Испытание на растяжение: полное научное руководство — TESTEX

Испытание для определения материала под напряжением называется испытанием на растяжение, также известным как испытание на растяжение. Это один из основных методов проверки механических свойств материалов, который используется для проверки характеристик материала и его соответствия соответствующим стандартам. Этот пост касается следующего.

• Что такое испытание на растяжение? Что можно протестировать?
• Понятия и термины, относящиеся к испытаниям на растяжение
• Что такое тестер на растяжение? Какие материалы можно тестировать?
• Подготовка к испытаниям на растяжение
• Процедуры испытаний на растяжение
• Испытание на растяжение: четыре стадии напряжения-деформации
• Общие стандарты испытаний на растяжение
• Какие факторы влияют на прочность при растяжении при испытаниях на растяжение?

Что такое испытание на растяжение? Что можно протестировать?

Испытание на растяжение — это приложение растягивающей силы к образцу при определенных условиях для определения сопротивления образца приложенной нагрузке. Например, индекс прочности и индекс пластичности материала, кроме того, также может быть получена пластическая деформация материала.

Данные, полученные в результате испытания на растяжение, можно использовать для определения предела упругости, относительного удлинения, модуля упругости, предела пропорциональности, уменьшения площади, предела текучести, предела текучести, предела текучести и других свойств материала при растяжении.

Показатели прочности

• Прочность материала – это сила, приходящаяся на единицу площади материала в Па.
• 1 Па = 1 Н/м²
• Однако единица Па настолько мала, что в практическом машиностроении МПа часто используется в качестве единицы прочности, например, предел текучести стали обычно находится в диапазоне от 100 до 2000 МПа.
• 1 МПа = 10⁶ Pa

• Верхний предел текучести: ReH = FeH / So (So указывает исходную площадь поперечного сечения, ФеХ указывает осевую силу, соответствующую верхнему пределу текучести)
• Более низкий предел текучести: ReL = FeL / So (So указывает исходную площадь поперечного сечения, ФеЛ указывает осевую силу, соответствующую нижнему пределу текучести)
• Предел прочности на разрыв: Рм = Fмакс / So (Fмакс. максимальная осевая сила)

Явление текучести не является очевидным материалом, чтобы произвести 0.2% остаточной деформации значения напряжения для предела текучести, известного как условный предел текучести или условный предел текучести. Внешние силы, превышающие этот предел, приведут к необратимому отказу детали и невозможности ее восстановления.

• Твердая сталь (высокоуглеродистая сталь) обладает высокой прочностью, плохой пластичностью и отсутствием очевидной фазы текучести в процессе растяжения, поэтому предел текучести нельзя определить напрямую, и вместо предела текучести используется условный предел текучести.
• Условный предел текучести: Rp0.2, что указывает на напряжение, соответствующее заданному пластическому удлинению 0.2%.

Индикатор пластичности

При отрыве образца упругая деформация исчезает, а пластическая деформация остается. В технике деформация, оставшаяся после отрыва образца, используется для обозначения индекса пластичности материала. Есть два широко используемых индикатора пластичности.

• Удлинение: A = (Lu – Lo) / Lo * 100%
• Усадка сечения: Z = (So – Su) / So * 100%

Понятия и терминология, связанные с испытаниями на растяжение

Стресс и напряжение

Напряжение: напряжение — это сила в области, на которую оно действует, выраженная в Н/мм² и в метрических единицах, таких как кПа или МПа.

Деформация: Деформация - это скорость изменения размеров испытуемого материала, это изменение размеров, вызванное нагрузкой напряжения. Поскольку деформация — это скорость изменения, она не имеет единиц измерения.

Термины, связанные с образцом

• Площадь поперечного сечения So: Исходная площадь поперечного сечения образца до испытания.
• Исходный масштаб Lo: масштаб образца до приложения силы.
• Расстояние после перерыва Lu: расстояние до образца после разрушения.
• Параллельная длина Lc: длина параллельной части образца между двумя головками или двумя зажатыми частями.
• Удлинение после разрыва A: отношение остаточного удлинения образца после разрыва (Лу – Ло) к исходной отметке Lo, выраженной в процентах.
• Усадка сечения Z: отношение максимального уменьшения площади поперечного сечения (Итак – Вс) к исходной площади поперечного сечения So после разрушения образца, выраженное в процентах.

Что такое тестер на растяжение? Какие материалы можно тестировать?

Ассоциация тестер на растяжение также известен как универсальная машина для испытаний на растяжение. Прибор для испытаний на растяжение представляет собой машину для испытаний на механическую силу, используемую для статической нагрузки, растяжения, сжатия, изгиба, сдвига, разрыва, отслаивания и других испытаний механических свойств различных материалов. Машина для испытаний на растяжение является незаменимым испытательным оборудованием для разработки материалов, испытаний физических свойств, обучения и исследований, контроля качества и т. д. Универсальная машина для испытаний на растяжение очень широко используется и может использоваться для испытаний следующих видов материалов.

• Резиновые материалы: резинотехнические изделия, шланги, ленты, уплотнительные кольца, шины и другие резинотехнические материалы и изделия.
• Пластмассовые материалы: пластмассовые изделия, пленки, трубки, пластины, упаковочные материалы, нейлоновые изделия, водонепроницаемые рулоны и другие пластмассовые материалы и изделия.
• Металлические материалы: металлические изделия, изделия из нержавеющей стали, болты, стальная проволока, изделия из сплавов и другие металлические материалы и изделия.
• Строительные материалы: дерево, лист, стекло, бетон, изделия из графита и др.

Подготовка к испытаниям на растяжение

Место, направление и количество отборов проб — это три фактора, оказывающие существенное влияние на результаты испытаний свойств материалов. Место, направление и количество отбираемых проб должны соответствовать стандарту на продукцию ISO 377 или соответствующему соглашению.

Метод выборки

• Отбор проб непосредственно из сырья.
• Образцы берутся с важных участков изделия (самых слабых и опасных частей).
• Прямые испытания с физическими частями, например арматурными стержнями, болтами, винтами или цепями.
• Испытания непосредственно на литых образцах или путем механической обработки образцов.

Обработка образцов

• Предотвратить механические свойства от воздействия холодной деформации или тепла. Обычно обрабатываются в основном резанием.
• Параллельные участки должны быть гладкими, без наклепа и дефектов, таких как сколы, следы инструментов и заусенцы.
• Зажимная часть из хрупкого материала и часть с параллельным сечением должны иметь большой радиус круглого перехода.
• Для необработанных литейных образцов поверхность песка, шлака, заусенцев, летучих кромок и т. д. должна быть чистой.

Осмотр и маркировка образцов

• Образец должен быть проверен перед испытанием, чтобы убедиться, что его внешний вид соответствует требованиям.
• Первоначальная маркировка образцов обычно нанесена тонкими линиями, и используемый метод не должен влиять на преждевременное разрушение образца.
• Для очень тонких или хрупких материалов образец можно покрыть быстросохнущей цветной краской на параллельных участках, а затем аккуратно провести маркировочной линией.

Дополнительно: исходная площадь поперечного сечения So образца необходимо измерить и рассчитать перед испытанием.

Процедура испытания на растяжение

1 Подготовьте образец: Подготовьте образец в соответствии со стандартными требованиями и ведите записи.

2 Отрегулируйте машину для испытаний на растяжение: замените приспособление в соответствии со стандартом испытаний и отрегулируйте условия испытаний машины для испытаний на растяжение.

3 Зажмите образец: сначала зажмите образец в верхнем патроне, затем переместите нижний патрон в подходящее положение зажима и, наконец, зажмите нижний конец образца.

4 Проверка и пробный запуск: Убедитесь, что вышеуказанные шаги выполнены. Запустите тянущую машину и предварительно натяните небольшое количество (нагрузка, соответствующая напряжению, не должна превышать пропорциональный предел материала), а затем разгрузите до нуля, чтобы убедиться, что тянущая машина работает правильно.

5 Запустите натяжной станок и выполните проверку натяжения.

6 Удалите тестовый образец и бумагу для печати.

7 Измерьте расстояние после разрыва штангенциркулем.

8 Штангенциркулем измерьте минимальный диаметр в месте усадки шейки.

Испытание на растяжение: четыре стадии напряжения-деформации

• OB: Эластичный этап
• BC: Стадия доходности
• CD: Стадия подкрепления
• DE: Стадия образования шейки

На стадии упругой деформации металлического материала напряжение и деформация пропорциональны друг другу в соответствии с законом Гука, т. е. σ = Eε, с масштабным коэффициентом E, называемым модулем упругости.

Е = σ/ε

Предел упругости настолько близок к пределу пропорциональности, что в практической инженерии предел пропорциональности аппроксимируется вместо предела упругости.

Предел текучести: когда металлический материал демонстрирует явление текучести, во время испытания достигается точка напряжения, при которой происходит пластическая деформация без увеличения силы; следует проводить различие между верхним и нижним пределом текучести.

• Верхний предел текучести: максимальное напряжение до того, как образец начнет поддаваться деформации, и усилие сначала уменьшится.
• Более низкий предел текучести: наименьшее напряжение при текучести, не считая начального переходного эффекта.
• Величина напряжения, соответствующая нижнему пределу текучести, обычно называется пределом текучести.

После стадии текучести точка C кривой снова начинает постепенно подниматься, указывая на то, что для увеличения деформации необходимо увеличить напряжение, и материал восстанавливает свою способность сопротивляться деформации, явление, называемое упрочнением, и участок CD называется стадией упрочнения (процесс упрочнения).

Величина напряжения, соответствующая наивысшей точке кривой, называется пределом прочности (или пределом прочности) материала и является еще одним важным показателем прочности материала.

Когда кривая достигает точки D, деформация значительно увеличивается в одной из наиболее слабых частей образца (там, где материал неровный или дефектный), эффективное сечение резко уменьшается, возникает явление образования шейки, и образец быстро отрывается.

Несколько общих кривых напряжение-деформация

(a) кривая представляет собой кривую напряжения-деформации для низкоуглеродистой стали, которая имеет ступенчатую фазу текучести, с верхним и нижним пределом текучести, равномерную пластическую деформацию, за которой следует образование шейки, а затем разрушение образца.

(b) кривая представляет собой кривую растяжения для среднеуглеродистой стали, имеющую фазу текучести, но с небольшими колебаниями и почти прямолинейную, с равномерной пластической деформацией с последующим образованием шейки и последующим разрушением образца.

(c) кривая представляет собой кривую напряжения-деформации закаленной стали, отпущенной при средних и низких температурах, которая не имеет видимой фазы текучести и образует шейку после равномерной пластической деформации, а затем образец разрушается.

(d) кривая представляет собой кривую напряжения-деформации чугуна, закаленного материала, который не только не имеет фазы текучести, но также внезапно разрушается после небольшой равномерной пластической деформации.

Общие стандарты испытаний на растяжение

• ISO-6892 1
• Металлические материалы. Испытание на растяжение. Часть 1. Метод испытания при температуре окружающей среды.
• ISO-6892 2
• Металлические материалы. Испытание на растяжение. Часть 2. Метод испытания при повышенной температуре
• ISO 204
• Металлические материалы. Метод одноосных испытаний на ползучесть при растяжении.
• ISO 377
• Сталь и стальные изделия. Расположение и подготовка образцов и образцов для механических испытаний.
• ISO 783
• Металлические материалы – Испытание на растяжение при повышенной температуре
• JIS G0601
• Плакированные стальные листы – механические и технологические испытания
• ISO 3108
• Канаты стальные общего назначения. Определение фактической разрывной нагрузки
• EN 10319
• Металлические материалы. Испытание на релаксацию растягивающих напряжений. Часть 1. Процедура испытания машин
• ISO 15579
• Металлические материалы – Испытание на растяжение при низкой температуре
• АСТМ Б557М
• Образцы и метод испытаний на растяжение кованых изделий из алюминиевых и магниевых сплавов
• DIN EN ISO 2566-1
• Сталь. Преобразование значений удлинения. Часть 1. Углеродистые и низколегированные стали.
• DIN EN ISO 2566-2
• Сталь. Преобразование значений удлинения. Часть 2. Аустенитные стали.
• ASTM E111-04 и ASTM E1875-00
• Стандартный метод испытаний модуля Юнга, касательного модуля и модуля хорды
• Стандартный метод испытаний динамического модуля Юнга, модуля сдвига и коэффициента Пуассона с помощью звукового резонанса

Какие факторы влияют на прочность при растяжении при испытаниях на растяжение?

К основным факторам, влияющим на испытание на растяжение на машине для испытаний на растяжение, относятся: площадь и метод отбора проб, форма, размер и точность образца, измерительные инструменты, испытательное оборудование, температура испытательной среды, выбор приспособления, метод зажима образца, скорость растяжения, площадь поперечного сечения образца при растяжении, погрешность измерения и т. д.

1 Места и методы отбора проб

Различия в месте отбора проб могут напрямую влиять на испытание на растяжение металлических материалов после удлинения, предела текучести и предела прочности на растяжение и другие показатели эффективности. Неравномерное распределение металлических материалов из-за состава, организации, структуры, дефектов, деформации при обработке и т. д. приводит к тому, что механические свойства одной и той же партии или даже разных частей одного и того же продукта кажутся разными. Кроме того, при резке образца заготовки необходимо предотвратить влияние на механические свойства тепла, наклепа и деформации.

2 Форма образца, размер и точность

Для одного и того же материала в том же состоянии, если форма поперечного сечения различна, результаты измерений будут иметь большее влияние на верхний предел текучести и меньшее влияние на нижний предел текучести; предел прочности при растяжении образца с большой площадью поперечного сечения (крупного размера) ниже, чем у образца меньшего размера, а также снижается показатель пластичности; параллельность и точность размеров в пределах параллельной длины образца также могут легко повлиять на результаты испытаний. Параллельность и точность размеров в пределах параллельной длины образца также могут легко повлиять на результаты испытаний. Это связано с тем, что измеренное значение размера образца может не совпадать с минимальным положением фактического образца, что приведет к низкому результату испытания. Поэтому форма и размеры образца должны соответствовать стандарту.

3 Для измерительных приборов

Точность размерных средств измерений и калибров должна соответствовать требованиям испытаний. Поэтому перед проведением испытания все виды измерительных приборов должны быть откалиброваны, а датчики должны содержаться в чистоте и в то же время чистыми.

4 Испытательное оборудование

Испытательная машина и экстензометр — это два типа испытательного оборудования, обычно используемые при испытаниях на растяжение металлических материалов, которые напрямую влияют на точность и достоверность результатов испытаний. Первый используется для измерения значения силы; последний в основном используется для определения смещения или удлинения. Поэтому важно убедиться, что испытательная машина и экстензометр находятся в пределах срока действия испытания и регулярно калибруются.

5 Температура окружающей среды при испытаниях

Некоторые металлические материалы очень чувствительны к температуре, и даже обычные металлические материалы могут привести к несогласованным результатам испытаний, если температура испытаний слишком сильно варьируется. В целом предел текучести объемно-центрированных кубических металлов резко возрастает при понижении температуры, в то время как для гранецентрированных кубических металлов это изменение менее выражено. С повышением температуры предел текучести металла обычно снижается.

6 Выбор зажимного устройства, влияние зажима образца

Неправильный выбор приспособлений, зажим образца, загрузка и разгрузка экстензометра могут повлиять на результаты испытаний. Несоответствие между зажимным устройством и формой испытуемого образца и формой рисунка поверхности зажимного устройства не подходит, что приведет к тому, что зажимное устройство и образец не образуют достаточную площадь зажима, статическое трение недостаточно, что приводит к относительному скольжению зажимного устройства и образца во время процесса растяжения, что влияет на результаты растяжения.

7 Метод зажима

Неразумные методы зажима могут легко привести к соскальзыванию или поломке образца в зажимах, что приведет к получению неточных или заниженных результатов испытаний.

8 Скорость растяжения

Скорость растяжения напрямую влияет на соотношение между напряжением и деформацией металлического материала. Различные материалы чувствительны к разным степеням скорости, скорости растяжения на разных материалах, влиянию размера различных материалов, низкой прочности, хорошей пластичности удара материала, чтобы быть большим.

9 Определение площади поперечного сечения образца при растяжении

Существует два метода определения площади поперечного сечения образца при растяжении: один — это метод испытания металлов на растяжение согласно ISO 6892, а другой — соответствующий стандарт на материал. В некоторых стандартах на продукцию указано, что площадь поперечного сечения образца для испытаний на растяжение должна определяться площадью поперечного сечения номинального размера.

10 Методы измерения размеров образцов и человеческий фактор при измерении

Растяжимые образцы следует измерять микрометром внешнего диаметра или штангенциркулем, в зависимости от диаметра. Если метод измерения не является точным, что приводит к искусственно большому измерению размера. Из-за субъективных факторов и различных методов работы это также может привести к ошибкам в результатах измерения.