Испытание на сжатие образцов из стали и чугуна
Цель работы: ознакомление с методами испытания материалов на сжатие; определение механических характеристик пластичных и хрупких материалов.
Общие сведения
В данной работе определяются только предел текучести 
для стали и временное сопротивление 
для чугуна. Образцы для испытания имеют цилиндрическую форму с отношением высоты 
к диаметру 
в следующих пределах: 
.
Длинные образцы применять не рекомендуется, так как при незначительном внецентренном положении нагрузок образец изгибается, и результаты опыта сильно искажаются. Силы трения, действующие между торцевыми поверхностями образца и плитами пресса, препятствуют деформации образца в местах контакта, поэтому цилиндрический образец при сжатии принимает бочкообразную форму. Влияние сил трения тем больше, чем меньше отношение 
, и при этом получаются завышенные значения механических характеристик.
Торцевые поверхности образцов должны быть плоско-параллельными и перпендикулярными к оси образца и тщательно обработаны. Для устранения трения применяются смазка торцевых поверхностей парафином или прокладки из свинца, меди, алюминия и др. Смазка влияет на величину разрушающей силы.
Испытание на сжатие производится на прессах, снабжённых записывающим приспособлением, автоматически вычерчивающим в процессе опыта диаграмму сжатия в координатах 
(
– сжимающая образец нагрузка, 
– продольная деформация сжатия). Это позволяет следить за ростом деформаций и нагрузок непосредственно во время испытания.
Испытание на сжатие малоуглеродистой стали. Сталь при сжатии сплющивается, и, следовательно, следы разрушения на образце не наблюдаются. Здесь не существует разрушающей, т.е. максимальной, силы, поэтому определение временного сопротивления при сжатии для пластических металлов не представляется возможным. Другие характеристики, такие как предел пропорциональности 
, предел упругости 
, предел текучести , модуль продольной упругости 
, коэффициент Пуассона (коэффициент поперечной деформации) 
, могут быть определены и при сжатии, но, так как они при сжатии и растяжении примерно одинаковы, статические испытания на сжатие стальных образцов применяются сравнительно редко.
В данной работе при сжатии стали определяется только предел текучести 
, где 
– нагрузка, соответствующая пределу текучести, 
– начальная площадь поперечного сечения. Диаграмма сжатия стали имеет вид, показанный на рисунке 1. Как изменяется внешний вид образца из малоуглеродистой стали при сжатии показано на рисунке 2.
Рисунок 1 – Диаграмма сжатия стали
Рисунок 2 – Изменение внешнего вида образца
из малоуглеродистой стали при сжатии
В начальном участке диаграммы величины пределов пропорциональности 
и текучести оказываются такими же, как при растяжении. Обнаруживается неярко выраженная площадка текучести с последующим переходом к зоне упрочнения. В дальнейшем нагрузка не падает, как при растяжении, а резко возрастает. Происходит это в результате того, что площадь поперечного сечения сжатого образца увеличивается, образец принимает бочкообразную форму. Довести образец из пластического материала до разрушения практически не удаётся, испытание ограничивается возможностями машины.
Испытание чугуна на сжатие. Чугунный образец при сжатии принимает слегка бочкообразную форму, после чего в нём появляются трещины под углом примерно 45° к оси образца (т.е., по площадкам с наибольшими касательными напряжениями 
) или по продольным плоскостям. Так как чугунный образец разрушается, то для него можно определить временное сопротивление (предел прочности):
,
где 
– разрушающая нагрузка; – начальная площадь поперечного сечения.
Деформации чугуна очень малы, они с самого начала не соответствуют закону Гука, поэтому диаграмма получается криволинейной и по достижении наибольшей нагрузки резко обрывается (рисунок 3,а). Ординаты диаграммы сжатия чугуна в несколько раз больше, чем при растяжении, предел прочности при сжатии примерно в 4–5 раз больше, чем при растяжении. На рисунке 3,б показано разрушение образца из чугуна при сжатии, на рисунке 4 – разрушение образца из дерева при сжатии вдоль и поперек волокон.
|
|
| а) | б) |
Рисунок 3 – Диаграмма сжатия чугуна и разрушение образца
из чугуна при сжатии
а)
б)
Рисунок 3 – разрушение образца из дерева:
а) при сжатии вдоль волокон; б) при сжатии поперек волокон
Лабораторное оборудование
Для испытания на сжатие применяются специальные испытательные машины с прессами, снабжёнными записывающим приспособлением, автоматически вычерчивающим в процессе опыта диаграмму сжатия (например, установка УМ-5).