Скорость испытания при растяжении

Вид диаграммы растяжения и ординаты ее характерных точек зависят от скорости, с которой производится растяжение. Для изучения этого эффекта в разных диапазонах скоростей применяются разные методы.

Обычные машины для испытаний на растяжение допускают изменение скорости движения элемента в известных пределах. Существуют машины, снабженные дополнительным редуктором, на которых можно производить испытания с весьма малыми скоростями. Для больших скоростей деформации такой путь непригоден, поэтому приходится прибегать к ударным испытаниям на копрах. Для не слишком больших скоростей применяются копры с падающей бабой или маятниковые. Скорость движения захвата в этом случае — это скорость свободного падения груза, масса которого должна быть достаточно большой для того, чтобы можно было пренебречь потерей энергии на разрушение образца и считать скорость растяжения постоянной. Еще большие скорости получены на пневматических копрах.

Такой копер представляет собою пневматическую пушку, выбрасывающую ударник со скоростью 300 м/сек и выше.

Для стали при нормальной температуре зависимость механических свойств от скорости испытания незначительна, ее можно обнаружить, только меняя скорость в тысячи и десятки тысяч раз.

Рис. 106.

На рис. 106 схематически показаны статическая и динамическая диаграммы растяжения углеродистой стали при нормальной температуре; первая получена на обычной разрывной машине, вторая — на копре с падающей бабой. Сравнение их приводит к следующим выводам:

1. При динамических испытаниях предел текучести и временное сопротивление повышаются.

2. Площадка текучести исчезает.

3. Максимум диаграммы перемещается ближе к началу.

При высоких температурах зависимость характеристик пластичности от скорости становится более сильной. Проще всего определить из опыта величину временного сопротивления; получение полной диаграммы растяжения при высоких скоростях связано с серьезными экспериментальными трудностями. На рис. 107 приведены экспериментальные графики зависимости временного сопротивления стали от скорости относительной деформации (Надаи и Манджойн). Опыты показали, что при нормальной температуре в диапазоне скоростей от до ощутимой зависимости от скорости не обнаруживается. Заметим, что обычная скорость испытания на стандартной испытательной машине соответствует примерно . При увеличении скорости до временное сопротивление возрастает примерно на 45%.

При температурах, превышающих 300°, зависимость временного сопротивления от скорости обнаруживается во всем интервале скоростей и становится гораздо более сильной.

При расчете изделий, пластически деформирующихся с большой скоростью, обычно исходят из идеализирований схемы вязкопластического тела.

Рис. 107.

Считается, что напряжение связано со скоростью деформации следующей зависимостью:

Здесь k и v — постоянные при данной температуре характеристики материала. При вас отсюда получается то есть обычное условие идеальной пластичности.

Более простая схема — это вязкопластическое тело с линейной зависимостью сопротивления от скорости, для которого напряжение выражается следующим образом:

Уравнение (73.2) довольно плохо согласуется с опытными данными в широком диапазоне скоростей, но в узком диапазоне скоростей всегда можно подобрать константу вязкости таким образом, что это уравнение окажется удовлетворительным. Расчеты, основанные на уравнении (73.2), обладают преимуществом большей простоты.

ОКСТУ 2209

Дата введения 1980-12-01

УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ постановлением Государственного комитета СССР по стандартам от 21 ноября 1980 г. N 5521

ПРОВЕРЕН в 1985 г. постановлением Госстандарта от 09.09.85 N 2877 срок действия продлен до 01.01.92*
____________
* Ограничение срока действия снято постановлением Госстандарта СССР N 1457 от 18.09.91. (ИУС N 12, 1991 г.) Примечание «КОДЕКС».

1. ОТБОР ОБРАЗЦОВ

1.1. Для испытаний применяют образцы типов 1-3, форма и размеры которых указаны на черт. 1-3 и в табл. 1.

Тип 1

Черт. 3

Черт. 3

Таблица 1

мм

Примечание. Допускается применение образцов типа 2 и 3 толщиной менее 1 мм при изготовлении их из листовых материалов и образцов типа 2 толщиной 3 мм при изготовлении их из наполненных полимерных материалов.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

1.2. Тип, способ и режим изготовления, отбор проб должны соответствовать нормативно-технической документации на материал. Если такие указания отсутствуют, образцы выбирают в соответствии с рекомендуемым приложением 2.

1.3. В случае отработки рецептуры материала, режимов переработки и при научно-исследовательских работах допускается применять образцы типа 4 и 5, указанные в рекомендуемом приложении 3.

1.4. При разрушении образца типа 3 в зоне зажимов его концы следует усилить в соответствии с черт. 4, применяя накладки длиной () не менее 50 мм, толщиной () от 3 до 10 мм. Диаметр () центровых отверстий для штифтов мм.

Черт. 4

Черт. 4

Допускается применять для усиления образца типа 3 концевые накладки длиной не менее 70 мм без центровых отверстий. Накладки приклеивают к вырезанному образцу или получают в процессе изготовления листа, предназначенного для вырезки образцов, в виде утолщений. Материал накладок должен быть идентичен материалу образца либо со значением модуля упругости ниже, чем у испытуемого материала.

Материал накладок и методика их приклейки должны соответствовать нормативно-технической документации на материал.

1.5. При изготовлении образцов механической обработкой из изделий и полуфабрикатов, в том числе из листов и пластин, максимально допустимая толщина должна быть 3 мм для образцов типа 1, соответствовать толщине изделия или полуфабриката, но не более 10 мм для образца типа 2.

При изготовлении образца типа 2 из плиты или изделия, толщина которых более 10 мм, механической обработкой ее доводят до 10 мм. Обработку до требуемой толщины осуществляют с двух сторон в продольном направлении образца, если в нормативно-технической документации на материал нет иных указаний.

1.6. Образцы должны иметь гладкую ровную поверхность, без вздутий, сколов, трещин, раковин и других видимых дефектов.

1.7. Для испытания изотропных материалов используют не менее пяти образцов, для испытания анизотропных материалов не менее пяти образцов, отобранных в местах и направлениях, которые должны соответствовать нормативно-технической документации на материал.

1.8. Образцы кондиционируют не менее 16 ч по ГОСТ 12423-66 при температуре (296±2) К (23±2) °С и относительной влажности (50±5)%, если в нормативно-технической документации на материал нет других указаний.

1.9. Время от окончания изготовления формованных образцов до их испытания должно составлять не менее 16 ч, включая и время на их кондиционирование.

При изготовлении образцов из полуфабрикатов или изделий время от окончания формования полуфабрикатов или изделий до начала испытаний образцов из них должно составлять не менее 16 ч, включая и время на их кондиционирование, если в нормативно-технической документации на материал нет других указаний.

2. АППАРАТУРА

2.1. Испытание проводят на машине, которая при растяжении образца должна обеспечивать измерение нагрузки с погрешностью не более 1% от измеряемой величины и постоянную скорость раздвижения зажимов в пределах, требуемых настоящим стандартом.

2.2. Зажимы машины должны обеспечивать надежное крепление образцов и совпадение продольной оси образца с направлением растяжения и не должны вызывать разрушений образцов в месте крепления.

2.3. Прибор для измерения удлинения в процессе испытания должен иметь погрешность измерения не более 1%, если в нормативно-технической документации на материал нет иных указаний.

Для измерения удлинения допускается использовать:

приборы, закрепляемые непосредственно на образце; при этом масса прибора и способ его крепления не должны оказывать существенного влияния на величины определяемых показателей и поведение образца при испытании;

приборы, не закрепляемые на образце и позволяющие производить измерение изменения расчетной длины образца, ограниченной метками, с помощью оптических или других систем измерения.

При удлинении свыше 25 мм допускается измерение удлинения по меткам с помощью масштабной линейки с ценой деления не более 1 мм.

2.4. Прибор для измерения ширины и толщины образцов должен обеспечивать измерение с погрешностью не более 0,01 мм. При измерении толщины образцов прибор должен оказывать давление на образец до 0,03 МПа (0,3 кгс/см).

3. ПРОВЕДЕНИЕ ИСПЫТАНИЯ

3.1. Перед испытанием на образцы наносят необходимые метки в соответствии с табл. 1 и черт. 1-3. Метки не должны ухудшать качество образцов или вызывать разрыв образцов в местах меток.

3.2. Толщину и ширину образцов измеряют в трех местах, в середине и на расстоянии 5 мм от меток. Из полученных значений вычисляют средние арифметические величины, по которым вычисляют начальное поперечное сечение .

Образцы, у которых минимальное и максимальное значения толщины или ширины различаются более чем на 0,2 мм, не испытывают.

3.3. Образцы закрепляют в зажимы испытательной машины по меткам, определяющим положение кромок зажимов таким образом, чтобы продольные оси зажимов и ось образца совпадали между собой и направлениям движения подвижного зажима. Зажимы равномерно затягивают, чтобы исключалось скольжение образца в процессе испытания, но при этом не происходило его разрушения в месте закрепления.

3.4. Испытания проводят при температуре (296±2) К (23±2) °С относительной влажности (50±5)%, если в нормативно-технической документации на материал нет других указаний.

3.5. Испытания проводят при скорости раздвижения зажимов испытательной машины, предусмотренной в нормативно-технической документации на материал, которая должна соответствовать одной из указанных в табл. 2.

Таблица 2

При этом выбирают максимальную из приведенных в табл. 2 скорость так, чтобы время от момента приложения нагрузки к образцу до его разрушения составляло не менее 1 мин при испытании материалов, имеющих предел текучести, и не менее 30 с для материалов, не имеющих предела текучести.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

3.6. Перечень определяемых показателей должен соответствовать нормативно-технической документации на материал.

При испытании измеряют нагрузку и удлинение образца непрерывно или в момент достижения предела текучести, максимальной нагрузки, в момент разрушения образца. При записи кривой «нагрузка-удлинение» определяют характеристики в соответствии с черт. 5.

Черт. 5

Допускается определять удлинение образца по изменению расстояния между зажимами по приложению 4, если это предусмотрено в нормативно-технической документации на материал.

(Измененная редакция, Изм. N 1).

3.7. Образцы, которые в процессе испытания разрушаются за пределами рабочей части (), или у которых в процессе испытания обнаружены дефекты (пузыри, инородные для материала включения, внутренние трещины и т. п.), в расчет не принимают.

В случаях применения стандарта в договорно-правовых и торговых отношениях по экономическому сотрудничеству в расчет не принимают образцы, которые в процессе испытания разрушаются за пределами расчетной длины () или у которых в процессе испытания обнаружены дефекты (пузыри, инородные для материала включения, внутренние трещины и т. п.).

Для образцов, удлиняющихся с образованием шейки, следует учитывать также результаты, полученные на образцах, у которых шейка распространилась за пределы рабочей части образца, но разрушение его произошло не в месте соприкосновения зажима с образцом.

4. ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ

4.1. Значения прочности () в МПа (Н/мм2) вычисляют по формулам:

прочность при растяжении ()

;

прочность при разрыве ()

;

предел текучести при растяжении ()

;

,

4.2. Удлинение () в процентах вычисляют по формулам:

относительное удлинение при максимальной нагрузке ()

;

относительное удлинение при разрыве ()

;

относительное удлинение при пределе текучести ()

,

где — изменение расчетной длины образца в момент достижения максимальной нагрузки, мм;

— изменение расчетной длины образца в момент разрыва, мм;

— изменение расчетной длины образца в момент достижения предела текучести, мм;

— начальная расчетная длина образца, мм.

За результат испытания принимают среднее арифметическое не менее пяти определений, округленное до двух значащих цифр.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

4.3. Для каждого показателя вычисляют величину стандартного отклонения по ГОСТ 14359-69 с точностью, предусмотренной для вычисления среднего арифметического, если в нормативно-технической документации на материал нет других указаний.

4.4. Результаты испытания записывают в протокол, который должен содержать следующие данные:

наименование материала, наименование предприятия-изготовителя и номер партии;

метод изготовления, основные размеры изделия и место вырезки образцов;

метод изготовления образцов;

условия кондиционирования;

тип использованных образцов с указанием ширины и толщины в пределах расчетной длины ;

атмосферные условия в помещении испытания;

количество испытуемых образцов;

тип испытательной машины и прибора измерения удлинения;

скорость испытания;

место и направление вырезки образцов из анизотропных пластмасс;

среднее арифметическое значение для определяемых показателей;

стандартное отклонение;

дату испытания и обозначение настоящего стандарта.

ПРИЛОЖЕНИЕ 1 (справочное). ПОКАЗАТЕЛИ И ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1
Справочное