Такие испытания проводятся в разных температурных режимах:

  • при комнатной температуре по ГОСТ 1497 – 84;
  • при пониженных температурах от +10 до -100оС по ГОСТ 11150 – 84;
  • при повышенных температурах до 1200°С по ГОСТ 9651 – 84.

Метод испытаний при комнатной температуре (20±5°С) позволяет определить основные характеристики ОК: временное сопротивление разрыву σв относительное сужение Ψ и удлинение δ образца после разрыва, пределы текучести (условный σ0,2 и физический σт), пределы упругости σуп и пропорциональности σпц,

Образцы для проведения испытаний на растяжение следует выбирать по рекомендациям ГОСТ 1497, приложение 2 (цилиндрические образцы), или 3 (плоские образцы). Проводятся такие испытания на испытательных разрывных машинах с автоматической записью диаграммы испытаний в координатных осях: сила (F) – удлинение (Δl). На практике, для исключения влияния размеров образца, такие диаграммы перестраиваются в условные с координатными осями: напряжение (σ), деформация (ε).

Испытания малоуглеродистой стали

В качестве примера на рис. 1 приведена условная диаграмма испытания малоуглеродистой стали с отмеченными на ней основными участками.

σпц — участок упругой деформации; здесь, напряжение (σ) и деформация (ε) находятся в прямой пропорциональной зависимости (закон Гука). После снятия нагрузки, образец восстанавливается в своём исходном состоянии.

σу – максимальное напряжение, после которого в материале ОК начинаются пластические деформации (текучесть металла).

σт – предел текучести, при котором деформация растёт, а напряжение остаётся постоянным.

B2C – участок пластической деформации. Здесь в структуре материала ОК происходит сдвиг атомных слоёв по отношению друг к другу, в результате чего образец, после разгрузки, получает остаточную деформацию (пластическую) и не может возвратиться в исходное состояние. В процессе пластической деформации происходит нагрев образца, изменяется его электрическое сопротивление, а также акустические и магнитные свойства.

CD – участок, на котором за счёт пластической деформации материал ОК упрочняется (т.н. наклёп) и, соответственно, возрастает его сопротивление вплоть до предела прочности (σв).

DK – участок локальной текучести, где образуется местное сужение материала образца – «шейка», и дальнейшее его деформирование приводит к разрушению металла.

По данной методике проводятся испытания прочности на растяжение тонких металлических листов с учётом требований ГОСТ 11701-84, а также проволоки (ГОСТ 10446-80), труб (ГОСТ 10006-80), арматурной стали (ГОСТ 12004-81),

При пониженных температурах определяются, в основном, те же характеристики, что и при комнатной температуре, а к обозначению само́й характеристики добавляется цифровой индекс, например σт(-80) – предел текучести при температуре -80оС.

Для проведения таких испытаний рекомендуется использовать аппаратуру соответствующую ГОСТ 1497-84, где рабочее пространство разрывной машины позволяет установку криокамеры с удлинительными штангами, к которым крепятся испытательные образцы. При этом должно обеспечиваться надёжное центрирование испытательного образца в захватах машины.

Охлаждающими жидкостями для этих случаев служат смеси различных спиртов и других незамерзающих жидкостей с хладагентами (жидкий азот N2, твёрдая углекислота СО2 и др.) в различных пропорциях. Охлаждение образцов можно проводить и в газовой среде. Охладители не должны быть взрывоопасными, токсичными и агрессивными.

Испытание образцов при повышенных температурах (до 1200 оС) проводят по той же методике, что и при нормальной температуре. Отличие состоит в размерах и типе пропорциональных испытательных образцов, приведённых в приложении к ГОСТ 9651 – 84, а также в применении нагревательного оборудования и приборов, контролирующих и поддерживающих заданный температурный режим.

Испытание прочности на сжатие

Испытание прочности на сжатие. Методика проведения испытаний прочности на сжатие регламентируется ГОСТом 25.503-97 и производится, как правило, на таком же оборудовании, что и растяжение; при этом для устранения возможного перекоса образца применяются различные направляющие приспособления (например, шаровой вкладыш в верхнем захвате машины рис. 2а).

При сжатии образца на его торцовых гранях появляются силы трения, препятствующие горизонтальной деформации, и он приобретает форму «бочки» (рис. 2а). Для уменьшения сил трения применяют такие меры, как:

  • введение между контактными поверхностями образца и опорных плит различных прокладок и смазок;
  • использование образцов и подкладок с коническими торцами (рис. 2в);
  • сверление в образце центрального отверстия, снимающего напряжения на острие конуса (рис. 2г).

При испытании на сжатие пластичные материалы, как правило, не разрушаются, а сплющиваются, поэтому такие испытания проводятся, в основном, для хрупких материалов. Предел прочности (σсж) определяется отношением разрушающей нагрузки (Р) к первоначальной площади сечения (F): σсж = P/F (МПа или кгс/см2).

Испытание прочности на изгиб

Испытание прочности на изгиб регламентируется ГОСТ 14019—80 и проводятся по двум основным схемам (рис. 3 а. б).

  1. приложением сосредоточенной нагрузки (Р) к середине пролёта между опорами (l/2 на рис. 3а), при этом изгибающий момент Мизг = Pl/4;
  2. приложением двух, равноудалённых (а) от опор сосредоточенных нагрузок (рис. 3б), создающих на этом участке чистый изгиб, при котором Мизг = Ра/2.

Испытания на изгиб дают возможность определять напряжения (σ) при различных нагрузках и стрелу прогиба (f) испытательного образца

Испытания прочности на кручение определяются требованиями ГОСТ 3565-80 и проводятся для материалов, предназначенных для изготовления деталей работающих на вращение (валы, свёрла, торсионы, болты и пр.). Такие испытания выполняются как для пластичных материалов, так и для хрупких и позволяют определить все свойства и характеристики ОК.

Оборудование для испытания свойств материалов

Часто механические свойства материалов являются основными, поскольку готовые изделия в разных степенях подвергаются механическим нагрузкам. Выбор материала для определенной области применения также основывается на его механических свойствах: ударной прочности, удлинении при разрыве или пределе прочности. Конструкторам приходится руководствоваться опубликованными характеристиками различных материалов, каждый из которых имеет собственные реальные показатели. На практике эти характеристики могут отличаться от средних, что приводит к опасности неправильного выбора. Для определения реальных механических свойств различных материалов проводятся их механические испытания с использованием специального оборудования.

Оборудование для механических испытаний материалов

Для проведения стандартного набора механических испытаний материала используются:

• универсальные разрывные электромеханические машины;

• гидравлические разрывные машины;

Разрывные машины

Статические испытания материалов на сжатие, растяжение, изгиб, разрыв, прокол, сдвиг и адгезию проводят при помощи универсальных разрывных электромеханических машин. С их помощью определяются реальные механические свойства следующих материалов:

Измерение продольной деформации

Экстензометры представляют собой оборудование для измерения продольной деформации. Они могут оснащаться бесконтактными или контактными датчиками. Особенностью бесконтактных датчиков есть возможность проводить тестирование вплоть до разрушения материала без риска получить травму. Контактные датчики обладают большим диапазоном измерения с возможностью его плавной регулировки.

Испытания на растяжение

Горизонтальные испытательные машины предназначены для проведения испытаний на растяжение образцов материала. Они оснащаются гидравлическими захватами и экстензометрами для измерения поперечной и продольной деформации. Хорошо известны испытательные машины, которые выпускает Компания «Экситон Тест».

Испытания на разрыв

При проведении испытаний на разрыв деталей и материалов используются гидравлические разрывные машины. Они дают точные сведения о прочности деталей и сопротивлении материалов. Машина оснащается электрогидравлическим приводом. Кроме испытания на разрыв при помощи этого оборудования тестируются металлы на сжатие, изгиб и растяжение.

Сопротивление удару и ударная вязкость

Для определения сопротивления ударному воздействию различных материалов используются маятниковые копры. Они позволяют измерять энергию разрушения металлических, пластмассовых, стеклянных, нейлоновых, керамических, каменных, асбестовых материалов на ударную вязкость при разных ударных изгибах.

Испытание термопластов

Для нахождения индекса расплава термопластов используются пластомеры. Существует несколько видов этого оборудования, отличающихся наличием вспомогательных систем и датчиков.

Машины для испытания материалов

В ходе определения реальных механических свойств материалов кроме различного оборудования применяются специализированные машины для испытаний. Чаще всего применяются машины для определения следующих свойств:

• испытания на ползучесть, релаксацию напряжения и длительную прочность;

• испытания битумных вяжущих (испытания асфальта);

• пробирный анализ материалов (муфельные печи);

• определение реакционной способности и прочности кокса (печи и печные комплексы);

• стерилизация, сушка и тепловое хранение материалов (термошкафы);

• испытания под давлением (гидравлическая опрессовка и моделирование гидравлического удара);

• испытания уплотнений (камеры искусственного климата).

Определение характеристик ползучести

Машины для испытания на ползучесть применяются в машиностроении и металлургии, а также в условиях исследовательских лабораторий. Совместно с ними используются машины для тестирования длительной прочности и релаксации напряжения.

Определение характеристик асфальта

Для проведения испытаний битумных вяжущих используются камеры высокого давления, имитирующие старение материала. Они состоят из двух стальных корпусов, между которыми вмонтированы ленточные нагреватели. Оснащаются системами контроля давления и температуры, а также устройствами для их измерения. Испытания на изгиб асфальтовых образцов проводятся реометрами. Образец битумного вещества помещается в ванную с охлажденной жидкостью и подвергается постоянной нагрузке для определения скорости деформации в зависимости от температуры.

Нагрев до заданной температуры

В ходе испытаний материалов часто требуется нагреть образец до заданной температуры. Для этих целей используются муфельные печи. Благодаря своей конструкции они защищают исследуемый образец от контакта с топливом.

Исследования кокса

Чтобы измерить индекс реакционной способности и прочность кокса после взаимодействия используются специальные системы тестирования кокса — укомплектованные печные комплексы. Основными компонентами комплексов являются вращающаяся обжиговая печь и система определения реактивности по графиту.

Испытания материалов под давлением

В этих целях используются системы моделирования гидравлического удара и гидравлической опрессовки. Первая представляет собой гидравлическое устройство, моделирующее гидроудар в металлической или пластиковой трубе.

Проверка качества уплотнений

Испытание уплотнений проводится специальными устройствами, обычно состоящими из двух цилиндров, перемещающихся по оси. В один из цилиндров помещается уплотнение, а сам он помещается во второй. Динамометр измеряет усилие сопротивления перемещения цилиндров, тестируя уплотнение.

Автор: Администрация

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *