Пластичность материала
В основе любого инженерного шедевра — от сложнейшей турбины до обыкновенной скрепки — лежит глубокое понимание свойств материалов. Если прочность определяет, какое максимальное напряжение может выдержать материал перед разрушением, то пластичность — это его способность к преображению, ключевая характеристика, которая определяет технологические возможности и устойчивость к деформации. Пластичность позволяет материалу изменять свою форму и размеры под действием нагрузки без потери целостности и разрушения, при этом сохраняя эти деформационные изменения после снятия внешнего усилия.
Именно благодаря пластичности мы можем ковать, штамповать, прокатывать и волочить металлы, создавая из сырья сложные детали. Без достаточной пластичности материал повел бы себя как хрупкое стекло, разрушившись при первом же изгибе или растяжении, превышающем упругий предел.
Пластичность и технологичность
Пластичность материала напрямую определяет его технологические возможности. Чем выше этот показатель, тем легче и податливее сплав при механической обработке давлением, такой как прессование, ковка, волочение, штамповка, прокатка и гибка.В процессе обработки заготовки методом ковки, прокатки или прессования происходит видоизменение первоначальной кристаллической решетки из-за смещения атомов. Это приводит к естественному нарушению и ослаблению структурных связей, что является следствием деформации. Для выбора марки сплава, обладающей достаточной прочностью для эксплуатации и приемлемой технологичностью, инженерам необходимы точные значения характеристик пластичности.Металлы и сплавы, характеризующиеся низкой пластичностью, не могут быть обработаны давлением, поскольку они разрушаются даже при приложении незначительной нагрузки.
Ключевые параметры измерения пластичности пластика
Для получения полного и достоверного представления о степени пластичности материала используются два основных количественных показателя:
- Относительное удлинение.
- Относительное сужение.
Чем выше числовые значения этих двух показателей (остаточного удлинения и сужения), тем большей пластичностью обладает материал.
1. Относительное удлинение
Относительное удлинение отображает отношение величины остаточного удлинения образца после его разрыва к его первоначальному размеру. Проще говоря, это показатель того, насколько сильно материал растянулся перед своим разрушением, и он выражается в процентах от исходной длины образца.
По величине остаточного удлинения материалы традиционно делятся на три условные категории:
- Пластичные материалы, которые после разрыва удлиняются в зоне деформации на 20% и более.
- Хрупко-пластичные материалы, чья степень пластичности находится в пределах от 5% до 20%.
- Хрупкие материалы, у которых удлинение ниже 5%.
Например, для металлов, работающих в условиях повышенных температур, относительное удлинение показывает способность металла пластически деформироваться до момента разрушения. Значение в 100% означает, что металл выдерживает двукратное удлинение до разрыва.
2. Относительное сужение
Относительное сужение — это величина, которая определяется отношением площади сечения образца в момент разрыва (минимальная площадь сечения) к его первоначальным геометрическим параметрам. Эта характеристика показывает, насколько сильно уменьшилось поперечное сечение образца в месте разрыва. Разрушению пластичного металлического изделия предшествует образование «шейки» — значительное сокращение площади сечения до предельных значений.
Относительное сужение, выраженное в процентах, существенно различается у разных металлов. Например:
- Свинец обладает максимальной пластичностью с показателем 92–100%, что позволяет ему легко вытягиваться и сжиматься.
- Золото имеет очень высокую пластичность — около 90%.
- Алюминий демонстрирует высокую пластичность — около 80%.
- Молибден имеет умеренную пластичность с показателями 12–40%.
- Вольфрам является очень хрупким материалом, его показатель близок к нулю.
Влияние температуры на пластичность
Пластичность материала — величина, которая сильно зависит от температурных условий, в которых он эксплуатируется.
- Нагревание. При нагревании характеристики пластичности существенно увеличиваются. Высокотемпературный нагрев также влияет на склонность материала к укреплению структурных связей.
- Охлаждение. При охлаждении характеристики пластичности незначительно уменьшаются.
Поскольку деформирование на высокой скорости или при низких температурах может сделать пластичные сплавы хрупкими, для деталей, эксплуатируемых в экстремальных условиях (например, в северных регионах или в космосе), испытания на пластичность проводятся при пониженных, нормативных и повышенных температурах.
Определение пластичности
Оба ключевых показателя пластичности — относительное удлинение и относительное сужение — определяются в ходе статического испытания на растяжение. Этот процесс проводится на универсальных испытательных машинах, которые плавно наращивают растягивающее усилие на образце до его полного разрушения.В ходе растяжения материала измеряются и рассчитываются не только показатели пластичности, но и другие ключевые механические характеристики:
- Предел пропорциональности.
- Модуль упругости.
- Предел текучести (физический и условный).
- Временное сопротивление разрыву (предел прочности).
Нормативное регулирование (ГОСТы)
Для обеспечения точности, унификации методов и сопоставимости результатов испытаний на пластичность, используются государственные стандарты. Для оценки пластичности различных материалов используются следующие ГОСТы.
|
ГОСТ 14236-81 «Пленки полимерные. Метод испытания на растяжение» |
Этот стандарт устанавливает метод испытания на растяжение полимерных пленок и пленочных материалов толщиной до 1 мм. Метод основан на растяжении образца с определенной скоростью деформирования для определения различных показателей, включая относительное удлинение и модуль упругости. Стандарт не применяется к пленкам из армированных материалов или имеющим неровную поверхность. |
|
ГОСТ 265-77 «Резина. Методы испытаний на кратковременное статическое сжатие» |
Стандарт устанавливает два метода испытаний для резины и резиновых изделий на кратковременное статическое сжатие — до заданной деформации или под действием заданной силы. Методика включает сжатие образца для определения возникающего в нем условного напряжения или определения относительной деформации сжатия. Образцы (цилиндрические, не менее трех) подвергаются циклу «нагружение-разгрузка» три раза. |
|
ГОСТ 265-77 «Резина. Методы испытаний на кратковременное статическое сжатие» |
Этот стандарт устанавливает метод определения прочности связи между слоями (резина-резина, резина-ткань, резина-прорезиненная ткань и т. д.) при расслоении. Сущность метода заключается в расслоении образца и определении силы, необходимой для отделения двух испытуемых слоев друг от друга. |
|
ГОСТ 1497-84 «Металлы. Методы испытаний на растяжение» |
Устанавливает методы статических испытаний на растяжение металлов при комнатной температуре для определения механических свойств, включая относительное удлинение и относительное сужение. Испытания при повышенных и пониженных температурах регламентируются ГОСТ 9651-84 и ГОСТ 11150-84 соответственно. |
Оборудование для оценки пластичности
Для точного измерения пластичности необходимо использовать универсальные испытательные машины (УИМ), которые обеспечивают контролируемое статическое растяжение, сжатие или изгиб.
Компания Эталон-Профит производит УИМ, подходящие для проведения испытаний, связанных с пластичностью:
Универсальные испытательные машины (УИМ)
Установки для статических режимов нагружения, которые могут быть одноколонными, двухколонными или четырехколонными.
Машины серии РКМ (РКМ Х.1, РКМ 5.2 - 600.2) и ультрасовременные разрывные станки серии X-PRO (от 5 до 600 кН) используются для исследования механических свойств материалов, включая прочность при растяжении и сжатии, а также для измерения деформаций (пластичности).
Для испытаний длинномерных образцов могут применяться горизонтальные разрывные испытательные машины Эталон-Профит серии X-PRO 5-100.2 или X-PRO 200-600.2.
Системы температурных испытаний (СТИ)
Поскольку температура сильно влияет на пластичность, для моделирования условий эксплуатации используются системы температурных испытаний.Для изучения пластичности при нагреве применяются муфельные печи и высокотемпературные электрические печи серии СТС и СТС-М (квадратная электропечь для сверхвысоких температур).Для изучения пластичности при охлаждении используются криотермостаты. Эталон-Профит производит криотермостаты универсальные серии СКС (с азотной системой охлаждения) и СКС-М (с фреоновой системой охлаждения), которые создают необходимый климатический фон.
Для точного измерения деформаций во время испытания полимеров и пластмасс используются навесные и длинноходовые датчики перемещения (экстензометры). Для фиксации геометрических параметров после разрыва используются штангенциркули и линейки.
Контакты Эталон-Профит 8 (4932) 57-43-34 , office@etalon-profit.ru
