Определение предела текучести

Определение предела текучести - лабораторное исследование, которое позволяет выяснить одну из механических характеристик металла. А именно - максимальное напряжение, при котором он начинает деформироваться необратимо, то есть переходит из упругого состояния в пластическое. Другими словами, если до достижения этого напряжения материал еще может вернуться к первоначальной форме после снятия нагрузки, то после превышения “порога” деформация становится безвозвратной.

Знание предела текучести необходимо на производстве, чтобы:

• прогнозировать поведение металла. Понимание, когда именно начнется необратимое изменение формы, позволяет инженерам и конструкторам предсказывать изменение материала под нагрузкой и проектировать более безопасные и надежные конструкции;
• контролировать качество продукции. Разные процессы обработки, включая термическую и легирование, могут влиять на предел текучести. Измерение этой характеристики позволяет убедиться, что металл соответствует требуемым стандартам;
• рассчитать несущую способность. При проектировании элементов, подвергающихся переменным и постоянным нагрузкам, важно определить предел текучести, чтобы избежать деформаций, которые могут повлиять на работу всей конструкции;
• выявить нюансы эксплуатации. Полученные сведения можно использовать, чтобы создать для деталей идеальные условия работы и продлить их жизнь.

визуальные методы измерения при определении предела текучести

Чтобы найти предел текучести, специалисты используют несколько методов, от стандартных до менее известных. Самый распространенный связан с простым растяжением образца до момента необратимой деформации.

Метод смещения, или метод 0,2%, выбирают для явного определения предела текучести материалов, у которых нет четко выраженного участка текучести. В этом случае “порогом” считают напряжение, при котором деформация остается на уровне, превышающем начальную на 0,2%. Этот способ выдает более консервативные значения, обеспечивающие безопасность конструкций.

К импульсным и ударным относятся методы, использующие кратковременное приложение силы: такие как ударные испытания на вязкость по Шарпи или испытания на ударную вязкость по Изоду. И хотя эти исследования лишь косвенно связаны с оценкой предела текучести металла, они дают представление о его поведении при динамических нагрузках.

Испытания по Бринеллю, Роквеллу или Виккерсу тоже применяют для приблизительного определения. Существующее соотношение между твердостью материала и пределом его текучести позволяет косвенно оценить нужную характеристику на основе измерений твердости.

Испытание на изгиб используется для определения предела текучести в материалах, которые сложно подвергнуть растяжению. Например, в толстых плитах или в крупногабаритных изделиях.

Над определением предела текучести работает целый комплекс машин и измерительной техники:

• универсальные испытательные машины. Оснащены сенсорами для измерения силы и деформации, а также программным обеспечением для обработки результатов. Могут быть как гидравлическими, так и электромеханическими. Покрывают широкий диапазон сил и скоростей испытаний;
• твердомеры. Помогают приблизительно выяснить предел текучести по методике измерения твердости. Измеряют глубину или размер отпечатка, оставляемого на материале под определенной нагрузкой, и по специальной шкале переводят эти значения в единицы твердости, которые, в свою очередь, могут быть соотнесены с пределом текучести;
• импульсное и ударное оборудование. Предназначено для нанесения удара по образцу и для измерения потребленной энергии, что опосредованно связано с пределом текучести материала;
• установки для испытаний на изгиб. Обычно это стенды, оснащенные системами зажимов и нагружения.

определение предела текучести для крупного образца при помощи пресса

Точно определить предел текучести материала можно только в том случае, если образец правильно подготовлен к испытаниям. Прежде всего он должен иметь размеры (общую длину, ширину и толщину), соответствующие требованиям стандартов. Для него также должны быть четко определены участки зажима и рабочая зона образца, в которой будут измерять деформацию.

Для тестирования на растяжение обычно используют образец с постоянным поперечным сечением в рабочей зоне или с уменьшенной рабочей частью (типа “песочные часы”), чтобы обеспечить концентрацию деформаций именно в этой области.

Испытуемый объект не должен содержать видимых повреждений или дефектов, которые могут повлиять на результаты испытаний. Его поверхность должна быть гладкой, без рисок, заусенцев, окислов или других изъянов, способных помешать деформации. Если используется метод измерения деформации, базирующийся на нанесении на образец меток или сетки, поверхность должна быть подготовлена таким образом, чтобы обеспечить четкость и видимость этих знаков во время испытания. Это поможет найти предел текучести на нужном участке.

При нарезке образцов необходимо учитывать ориентацию волокон или зернистости материала (если таковая имеет значение), чтобы получить показательные исходные данные. Иногда требуется изготовление нескольких образцов с разными направлениями (например, продольным и поперечным) для полного анализа свойств материала.

определение предела текучести разрушает целостность опытного образца

Не менее важен, чем практическая часть испытаний, этап анализа. Специалисты собирают полученные данные, делают выводы и представляют заказчику готовые “выкладки”. К традиционным способам оформления относятся:

• график напряжения-деформации. Должен быть четким, с отмеченными основными точками: пределом пропорциональности, пределом текучести металла, максимальным напряжением и точкой разрушения;
• таблица со значениями, полученными в ходе опытов;
• краткое описание методики испытаний, включая тип оборудования, параметры нагружения и обработки данных;
• анализ результатов. Включает особенности поведения материала и его отклонения от ожидаемых значений, если они имеются;
• сравнение с теоретическими данными или с исследованиями аналогичных материалов.

Специалисты наших предприятий выполнят для вас комплексный анализ, который покажет все особенности поведения деталей в условиях нагрузки. Эти исследования не только дадут вам полные представления об изделиях, но и помогут улучшить их механические свойства. Обращайтесь!