Испытание пластичных и хрупких материалов на сжатие.

Цель работы: изучить методику испытаний на сжатие и поведение материалов в процессе испытаний, определить механические характеристики при сжатии.

Одноосное сжатие является достаточно распространенным видом механических испытаний конструкционных материалов. Испытание на сжатие в отличие от испытаний на растяжение не стандартизированы. Нормированы только технологические пробы на осадку (ГОСТ 8817-58) и расплющивание (ГОСТ 8818-58), результаты которых используются для оценки деформационной способности металлов при обработке давлением.

Испытания на сжатия проводятся на тех же машинах, что и растяжение или на прессах. Образцы для испытаний металлических материалов имеют цилиндрическую форму (рис. 7). При испытании строительных материалов (бетон, дерево, камень и др.) используются образцы в виде кубиков. Абсолютные размеры образцов выбираются в зависимости от габаритов заготовок, грузоподъемности используемого оборудования и целей испытаний. Для цилиндрических образцов отношение начальной высоты h₀ к диаметру d₀ находится в пределах

(11)

Испытания слишком коротких образцов существенно искажает результаты за счет сил трения, возникающих на торцах при сжатии. При использовании неоправданно высоких образцов может происходить боковое выпучивание за счет потери устойчивости. Образец при испытании устанавливается в специальное приспособление, которое помещается между опорными плоскостями траверсы и шаровой опоры испытательной машины или пресса. Образец подвергается плавному нагружению, а регистрирующий аппарат автоматически записывает диаграмму сжатия.

При испытании малоуглеродистой стали зависимость между сжимающей силой Р и укоречением в начале имеет линейный характер (рис. 8). Это экспериментально подтверждает справедливость закона Р. Гука при сжатии. Закон Р. Гука выполняется до нагрузки Р_пцс, соответствующий пределу пропорциональности при сжатии

(12)

Нагрузка Р_пцс определяется по диаграмме сжатия (рис. 8) аналогично растяжению. При дальнейшем сжатии образца достигается нагрузка Р_ус, соответствующая пределу упругости при сжатии.

(13)

Нагрузка Р_ус определяется по диаграмме сжатия (рис. 8) по допуску остаточной деформации, равному 0, 05% (0, 0005 h₀). По мере дальнейшего сжатия возникающие на торцах образца силы трения возрастают и существенно сдерживают деформирование торцовых сечений в поперечных направлениях. За счет этого образец получает заметную бочкообразность. При начальном пластическом деформировании стали площадка текучести на диаграмме сжатия, как правило, не выполняется. Нагрузка Р_{0, 2с ,} соответствующая пределу текучести условному

(14)

Находится на диаграмме сжатия (рис.8), используя допуск остаточной деформации, равный 0, 2% (0, 002 h₀). При дальнейшем нагружении бочкообразность образца усиливается. Если грузоподъемность машины достаточна, то образец сплющивается, но не разрушается. Этим обусловлено то, что предел прочности при сжатии пластичного материала не определяется. Обычно испытание пластичного материала на сжатие прекращают при обжатии первоначальной высоты образца на одну треть. После испытания замеряют высоту образца, диаметры торцов и бочки. По этим данным вычерчивают форму образца после испытаний (рис. 9). При испытании чугуна на сжатие зависимость между силой Р и укорочением образца в начале может иметь практически линейный характер (рис. 10). По мере роста нагрузки на диаграмме сжатия наблюдается существенное отклонение от линейной зависимости. Характерно, что в отличие от испытаний на растяжение чугунный образец при сжатии получает заметные на глаз пластические деформации. При этом чугунный образец становится бочкообразным, хотя и в меньшей мере, чем стальной. Разрушение чугуна происходит в результате скола примерно по плоскостям действия наибольших касательных напряжений (рис. 11). По результатам испытаний находится предел прочности при сжатии

(15)

Характерно, что хрупкие материалы лучше работают на сжатие, чем на растяжение.

Рис. 9. Стальной образец после испытаний на сжатие	Рис. 11. Характер разрушения чугунного образца при сжатии	Рис. 12. Образец с конусами на торцах.

Бочкообразность нарушает однородность напряженного и деформированного состояний образца, что несколько искажает значения характеристик прочности при сжатии стали и чугуна. Для уменьшения бочкообразности на торцы образца наносят слой смазки (вазелина, солидола). Бочкообразность можно почти устранить, если использовать образцы с осевым отверстием и конусами на торцах (рис. 12). Углы конусов подбирают так, чтобы их тангенсы были равны коэффициентам трения. В таких условиях разрушение чугунных и других образцов может происходить не путем скола под углом , а путем отрыва по плоскостям, параллельным оси образца. Разрушающие нагрузки при этом будут существенно меньше, чем при разрушении путем скола. Чем выше характеристики прочности пластичного ( или хрупкого материала, тем он прочнее.

Пластичность при механических испытаниях на сжатие обычно не оценивается. После испытаний замеряется высота образца, диаметры торцов и бочки. По этим данным выполняются эскизы образцов после испытаний.

Контрольные работы и задания к лабораторной работе № 2.

1. Какой формы образцы используют для испытаний материалов на сжатие?
2. Назовите характеристики прочности стали, определяемые при испытаниях на сжатие.
3. В каком диапазоне нагрузок справедлив закон Р. Гука при сжатии?
4. Как определяется предел упругости при сжатии?
5. Какой вид имеет стальной образец после испытание на сжатие?
6. По какой величине допуска остаточной деформации находится предел текучести условный при сжатии?
7. Опишите характер разрушения чугунного образца при сжатии.
8. Чем оценивается прочность чугуна при сжатии?
9. Чем обусловлена бочкообразность образцов при испытаниях на сжатие?
10. Какие меры снижают бочкообразность при испытаниях образцов на сжатие?
11. Сравните прочность чугуна при растяжении и сжатии.