Методы испытаний на растяжение металлов

Испытания на растяжение металлов являются важным этапом в оценке их механических свойств. Они помогают определить устойчивость и прочность материала под воздействием различных нагрузок. Для успешного проведения таких испытаний необходимо правильно подготовить образцы, следуя определенным методам и стандартам.

Подготовка образцов:

1. Вырезка заготовок: образцы изготавливаются из металлических заготовок с применением различных методов, таких как металлорезка, использование ножниц или штампов. Важно соблюдать указания в нормативно-технической документации относительно мест вырезки, количества и направления осей образцов.
2. Обработка на металлорежущих станках: образцы подвергаются обработке на металлорежущих станках с учетом необходимых мер по охлаждению и поддержанию свойств металла. Глубина резания ограничена до 0,3 мм на последнем проходе.
3. Сохранение поверхностных слоев: плоские образцы должны сохранять поверхностные слои проката. При необходимости допускается рихтовка или иная правка в соответствии с документацией.
4. Удаление заусенцев и обработка кромок: заусенцы на гранях образцов удаляются механическим способом без повреждения поверхности. Кромки могут подвергаться шлифовке для достижения требуемых параметров.
5. Контроль шероховатости: шероховатость обработанных поверхностей образцов должна соответствовать определенным стандартам. Для цилиндрических образцов допустимая шероховатость составляет до 1,25 мкм, а для плоских - до 20 мкм. Эти требования соответствуют стандартам шероховатости поверхности литых заготовок.
6. Возможность испытаний без предварительной обработки: в некоторых случаях испытания могут проводиться без предварительной механической обработки в соответствии с документацией.
7. Количество образцов для испытаний: обычно испытания на растяжение проводятся на двух образцах, если иное не указано в документации.
8. Характеристики пропорциональных образцов: для испытаний на растяжение используются пропорциональные образцы с определенными характеристиками. Диаметр или толщина рабочей части образцов должны быть не менее 3,0 мм. Предпочтительно использовать короткие образцы, однако также допускается применение других типов согласно требованиям документации.
9. Определение размеров образцов: Тип и размеры образцов определяются нормативно-технической документацией. Допускается использование других размеров пропорциональных образцов, но соотношение ширины и толщины плоских образцов не должно превышать 8:1.
10. Крепление образцов: Форма и размеры головок и переходных частей образцов зависят от способа их крепления в испытательной машине. Крепление должно обеспечивать надежное удержание образцов и предотвращать их проскальзывание и деформацию.
11. Маркировка образцов: Маркировка образцов производится вне рабочей длины, чтобы не повредить результаты испытаний и обеспечить правильную идентификацию образцов.

Следование этим методам и рекомендациям при подготовке образцов для испытаний на растяжение позволяет получить надежные и точные результаты, необходимые для оценки механических свойств металлических материалов.

Проведение испытаний и обработка результатов

Расчет предела пропорциональности

Предел пропорциональности является важным параметром для оценки механических свойств материалов и определяется с использованием тензометров или графическим способом на начальном участке диаграммы напряжения-деформации.

Расчетный способ: Этот метод включает постепенное нагружение образца до усилия, соответствующего 70—80 % от предполагаемого предела пропорциональности. Нагружение проводится ступенями с временем выдержки на каждой ступени до 5—7 секунд. Приращение удлинения для каждой малой ступени нагрузки сравнивается со средним значением приращения удлинения. Затем определяется усилие, соответствующее подсчитанному значению приращения удлинения с применением метода линейной интерполяции.

Графический способ: Этот метод основан на анализе начального участка диаграммы напряжения-деформации. Удлинение определяется на участке, равном базе измерителя деформации, с определенным масштабом по осям.

Предел пропорциональности является важным показателем для многих инженерных расчетов и дает информацию о том, до какого предела материал может деформироваться упруго, то есть без необратимых изменений формы. Точное определение этого параметра необходимо для обеспечения безопасности и надежности конструкций и изделий из металла.

Расчет модуля упругости

Модуль упругости — это важная характеристика материала, определяемая с помощью различных методов. Два основных метода - тензометрический и графический, каждый из которых обладает своими особенностями и применением.

Тензометрический метод:

1. Установка оборудования: Тензометр или измеритель деформации устанавливают на образец после приложения начального усилия, соответствующего напряжению от 10 до 15% от предполагаемого предела пропорциональности.
2. Нагружение образца: проводят нагружение образца равными ступенями до усилия, соответствующего напряжению от 70 до 80% от предполагаемого предела пропорциональности. Величина ступени нагружения составляет 5—10% от предполагаемого предела пропорциональности.
3. Определение удлинения: По результатам испытаний определяют среднюю величину приращения удлинения образца на каждой ступени нагружения.

Графический метод:

1. Нагружение образца: Образец нагружают до усилия, соответствующего напряжению от 70 до 80% от предполагаемого предела пропорциональности.
2. Построение диаграммы: строят диаграмму растяжения по начальному участку. Масштаб по оси удлинения должен быть не менее 100:1 при базе измерителя деформации 50 мм и более, и не менее 200:1 при базе измерителя менее 50 мм; по оси усилия 1 мм диаграммы должен соответствовать не более 10 Н/мм² (1,0 кгс/мм²).
3. Определение модуля упругости: Модуль упругости вычисляется по наклону начального участка диаграммы растяжения.

Использование тензометрического и графического методов позволяет достоверно определить модуль упругости материала, что является важным в инженерных расчетах и конструкционной практике.

Расчет пределов текучести: физический, верхний и нижний

Пределы текучести являются важными характеристиками материала, определяемыми по диаграмме растяжения, полученной на испытательной машине. Для надежного расчета используются различные методы, включая контрольно-сдаточные испытания и определение по диаграмме растяжения.

Физический предел текучести:

1. Метод определения: Физический предел текучести определяется по диаграмме растяжения. При контрольно-сдаточных испытаниях допускается определение по явно выраженной остановке стрелки или цифрового индикатора силоизмерительного устройства испытательной машины. В случае разногласий в оценке качества металлопродукции также применяется метод определения по диаграмме растяжения.
2. Скорость нагружения: Скорость нагружения должна быть установлена в области упругости и поддерживаться по возможности постоянной до достижения верхнего предела текучести. При определении физического и нижнего пределов текучести скорость относительной деформации образца на стадии текучести должна быть в пределах от 0,00025 до 0,0025 с⁻¹, если в нормативно-технической документации на металлопродукцию нет других указаний.

Верхний и нижний предел текучести:

1. Метод определения: Верхний и нижний предел текучести также определяются по диаграмме растяжения, полученной на испытательной машине. При разногласиях в оценке качества металлопродукции применяется определение по диаграмме растяжения, полученной с применением тензометра.
2. Скорость нагружения: Требования к скорости относительной деформации образца на стадии текучести такие же, как и для физического предела текучести.

Соблюдение указанных методов и требований позволяет провести надежный расчет пределов текучести, что является важным при проектировании и использовании материалов в различных отраслях промышленности.

Расчет временного сопротивления в материалах

Временное сопротивление материала — это важный показатель его прочности, который определяется под действием плавно возрастающего усилия до разрушения образца. Применение соответствующих методов и условий при испытаниях позволяет получить достоверные результаты.

Метод определения:

1. Растяжение образца: Образец подвергается растяжению при постепенно возрастающем усилии до момента разрушения.
2. Определение временного сопротивления: Наибольшее усилие, которое предшествует разрушению образца, принимается за временное сопротивление материала.

Важно соблюдать эти условия при проведении испытаний на временное сопротивление, чтобы получить достоверные и репрезентативные данные о прочности материала. Эти данные являются ключевыми при проектировании и использовании материалов в различных отраслях промышленности.

Расчет конечной расчетной длины образца

После проведения испытаний на прочность материала необходимо определить конечную расчетную длину образца, что является важным этапом для дальнейшего анализа результатов испытаний. Для этого применяются определенные методы и условия, описанные ниже.

Метод определения:

1. Подготовка разрушенного образца: Разрушенные части образца плотно складывают так, чтобы их оси образовали прямую линию.
2. Измерение конечной расчетной длины: Измерение проводится штангенциркулем при значении отсчета по нониусу 0,1 мм.
3. Определение: Конечная расчетная длина образца определяется измерением расстояния между метками, ограничивающими расчетную длину.

Условия проведения:

1. Пересчет при необходимости: Если расстояние от места разрыва до ближайшей из меток составляет 1/3 или менее начальной расчетной длины, и относительное удлинение после разрыва не удовлетворяет требованиям нормативно-технической документации (НТД) на металлопродукцию, то проводится определение относительного удлинения после разрыва с отнесением места разрыва к середине.
2. Пересчет по кернам или рискам: Пересчет производят по заранее нанесенным вдоль рабочей части образца кернам или рискам, например через 5 или 10 мм.

Соблюдение указанных методов и условий при определении конечной расчетной длины образца обеспечивает получение достоверных и репрезентативных данных, необходимых для последующего анализа и интерпретации результатов испытаний.

Когда результаты испытаний на растяжение металлов не учитываются

При проведении испытаний на растяжение металлов необходимо учитывать различные факторы, влияющие на достоверность получаемых результатов. Однако, существуют определенные ситуации, когда полученные данные не учитываются из-за некорректности или недостоверности результатов.

1. Разрыв по кернам (рискам): если при разрыве образца по кернам или рискам какая-либо характеристика механических свойств не соответствует установленным требованиям в нормативно-технической документации (НТД) на металлопродукцию, полученные результаты не учитываются.
2. Разрыв в захватах испытательной машины или за пределами расчетной длины: если образец разрывается в захватах испытательной машины или за пределами расчетной длины образца, это также приводит к неучету результатов испытаний.
3. Разрыв по дефектам металлургического производства: при разрыве образца по дефектам металлургического производства и получении неудовлетворительных результатов испытаний, эти данные также не учитываются.

В случае отсутствия других указаний в нормативно-технической документации на металлопродукцию, испытания повторяются на таком же количестве образцов. Это позволяет обеспечить получение надежных и репрезентативных данных о механических свойствах материала для дальнейшего анализа и принятия решений.