Испытание на растяжение очень распространено, по его результатам можно установить сразу несколько характеристик. Испытание проводится на образцах стандартных размеров и формы на разрывной установке, снабженной прибором, который автоматические записывает диаграмму растяжения – относительное удлинение d (на оси абсцисс) и напряжение s (на оси ординат). Напряжение, при котором происходит разрыв, называется пределом прочности. По мере нагружения образца его длина увеличивается, а площадь уменьшается. Модуль упругости определяет жесткость материала, интенсивность увеличения напряжения при упругой деформации. Он характеризует сопротивляемость материала упругой деформации, т.е. смещению атомов из положения равновесия в кристаллической решетке. В отличие от других механических свойств материалов модуль упругости почти полностью определяется силами межатомной связи и практически не зависит от структуры материала. Предел пропорциональности – точка напряжения, при которой в материале возникают практически только упругие деформации.
Предел упругости – напряжение, при котором остаточная деформация достигает 0,05% от начальной длины образца материала. Напряжение, равное 0,2% от начальной длины образца материала называется пределом текучести материала. При его превышении начинается интенсивная пластическая деформация во всем объеме материала. При дальнейшем нагружении в материале достигается предельное напряжение, непосредственно предшествующее разрушению образца, называемое пределом прочности. При его превышении у пластичных материалов деформация сосредотачивается на одном из участков образца, где появляется местное сужение поперечного сечения – шейка. Причиной ее образования является перестроение дислокаций, вызывающее возникновение пор, слияние которых перерастает в трещину, распространяющуюся в направлении, поперечном оси растяжения для момента растяжения образца. Количественной характеристикой шейки является коэффициент относительного сужения: чем выше его значение, тем пластичнее материал. Значение основных пределов и коэффициентов для различных материалов приводятся в справочной литературе.
Наиболее тяжелый случай разрушения детали – излом:
Усталостный излом – разрушения при длительном циклическом нагружении); состоит из 4 плавно переходящих друг в друга зон: зоны развития очаговой трещины, зон медленного и ускоренного роста трещины и зоны долома. Усталостному разрушению всегда предшествует локальная пластическая деформация, зарождение и развитие субмикроскопических трещин; поскольку усталостные изломы возникают при напряжениях более низких, чем предел текучести материала, то отсутствие следов макропластической деформации разрушенной детали на участке усталостного развития трещины является одним из признаков усталостного разрушения; вторым признаком усталостного разрушения является его расположение в месте наибольшей концентрации напряжений вследствие его большей чувствительности в отличие от одномоментного разрушения к концентраторам напряжений.
Противоположным растяжению является разрушение под действием напряжения сжатия. С уменьшением длительности удара, повышением его резкости проявление пластических свойств металла уменьшается. При сжатии образцов из пластического материала образование излома не наблюдается даже при значительных деформациях: образец расплющивается или изгибается. У хрупких материалов типа чугуна при одноосном сжатии происходит дробление его в зоне контакта и образование одной или нескольких магистральных трещин под углом 45о к линии действия сжимающих напряжений. При ударном воздействии в процессе деформации и образовании трещин происходит переход механической энергии в тепловую, что может вызвать сильный локальный разогрев материала, особенно в области пятна контакта. Температура здесь кратковременно увеличивается на несколько сотен градусов, в результате чего происходит спекание раздробленного материала.
