Испытательные машины, измерительные приборы

Для испытаний применяют разрывные машины с механическим, электрическим или гидравлическим приводом. Принцип работы и основные элементы испытательных машин любого типа следующие. Подвижная траверса 1 (рис. 1.2) с закрепленным на ней активным захватом 2, перемещаясь вниз, создаёт в образце 3 усилие растяжения F, которое передается через пассивный захват 4 силоизмерителю 5.

Работа силоизмерителя основана либо на отклонении маятника - противовеса через систему рычагов, либо (как показано на рисунке) на принципе тензометрии. Нагрузка отсчитывается по шкале 6 силоизмерителя. На диаграммном аппарате 7 вычерчивается машинная диаграмма. Привод диаграммного аппарата осуществляется либо механической передачей от стрелки силоизмерителя (координата F) и перемещения подвижной траверсы (координата ), либо, как показано на рисунке, средствами электроники: силоизмеритель 5, тензометр 8 → усилители → электродвигатели → перо самописца. На станине 9 крепятся электропривод испытательной машины, перечисленные выше узлы и органы управления.

2. Диаграммы растяжения.

2.1. Машинные диаграммы растяжения. Впроцессе испытаний на растяжение диаграммный аппарат разрывной машины вычерчивает график зависимости между силой F, растягивающей образец, и соответствующим удлинением Δl.

Вид типичной машинной диаграммы растяжения малоуглеродистой стали представлен на рис. 1.3. Рассмотрим характерные участки и точки этой диаграммы, а также соответствующие им стадии деформирования образца.

В начальной стадии испытания до точки А справедлив закон Гука – линейная зависимость между усилием F и удлинением Δ l. При растягивающей силе F_у (точка В), почти не отличающейся от F_пц, в образце возникнут первые остаточные деформации.

После точки А при дальнейшем растяжении образца диаграмма становится криволинейной и плавно поднимается до точки С, где наблюдается переход к горизонтальному участку СD, называемому площадкой текучести. На этом участке наблюдается рост удлинения образца без увеличения нагрузки (растягивающая сила постоянна и равна F _т). Это явление называется текучестью металла и сопровождается остаточным (пластическим) удлинением образца, не исчезающем после разгрузки. Начало пластической деформации соответствует наступлению некоторого критического состояния металла, которое сопровождается повышением температуры; у стали изменяется электропроводность и магнитные свойства. При пластической деформации полированная поверхность образца становится матовой и на ней можно обнаружить сетку линий, наклоненных под углом примерно 45⁰. Это так называемые линии Людерса-Чернова, представляющие собой следы сдвигов частиц материала. Направление указанных линий соответствует площадкам, на которых при растяжении образца возникают наибольшие касательные напряжения.

Наличие площадки текучести характерно лишь для малоуглеродистых сталей, а также встречается у некоторых марок титановых сплавов и латуней. Для сталей высокоуглеродистых, легированных, термически или механически обработанных, цветных металлов и сплавов, пластмасс площадки текучести не наблюдается. Участок упругих деформаций при испытании упомянутых материалов плавно переходит в участок упрочнения. Отсутствие площадки текучести затрудняет выявление предела текучести - характеристики чрезвычайно важной, поскольку она ограничивает несущую способность. При нагрузке, соответствующей пределу текучести, материал в большинстве случаев не может считаться работоспособным с эксплуатационной точки зрения.

По окончании стадии текучести материал вновь начинает сопротивляться деформации, здесь связь между силой и удлинением нелинейна: удлинение растет быстрее, чем нагрузка. Этот участок диаграммы DE называют зоной упрочнения. Точка Е соответствует наибольшему усилию F_max. До этого момента удлинения равномерно распределялись по длине l₀ образца, площади поперечных сечений расчетной части образца изменялись незначительно и также равномерно по длине.

После достижения усилия F_max при дальнейшем растяжении образца деформации происходят, главным образом, на небольшой длине образца. Это ведет к образованию местного сужения в виде шейки (рис. 1.4) и к падению величины растягивающей силы. Окончательное разрушение образца произойдет в точке Т при силе F_к.

Если в какой-либо момент испытаний на участке упрочнения, например, в точке М (см. рис. 1.3), снять нагрузку с образца, то перо самописца прочертит линию MN, близкую к прямой, параллельной участку упругих деформаций 0А. При разгрузке удлинение Δl полностью не исчезает. Оно уменьшится на величину упругой части удлинения Δl_упр (см. рис. 1.3). При этом выделится пластическая (остаточная) деформацияΔl_ост, равная отрезку ОN. Если вновь нагрузить образец, линия повторного нагружения NM пройдет вблизи линии разгрузки MN. При дальнейшем увеличении силы пластическое деформирование будет происходить при нагрузке (ордината точки М), значительно большей, чем при первоначальном нагружении (ордината точки А). Произошло упрочнение материала - явление, давшее название участку DE. Это явление - изменение свойств материала в результате деформирования за пределом текучести иначе называют наклепом. Влияние наклепа оценивается двояко. С одной стороны, его рольотрицательна, т.к. снижается запас пластичности: в рассматриваемомслучае при повторном нагружении может выделиться лишь деформация,равная разности (Δl_к – Δl). С другой стороны, можно считать явление наклепа полезным, поскольку повышается напряжение перехода к пластическим деформациям. Упрочнение наклепом применяют, например, для телефонных и телеграфных проводов, тросов подъемных механизмов. В машиностроении распространен метод упрочняющей обработки – поверхностное пластическое деформирование.