ИСПЫТАНИЯ НА СЖАТИЕ

Определение механических свойств при приложении сжимающих нагру­зок применяется для малопластичных материалов, например, чугунов, инстру­ментальных сталей, керамики и для определения расчетных характеристик материалов деталей или узлов, работающих на сжатие. Испытание на сжатие имеет характерные особенности, существенно отличающие его от испытания на растяжение, а именно: 1) пластичные материалы не разрушаются на конеч­ной стадии испытания; многие металлы и сплавы могут весьма значительно деформироваться не разрушаясь; 2) результаты испытаний образцов на сжа­тие существенно зависят от отношения высоты образца к его диаметру; 3) на предел прочности и характеристики пластичности заметно влияют условия трения в опорных торцах образца.

Для испытания материалов на сжатие применяются цилиндрические образцы с отношением высоты к диаметру в пределах 1,5—3 и плоские образцы, испытывающиеся в специальных приспособлениях с отношением вы­соты к ширине рабочей части равным 5. Наиболее часто применяемые типы образцов показаны на рис. 1 [12].

К плоским образцам, испытываемым на сжатие, предъявляются особые требования. Торцовые опорные поверхности их должны быть строго парал­лельны друг другу и перпендикулярны к боковым поверхностям. Широкие стороны плоских образцов из листов, как правило, не обрабатываются, если толщина листа не превышает 5 мм. При изготовлении образцов из более тол­стых полуфабрикатов или из тонких деталей с непараллельными стенками необходима обработка по широкой стороне. Вырезка образцов из листов должна производиться на фрезерном станке или каким-либо другим способом, не вызывающим искривления (прогиба) заготовок. Резка на гильотинных нож­ницах не рекомендуется, так как может вызвать появление трещин в металле. Маркировка должна производиться за расчетной частью образца без приме­нения металлических клейм.

При испытании образцов на сжатие определяются следующие механиче­ские характеристики. На образцах типов а и б (см. рис. 1): модуль нормаль­ной упругости Есж, предел пропорциональности , условный предел теку­чести ; на образцах типов в и г (см. рис. 1): условный предел текучести (при испытаниях на машинах с большим диаграммным прибором, дающим увеличение не менее 50); в случае разрушения образца - предел прочности и относительное укорочение h.

Испытания проводятся на машинах любой конструкции, работающих насжатие и соответствующих требованиям ГОСТа 7855—68.

 

Измерение модуля упругости, предела пропорциональности и условного предела текучести на цилиндрических образцах (см. рис. 1,6) может произво­диться с помощью любого тензометра, обеспечивающего необходимую точ­ность. При определении Есж к желательно, чтобы прибор имел увеличение не менее 500, при определении — не менее 50. База прибора должна быть короче общей длины образца не менее чем на 10 мм. Для образцов, изобра­женных на рис. 1,г, допускается графическое определение по диаграммам, снятым на машинах, имеющих увеличение на автодиаграммах по оси дефор­маций не менее 50 (например, пресс Гагарина, машина ИМ-4А, РТ5 с приме­нением реверсора и др.).

Испытания плоских образцов производятся в специальном приборе (рис. 2), обеспечивающем продольную устойчивость образца и свободную деформацию его при нагружении. С помощью этого прибора могут быть опре­делены Есж, , . 1

Основными частями прибора являются корпус 1 для закрепления испы­туемого образца 2 и рычажный тензометр 3 с индикатором 4 (ход 2 мм, цена деления 0,01 мм). Корпус 1 состоит из двух вертикальных планок 5, непо­движно укрепленных на опорной плите 6. Одна из планок 5 снабжена пла­стинкой 7, которую можно перемещать в горизонтальной плоскости относи­тельно второй планки с помощью двух винтов. Сверху планки 5 соединяются втулкой 8, имеющей отверстие для пуансона 9, через который

осуществляется приложение нагрузки к образцу. Стальной каленый призматический брусок 10, служащий опорой для образца, закрывает окно для удаления его из прибора после испытания. Рычажный

тензометр 3 состоит из двух 0-образных рамок, имеющих в центре длинных сторон боковые отверстия под пинты с кониче­скими концами для укрепления его на узких торцах образца. Все зазоры, возникающие

в со­единениях тензометра, устра­няются с помощью пружины, упирающейся в стойку индика­тора. Увеличение тензометра 200, база измерения 50 мм. При испытании на сжатие плоский образец

вставляют между планкой 5 и пластин­кой 7 до упора в дно, центри­руют по толщине и ширине относительно планок и посте­пенно с помощью винтов под­жимают пластинкой до тех пор, пока щупом

не будет уста­новлен воздушный зазор меж­ду образцом и планкой, одина­ковый по высоте. При комнат­ной температуре зазор должен быть в пределах 0,01—0,03 мм, при повышенных температурах он

устанавливается с учетом коэффициента линейного рас­ширения материала образца. Воздушный зазор обеспечивает свободу деформации в образце во время испытания.

Методика испытания образ­цов на сжатие не отличается от испытания на растяжение как при комнатной, так и при по­вышенных температурах. По­этому при определении и под­счетах значений таких механи­ческих характеристик, как Есж, , следует руководство­ваться ГОСТами 1497—61 и 9651—61.

Скорость испытания на сжатие при комнатной темпе­ратуре должна находиться в тех же пределах, что и при испытаниях на растяжение. При повышенных температурах во избежание влияния ползу­чести желательно время испы­таний максимально сокращать. Скорость испытания должна быть

такой, чтобы нагружения, остановки на нагрузках и сня­тие показаний занимали при определении Есж, , в общей сложности не более 2—3 мин, а при определении методом возвращения к на­чальной нагрузке — не более 1,5—2 мин. При этом рекомендуется число ступеней нагрузки до —5—7, в интервале — —4—5, при определении методом возвращения к

начальной нагрузке — 3—5. Время выдержки под нагрузкой для снятия по­казаний прибора не должно

превышать 2 с.

При испытании до разрушения торцы образцов надо смазывать смесью графита и вазелина (поровну по весу) для снижения трения между торцами образца и опорами и уменьшения бочкообразования. При определении Еcж, , смазывать торцы не нужно.

Измерение _в и h производится при ступенчатовозрастающей нагрузке, причем на каждой ступени определяется изменение высоты образца (см. рис. 1,в,е). При допущении неизменности объема образца в течение всего испытания вплоть до разрушения средний диаметр образца и его высота на­ходятся в следующей зависимости: ; ,

где dо; H0 — начальные размеры образца;

dn; Нп — размеры образца во время испытания.

Эта зависимость позволяет подсчитывать средний диаметр образца по вы­соте, особенно при возникновении бочкообразности. Измерение высоты произ­водится с точностью до 0,01 мм.

Иногда при разрушении образец распадается на несколько частей и его трудно сложить. Для того чтобы правильно определить конечную высоту, перед испытанием на образец наносят в средней части круговую риску, по ко­торой его и складывают.