Исследование зависимостей между механическими характеристиками материалов

1. Введение

Современные техника предъявляет высокие требования к конструкционным материалам. Поэтому в настоящее время в технических науках всё возрастающее значение приобретает развитие методов испытаний материалов, получение и изучение их механических характеристик, целенаправленные изменения этих характеристик.

В науке известны различные зависимости, связывающие определённые характеристики материалов. Эти зависимости обусловлены физическими свойствами материалов, но коэффициенты, входящие в эти формулы, определяются экспериментально. Знание этих зависимостей позволяет существенно ускорить и удешевить процесс определения механических характеристик материалов, потому что одни характеристики можно определить при испытаниях материалов, а другие просто вычислить.

Работы в этой области – непочатый край, и именно в этой научной нише мы провели наше небольшое исследование. Причём основное внимание в работе было уделено оценке точности полученных результатов.

2. Испытание стальных образцов на растяжение и ударную вязкость

Механические характеристики определяются при различных видах испытаний.
Основной вид испытаний, из которого определяется большинство характеристик,
- испытание на растяжение.

Мы испытали 16 образцов из разных марок стали (каких, мы ещё не знали; по результатам испытаний были определены марки стали). Образец для испытаний изображён на рис. 1.

Рис. 1. Образец для испытаний

Испытания проводились на лабораторной машине P-5. Для каждого образца строилась диаграмма растяжения “[pic]” (рис. 2), где F –растягивающая сила, [pic]- удлинение рабочей части ([pic]0) образца.

Рис. 2. Диаграмма растяжения и вид образца из малоуглеродистой стали в момент разрушения.

Из этой диаграммы определились следующие характеристики:

а) Предел текучести [pic] -

(1)

FТ - сила, соответствующая площадке текучести; A0 - первоначальная площадь поперечного сечения образца. Следует заметить, что физический предел текучести имеет место только у малоуглеродистых сталей, имеющих непрочные перлитовые прослойки, которые разрушаются, когда напряжение достигает предела текучести. При этом образец заметно удлиняется без роста усилия и его макропрочность сохраняется (образец способен воспринимать нагрузку)

б) Предел прочности. [pic] -

(2)

Предел прочности - это напряжение, соответствующее максимальной нагрузке
Fmax. В момент достижения Fmax образуется шейка - местное сужение (в наиболее слабом месте), и дальнейшая деформация образца происходит только уже в области шейки.

в) [pic]-

(3)

относительное остаточное удлинение образца в момент разрушения.

г) [pic]-

(4)

относительное остаточное сужение поперечного сечения образца

д) [pic]