Параметр упругости.
Модуль упругости – это физическая величина, характеризующая способность материала сопротивляться растяжению (сжатию, изгибу) при упругой деформации. Если сказать проще – это мера упругости материала.
Понятие модуль упругости относится к прочностным характеристикам. Каждый материал имеет свою прочность, соответственно свой, присущий только ему модуль упругости.
Параметр упругости выражается в паскалях или мега-гигапаскалях (Па, МПа, ГПа), а также в кгс/см2.
В таблице приведены числовые значения этого параметра:
При разработке любой детали, узла, механизма в обязательном порядке определяется модуль упругости каждого материала, входящего в эту конструкцию. В первую очередь это делается для предотвращения их разрушения при эксплуатации.
В области материаловедения модуль упругости является фундаментальным критерием при выборе материала для изготовления изделия.
Рассмотрим требования руководящих документов при определении модуля упругости металлов на примере ГОСТ 1497-2023.
Определение модуля упругости по ГОСТ 1497-2023.
Требования к образцам для испытаний. Вырезка заготовок осуществляется на металлорежущих станках, либо штампах. При этом структура металла должна сохраняться. Параметр шероховатости не должен превышать 1,25 мкм.
Для испытаний используются образцы двух разновидностей – цилиндрические и плоские. Цилиндрические имеют семь типов, различающихся по форме и размерам. В стандарте приводятся чертежи и таблицы для каждого типа образцов. Например:
Цилиндрический образец I типа.
Таблица 1.
Плоские образцы изготовляются двух типов – с головками и без головок.
Рисунок 1.
Размеры так же берутся из таблицы (см. табл. 2).
При использовании экстензометров допускается использование образцов с длиной l больше рекомендованной стандартом.
Применяемая аппаратура. Разрывные и универсальные испытательные машины подбираются по ГОСТ 28840-90. При использовании машин с программным управлением должны выполняться требования по допустимым различиям между результатами, полученными машиной и вручную. Максимально допустимые значения расхождений указаны в таблице 3.
Таблица 3.
Измерительный инструмент – штангенциркули, подбираются по ГОСТ 166-89, микрометры – по ГОСТ 6507-90, линейки металлические – по ГОСТ 427-75.
Средства измерения деформации (экстензометры) должны подбираться в соответствии с классификацией по таблице 4.
Таблица 4.
Подготовку к испытаниям начинают с определения начальной площади поперечного сечения. Для этого образец измеряется с погрешностью не более ± 0,5 %.
Далее выбирается база экстензометра. Рекомендуемый диапазон от 0,5 l0 до 0,9 l.
После установки нулевой точки силоизмерительного устройства образец надежно фиксируется в захватах испытательной машины так, чтобы усилие прилагалось строго вдоль оси образца.
Выбирается скорость испытания (при определении модуля упругости рекомендуемая 0,0067 с-1). На образец устанавливается экстензометр.
Процесс испытания. После включения испытательной машины к образцу прикладывается нагрузка до усилия, соответствующего напряжению 70-80 % от предполагаемого предела пропорциональности. Величина нагружения выводится на дисплей испытательной машины.
По результатам испытания путем использования специальных математических формул определяется модуль упругости испытываемого образца.
Кроме расчетного метода модуль упругости можно определить графическим. Исходные данные берут с диаграммы растяжения «Удлинение по экстензометру ∆l[мм] – Усилие P [H]». См. рис. 2, где: ∆l2, ∆l1 – удлинения по экстензометру; P2, P1 – усилия, соответствующие конечной и начальной точкам прямолинейного участка диаграммы растяжения.
Подставляя полученные цифровые значения в специальную формулу, определяется величина модуля упругости.
Помимо определения модуля упругости ГОСТ рассматривает методики испытаний основных прочностных характеристик металлов – предела пропорциональности, пределов текучести, временного сопротивления, полной и пластической деформации и др.
