Температура хрупкости

В качестве нижней температурной границы работоспособности используют температуру хрупкости, определяемую, как правило, по температурной зависимости предельной деформации. Для лучшей воспроизводимости значений Тхр ее целесообразно определять в диапазоне деформаций, где существует резкая зависимость предельного удлинения от температуры. Определение проводят в области больших деформаций. Компактно это удается сделать только при изгибе,

что и осуществляют. Определяют температуру хрупкости при изгибе консольно закрепленного образца. Для пленок и эластичных материалов определяют температуру хрупкости для образца полимера, навитого на стержень определенного диаметра или путем сдавливания петли из полимерного материала. Во всех случаях толщина образца строго нормируется.

Вследствие статистического характера разрушения за температуру хрупкости принимают температуру, при которой разрушается 50% образцов.

Т

20 40 60 80 %

А. Б.

Рис.15.Схема определения температуры хрупкости.

По результатам испытаний при различных температурах строится график зависимости температуры от доли разрушившихся образцов в % (см. рис.15 Б), по которому находят температуру хрупкости.

Испытания проводят на образцах шириной 2,5 мм, длиной 20 мм и толщиной 1,6 ±0,1 мм. Образец изгибается вокруг стержня радиусом 4 мм.

При испытании пленок толщиной 0,5 мм и меньше сдавливают петлю.

Результаты круговых испытаний температуры хрупкости в разных странах показали расхождение на 10^оС и даже до 30^оС.

Рис.3. Зависимость напряжения от деформации при растяжении при разных температурах Т₁ Т₂ Т₃ Т₄.

Рис.4.Образец для испытаний механических свойств при растяжении в виде "лопатки".

Сжатие. Схема испытания образцов на сжатие показана на рис.5. Приспособление обеспечивает соосность приложение нагрузки. Определяют s_макс, s_сж., а также s_т - смещенный предел текучести при сжатии, предел

пропорциональности и секущий модуль Е_сж. Расчет s=Р/S, где S -исходное (начальное) поперечное сечение образца. Для материалов, которые не разрушаются при сжатии, определяют напряжение при заданной деформации, равной 25% (ГОСТ 4651-68). Деформацию определяют по изменению геометрических размеров образца: d=(Lo-L)/Lo, определяют d_т, d_сж.

Для повышения точности для испытаний требуется брать образцы с определенной гибкостью l=h/R_и, где h- высота и R_и -наименьший радиус инерции. R_и для образца в виде параллелепипеда с квадратным основанием равен 0,289а (а-наименьший размер основания), для цилиндрического образца R_и=0,25D (D-диаметр основания). Таким образом, отношение высоты h к наименьшему размеру основания параллелепипеда =0,289l, а у цилиндра =0,25l. Выбор l зависит от модуля упругости материала: если Еу>109 Па, то принимают l=10, а при Еу<10⁹ Па принимают l=6. При определении модуля упругости и смещенного модуля текучести нужно, чтобы l=10...15.

Стандартные образцы изготавливают в виде параллелепипеда 10х10х15 мм или 10х10х30 мм. Используются также цилиндры диаметром 10 мм и высотой 15 мм или высотой 30 мм и диаметром 12 мм. Для сжимающих площадок требуется использовать закаленные стали, площадки должны быть параллельны друг-другу (отклонение не более 0,03 мм. Скорость сжатия v (мм/мин) = 0,03h (мм) или 2 ± 1 мм/мин.

Рис.5. Схема испытаний на сжатие

Изгиб. На изгиб испытывают хрупкие материалы с целью определения деформационно-прочностных характеристик. Изгиб может быть трехточечным и четырехточечным (см.рис.6).

4-х точечный метод используется, когда образец интенсивно разрушается под влиянием нагружающего наконечника. Расчет прогиба

D=L²d/6h - трехточечный изгиб

D=0,21dL²/h - 4-х точечный изгиб.

d- деформация растяжения; h-толщина образца, L -расстояние между опорами.

Напряжение равно s=3РL/(2bh²).Предел прочности при изгибе. s_и

Рис.6. Схема испытаний при изгибе. А - трехточечный изгиб, В - четырехточечный изгиб.

Значения деформации в относительных единицах могут быть рассчитаны: d=6Dh/L². Здесь s-напряжение посередине образца, Р-нагрузка, L-расстояние между опорами, b-ширина образца, h-толщина образца. Модуль упругости при изгибе:

Е_и=mL³/(4bh³),

где m=Р/D - тангенс угла наклона касательной к кривой нагрузка-деформация (сила/смещение, Н/м). Для испытаний используют образцы, вырезанные из листов L=20h b=10.. 25 мм для гомогенных материалов и 20..50 мм для материалов с грубым наполнителем. Расстояние между опорами L=15-17 h. Скорость движения нагружающего наконечника V(мм/мин)=h(мм)/2. Обычно стандартные образцы имеют размер 80х10х4 мм, скорость деформации 2 ±0,5 мм/мин. Испытывают фено- и аминопласты, слоистые пластики, высокомодульные материалы, которые трудно закрепить в зажимах и которые крошатся при испытаниях на сжатие.

Сдвиг. Испытания на сдвиг проводят для труб. Определяют условный (смещенный) предел текучести sт и разрушающее напряжение при сдвиге tр при смещении 2% или же смещение оговаривается в ТУ. Значение tр определяют при разрушении или при появлении трещины. Деформацию сдвига определяют как произведение относительного угла закручивания на радиус образца. Относительную деформацию сдвига e определяют как отношение деформации сдвига к базе измерения L по формуле

e=rj/L,

Рис.7. Схема образцов при испытании труб на сдвиг (кручение).

j- угол закручивания, r-радиус образца.

Образец закрепляют без проскальзывания и закручивают с такой скоростью, чтобы испытание длилось не менее 1 мин. (скорость выбирают из ряда 0,002, 0,005, 0,01, 0,02, 0,05, 0,1 об/мин). Регистрируют крутящий момент М и деформацию образца. Разрушающее напряжение при сдвиге:

t_р=М/(2pr_ср²d)

М-крутящий момент (измеряется силоизмерителем испытательной машины), r_ср- средний радиус образца в рабочей части r_ср=(r_o+r_i)/2. r_o и r_i — наружный и внутренний радиусы образца в рабочей части. d-толщина стенки рабочей части.

Стандартный образец имеет длину 250 мм, длину рабочей части 120 мм, 2r_o=30 мм и 2r_i = 34 мм. (для образцов с модулем упругости менее 1 ГПа.)

Раздир.

Раздир характеризует поведение материалов в условиях концентрации напряжений. Метод разработан для пленок, листов, иногда применяется и для блочных образцов. Есть метод на определение энергии, затрачиваемой на раздир при растяжении. На рис. показан образец и график зависимости нагрузки от времени при раздиое.

Размер образца 2,5 ´ 15 см, длина надреза 5 см.

Для одних материалов сила раздира примерно постоянна, для других она постоянно растет. В первом случае работа разрушения, отнесенная к единице

_ F_ _ _ _ _ _ F_макс.

d d

1. 2. 3.

Рис.8 1- Образец для испытаний на раздир. 2,3 - типичные зависимости усилия F от деформации d при испытаниях на раздир.

площади новообразованной поверхности Н=2F/h, где F - усилие и h - толщина образца. За величину усилия F принимают среднее арифметическое 10 измерений (10 максимумов на рис. 8(2)). Во втором случае (3) отмечают F начальное в начале раздира и F максимальное. Затем находят среднее арифметическое этих двух значений. Иногда используют образцы в виде полудиска с надрезом. Определяют потерю энергии маятниковым копром при ударном раздире (АСТМ D1922-67 и D1004-66).

Раскалывание. Для слоистых пластиков стандартизован метод раскалывания (см. схему на рис.9.)

По ГОСТ делают прорезь на образце, в эту прорезь давят клином (с углом при вершине 90^оС) и определяют максимальную нагрузку. Рассчитывают работу образования новой поверхности g=(Fd/w)(K/4L)

90°

18

Рис.9. Схема испытаний на раскалывание. Приведены размеры образца в мм.

F-максимальное усилие, при которой начинает расти трещина, d- прогиб образца в момент роста трещины, L-длина трещины, w- ширина трещины, К- экспериментальная константа (K£3). Значения К находят по тангенсу угла наклона прямой в координатах lg(F/d) - lg(L).

Дата добавления: 2014-01-04