Что показывает диаграмма растяжения

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp &nbsp&nbsp&nbspД иаграмма растяжения образца из низкоуглеродистой стали при однократном нагружении до разрушения. Конечная точка диаграммы соответствует разрушению.

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp &nbsp&nbsp&nbspП ри нагружении до предела пропорциональности (точка Г диаграммы) и при дальнешем уменьшении нагрузки образец разгружается по линейному закону, который совпадает с законом первичного нагружения. В этом заключается «закон разгрузки». При нагружении образца в пределах действия закона Гука законы нагружения и последующего разгружения совпадают. При полной разгрузке образца его размеры и форма возвращаются к первоначальной кривой однократного нагружения.

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp &nbsp&nbsp&nbspД алее начинается участок разрушения или участок местной текучести. Он характеризуется местным утонением образца и появлянием шейки.

&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp&nbsp &nbsp&nbsp&nbsp П ри разгружении образца в пределах участка ОА законы нагружения, разгружения и повторного нагружения совпадают.

Источник

Статическое растяжение

Статическое растяжение — одно из наиболее распространённых видов испытаний для определения механических свойств материалов.

Содержание

Основные характеристики, определяемые при испытании

При статическом растяжении, как правило, определяются следующие характеристики материала.

Основные типы материалов

Принято разделять пластичные и хрупкие материалы. Основное отличие состоит в том, что первые деформируются в процессе испытаний с образованием пластических деформаций, а вторые практически без них вплоть до своего разрушения. За критерий для условной классификации материалов можно принять относительное остаточное удлинение δ = (l_к − l₀)/l₀, где l₀ и l_к — начальная и конечная длина рабочей части образца), обычно вычисляемое в процентах. В соответствии с величиной остаточного удлинения материалы можно разделить на:

Для испытаний на статическое растяжение используют образцы как с круглым, так и с прямоугольным сечением. Предъявляются повышенные требования к изготовлению образцов, как с точки зрения геометрии, так и с точки зрения обработки резанием. Требуется высокая однородность диаметра образца по его длине, соосность и высокое качество поверхности (малая шероховатость, отсутствие царапин и надрезов). При изготовлении образцов следует избегать перегрева материала и изменений его микроструктуры.

Образцы круглого сечения, как правило, имеют рабочую длину, равную четырём или пяти диаметрам — т. н. короткие образцы или десяти диаметрам — т. н. нормальные образцы. Перед началом испытания замеряется диаметр образца (обычно 6, 10 или 20 мм) для вычисления напряжения σ и для расчёта относительного остаточного сужения после разрушения образца. В случае использования экстензометра, длина рабочей части образца не замеряется, а деформация ε и относительное удлинение при разрушении регистрируются автоматически с помощью компьютера или измеряются по диаграмме σ — ε. При отсутствии экстензометра (не рекомендуется стандартом), отмечается рабочая длина образца, деформация ε рассчитывается по перемещениям конца образца (захвата), а относительное удлинение при разрушении рассчитывается путём замера разрушенного образца.

Диаграмма растяжения пластичного материала

Обычно диаграмма растяжения является зависимостью приложенной нагрузки P от абсолютного удлинения Δl. Современные машины для механических испытаний позволяют записывать диаграмму в величинах напряжения σ (σ = P/A₀, где A₀ — исходная площадь поперечного сечения) и линейной деформации ε (ε = Δl/l₀ ). Такая диаграмма носит название диаграммы условных напряжений, так как при этом не учитывается изменение площади поперечного сечения образца в процессе испытания.

Начальный участок является линейным (т. н. участок упругой деформации). На нём действует закон Гука:

Затем начинается область пластической деформации. Эта деформация остаётся и после снятия приложенной нагрузки. Переход в пластическую область обнаруживается не только по проявлению остаточных деформаций, но и по уменьшению наклона кривой с увеличением степени деформации. Данный участок диаграммы обычно называют площадкой (зоной) общей текучести, так как пластические деформации образуются по всей рабочей длине образца. С целью изучения и точного анализа диаграммы деформации, современные испытательные машины оснащены компьютеризированной записью результатов.

По наклону начального участка диаграммы рассчитывается модуль Юнга. Для малоуглеродистой стали наблюдается т. н. «зуб текучести» и затем площадка предела текучести. Явление «зуба» текучести связано с дислокационным механизмом деформации. На начальном участке плотность дислокаций является недостаточной для обеспечения более высокой степени деформации. После достижения точки верхнего предела текучести начинается интенсивное образование новых дислокаций, что приводит к падению напряжения. Дальнейшая деформация при пределе текучести происходит без роста напряжения . Зависимость предела текучести, от размера зерна, d, выражена соотношением Холла-Петча:

После достижения конца площадки текучести (деформация порядка 2 — 2,5 %) начинается деформационное упрочнение (участок упрочнения), видимое на диаграмме, как рост напряжения с ростом деформации. В этой области до достижения максимальной нагрузки (напряжения (σ_В) макродеформация остаётся равномерной по длине испытуемого образца. После достижения точки предела прочности начинает образовываться т. н. «шейка» — область сосредоточенной деформации. Расположение «шейки» зависит от однородности геометрических размеров образца и качества его поверхности. Как правило, «шейка» и, в конечном счёте, место разрушения расположено в наиболее слабом сечении. Кроме того, важное значение имеет одноосность напряжённого состояния (отсутствие перекосов образца в испытательной машине). Для пластичных материалов при испытании на статическое растяжение одноосное напряжённое состояние сохраняется лишь до образования т. н. «шейки» (до достижения максимальной нагрузки и начала сосредоточенной деформации).

Вид диаграммы деформации, приведённый на рис. 1 является типичным для О.Ц.К. материалов с низкой исходной плотностью дислокаций.

Для многих материалов, например, с Г. Ц. К. кристаллической решёткой, а также для материалов с высокой исходной плотностью дефектов, диаграмма имеет вид, показанный на рис. 2. Основное отличие — отсутствие явно выраженного предела текучести. В качестве предела текучести выбирается значение напряжения при остаточной деформации 0,2 % (σ_0.2).

После достижения максимума нагрузки происходит падение нагрузки (и, соответственно, напряжения σ) за счёт локального уменьшения площади поперечного сечения образца. Соответствующий (последний) участок диаграммы называют зоной местной текучести, так как пластические деформации продолжают интенсивно развиваться только в области шейки.

Иногда используется диаграмма истинных напряжений, S — e (истинное напряжение S = P/A, где A — текущая площадь поперечного сечения образца; истинная деформация e = Δl/l, где l — текущая длина образца). В этом случае, после достижения максимальной нагрузки не происходит падения напряжения, истинное напряжение растёт за счёт локального уменьшения сечения в «шейке» образца. Поэтому различие между диаграммами истинных и условных напряжений наблюдается только после предела прочности — до точки 1 они практически совпадают друг с другом.

Образцы из пластичного материала разрушаются по поперечному сечению с уменьшением диаметра в месте разрыва из-за образования «шейки».

Диаграмма растяжения хрупкого материала

Диаграмма растяжения и диаграмма условных напряжений хрупких материалов по виду напоминает диаграмму, показанную на рис. 2 за тем исключением, что не наблюдается снижения нагрузки (напряжения) вплоть до точки разрушения. Кроме того, данные материалы не получают таких больших удлинений как пластичные и по времени разрушаются гораздо быстрее. На диаграмме хрупких материалов уже на первом участке имеется ощутимое отклонение от прямолинейной зависимости между нагрузкой и удлинением (напряжением и деформацией), так что о соблюдении закона Гука можно говорить достаточно условно. Так как пластических деформаций хрупкий материал не получает, то в ходе испытания не определяют предела текучести. Не имеет особенного смысла также рассчитывать и относительное сужение образца, так как шейка не образуется и диаметр после разрыва практически не отличается от исходного.

Влияние скорости деформации и температуры на прочностные характеристики

Стандарты на проведение испытаний на статическое растяжение, как правило, ограничивают скорость деформации или скорость приложения нагрузки. Так, стандарт ASTM E-8 ограничивает скорость деформации величиной 0,03 — 0,07 мм/мин. Такое ограничение вызвано искажением результатов за счёт повышения прочности металлов с ростом скорости деформации (при постоянной температуре). При скоростях деформации до 1 сек скорость деформации практически не влияет на прочностные характеристики (в частности, на предел текучести).

В общем виде можно выразить формулу влияния скорости деформации на предел текучести в виде:

где — скорость деформации; — астотный фактор, — активационный объём; — напряжение течения; — экстраполяция напряжения течения на нулевую скорость деформации.

Эта же зависимость даёт и зависимость напряжения течения от температуры. В области низких температур и при отсутствии фазовых превращений прочность кристаллических материалов повышается. Вклад в повышение прочности даёт и переход от термически активируемого процесса деформации за счёт движения дислокаций к механизму деформации путём двойникования.

Источник

Диаграмма растяжения различных материалов

Диаграмма растяжения

показывает величину нагрузки, передаваемой образцу. Удлинение образца устанавливается специальным измерительным прибором. Есть машина, которая автоматически строит удлинение образца в зависимости от нагрузки. Среди таких машин есть, например, машина IM-4R, выпускаемая на нашем заводе. Общий вид этой машины показан на рисунке. 29.

В испытательной машине предел прочности образца создается механическим или гидравлическим Людмила Фирмаль

устройством. Это 31-й 29А Для риса. На рисунке 30 показана принципиальная схема машины с гидравлической системой. Масло впрыскивается в цилиндр А, который поднимает поршень и растягивает образец. Значение растягивающего усилия можно определить по давлению, измеренному манометром. Для сравнения результатов испытаний, проведенных в разных лабораториях, были определены тип и размер выборки. Для риса. 31, a и b представляют

круглые (нормальные) и плоские образцы, используемые в Советском Союзе при испытаниях на растяжение металла. Расчетная длина нормального образца равна расстоянию между рисками, приложенными к цилиндрической части / 0 = 10d == 200 мм. * В некоторых случаях используются так называемые небольшие образцы (рис. 31, Б), которые были испытаны на небольшой машине типа IM-4P. Испытание материала на растяжение особенно важно, и

напряжением o и деформацией E. Как правило, для образца условное нормальное напряжение o рассчитывается путем деления нагрузки P на начальную площадь поперечного сечения образца f o. : Деформация e рассчитывается путем деления абсолютного удлинения L / на исходную длину образца / 0: тонна — Два упомянутых типа напряженности связаны только по масштабу. Рис 30л Поэтому низкоуглеродистая (пластиковая) сталь ст.3 (рис. 32, а). На этом рисунке нам нужно обратить внимание на некоторые характерные точки A, B, C, D и M. В начале графика ОА фигура представляет собой диагональную прямую линию. В этих пределах напряжение

растет пропорционально Рис 31а 2 Порядок № 1037 пропорционален деформации e, т. Е. Наблюдается крючковый метод, который Людмила Фирмаль

соответствует пределам пропорциональности APC. Пропорциональный предел APC — это максимальное напряжение, при котором действует закон Крюка (Сталь St.3APC «» 2100 кг! SMG®210M «LI2). Касательная к горизонтальной оси угла наклона прямой части ОА равна модулю упругости: В нарушение точки А, кривой диаграммы и закона Хука выше деформация начинает расти быстрее, чем возрастает напряжение. Вы можете отметить точку B, которая очень близка к точке A на графике кривой на рисунке и соответствует пределу упругости AUP. Предел упругости AUP — это максимальное напряжение, которое материал может выдержать без каких-либо признаков остаточной деформации во время разгрузки *. Поскольку точка B близка к точке A, ее часто считают совпадением. Если вы проведете вертикальную линию через точку B, с левой стороны этой

линии на диаграмме будет зона упругой деформации, а справа — зона упругой пластической деформации (упругая деформация и пластическая деформация). Начиная с некоторой точки C, есть горизонтальный (или почти горизонтальный) участок, соответствующий диаграмме история * По ГОСТ условным пределом для упругости st05 является напряжение, при котором остаточная деформация достигает 0,05%. Если в технических условиях имеются специальные указания, то остаточное удлинение считается меньшим. 34 от предела текучести. В этой области деформация увеличивается без увеличения нагрузки, и материал, кажется, течет. Предел текучести

Образовательный сайт для студентов и школьников

Копирование материалов сайта возможно только с указанием активной ссылки «www.lfirmal.com» в качестве источника.

© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института

Источник

Диаграмма растяжения с описанием

Диаграмма растяжения показывает зависимость удлинения образца от продольной растягивающей силы.

Ее построение является промежуточным этапом в процессе определения механических характеристик материалов (в основном металлов).

Диаграмму растяжения материалов получают экспериментально, при испытаниях образцов на растяжение.

Для этого образцы стандартных размеров закрепляют в специальных испытательных машинах (например УММ-20 или МИ-40КУ) и растягивают до их полного разрушения (разрыва). При этом специальные приборы фиксируют зависимость абсолютного удлинения образца от прикладываемой к нему продольной растягивающей нагрузки и самописец вычерчивает кривую характерную для данного материала.

На рис. 1 показана диаграмма для малоуглеродистой стали. Она построена в системе координат F-Δl, где:
F — продольная растягивающая сила, [Н];
Δl — абсолютное удлинение рабочей части образца, [мм]

Рис. 1 Диаграмма растяжения стального образца

Как видно из рисунка, диаграмма имеет четыре характерных участка:
I — участок пропорциональности;
II — участок текучести;
III — участок самоупрочнения;
IV — участок разрушения.

Построение диаграммы

Рассмотрим подробнее процесс построения диаграммы.

В самом начале испытания на растяжение, растягивающая сила F, а следовательно, и деформация Δl стержня равны нулю, поэтому диаграмма начинается из точки пересечения соответствующих осей (точка О).

На участке I до точки A диаграмма вычерчивается в виде прямой линии. Это говорит о том, что на данном отрезке диаграммы, деформации стержня Δl растут пропорционально увеличивающейся нагрузке F.

После прохождения точки А диаграмма резко меняет свое направление и на участке II начинающемся в точке B линия какое-то время идет практически параллельно оси Δl, то есть деформации стержня увеличиваются при практически одном и том же значении нагрузки.

В этот момент в металле образца начинают происходить необратимые изменения. Перестраивается кристаллическая решетка металла. При этом наблюдается эффект его самоупрочнения.

После повышения прочности материала образца, диаграмма снова «идет вверх» (участок III) и в точке D растягивающее усилие достигает максимального значения. В этот момент в рабочей части испытуемого образца появляется локальное утоньшение (рис. 2), так называемая «шейка», вызванное нарушениями структуры материала (образованием пустот, микротрещин и т.д.).

Рис. 2 Стальной образец с «шейкой»

Вследствие утоньшения, и следовательно, уменьшения площади поперечного сечения образца, растягиваещее усилие необходимое для его растяжения уменьшается, и кривая диаграммы «идет вниз».

В точке E происходит разрыв образца. Разрывается образец конечно же в сечении, где была образована «шейка»

Работа затраченная на разрыв образца W равна площади фигуры образованной диаграммой. Ее приближенно можно вычислить по формуле:

По диаграмме также можно определить величину упругих и остаточных деформаций в любой момент процесса испытания.

Для получения непосредственно механических характеристик металла образца диаграмму растяжения необходимо преобразовать в диаграмму напряжений.

Предел пропорциональности >
Примеры решения задач >
Лабораторные работы >

В ходе опыта на растяжение был получен график зависимости удлинения от приложенной силы.

Позже были введены относительные величины, такие как напряжение и относительное удлинение. Благодаря этим величинам можно модифицировать исходный график из опыта так, что по нему сразу можно будет определить необходимые величины, безотносительно того, какую геометрию имел образец в опыте.

Однако сделать это можно двумя путями:

Несмотря на то, что первый способ является точным по своей сути, в инженерной практике используют упрощённый подход. Во-первых, для расчётов на прочность ищутся действующие и допускаемые напряжения и затем сравниваются. В случае применения истинной диаграммы для определения допускаемых напряжений, расчётчикам так же пришлось бы вычислять точные площади для определения истинных действующих напряжений, что является неоправданно трудоёмким процессом. Во-вторых, на интересующем линейном участке истинная и упрощённая инженерная диаграммы практически совпадают:

Выше показана диаграмма растяжения для некоторого стального образца: кривая В – истинная диаграмма, кривая A – инженерная диаграмма.

Если применить второй (упрощённый) способ к диаграммам из опыта, то характер кривых не изменится:

Всё это рассказывается потому, что в современной практике люди, делающие расчёты на прочность, при выборе допускаемых напряжений руководствуются НЕ диаграммой растяжения в целом, а лишь некоторыми характерными точками, снятыми с этой диаграммы.

Для каждого металлического материала в дальнейшем будем выделять две характерные точки на оси напряжений:

Если взглянуть на график для стали, то можно заметить, что имеется такой участок, на котором начинает значительно расти удлинение, при этом сила практически не меняется. Материал как будто течёт. Назовём этот участок площадкой текучести, а соответствующее напряжение – пределом текучести. Явление текучести материала характерно для строительных сталей, бронзы, латуни. Обозначим это напряжение как σт:

На графике для алюминия такой площадки нет. Тем не менее введём некоторый условный предел, скажем, напряжение, при котором остаточная деформация равняется 0.002 мм/мм или 0.2%. Назовём его условным пределом текучести и обозначим как σ02. Условный предел текучести используется для титановых и алюминиевых сплавов:

Вторая характерная точка – это напряжение, при котором образец выдержал наибольшую силу. Согласно диаграмме растяжения, этому напряжению соответствует начало образования шейки в образце – локализованного уменьшения поперечного сечения. После этого предела сила начинает падать, потому образец продолжил удлиняться. Если же после этого предела растягивающая сила продолжит увеличиваться, то образец разрушится. Этот предел назовём пределом прочности или временным сопротивлением разрушению и будем обозначать σв или σпч:

Также иногда встречается и третья характерная точка – это напряжение, соответствующее окончанию начального линейного участка. Это напряжение называется пределом пропорциональности. Оно чуть меньше предела текучести и, строго говоря, пользоваться нужно именно им, а не пределом текучести. Однако для его определения нужны очень точные измерительные приборы. Потому общепринято пользоваться пределом текучести в качестве предела, выше которого будут значительные остаточные деформации.

Помимо характерных напряжений, имеется также и одна характерная деформация — это относительное удлинение при разрыве. Это отношение абсолютного удлинения образца при разрыве к исходной недеформированной длине. Эту величину чаще всего обозначают греческой буквой δ, её размерность либо мм/мм, либо в %. По этой величине можно судить о степени пластичности того или иного материала.

Примеры того, в каком виде расчётчик получает представления о механических свойствах материала:

Д16 (дюраль)
30ХГСА (легированная сталь)

После расчета всех необходимых параметров программа вычерчивает график, который называется машинной диаграммой. Эта диаграмма распечатывается на принтере и выдается студенту для дальнейшей обработки.

Машинная диаграмма представляет собой график зависимости требуемого усилия от величины возникающего

удлинения стержня Р ∆l. Машина непрерывно растягивает

образец приблизительно с одной скоростью. Но, чтобы

обеспечить эту непрерывную деформацию, машине нужно то больше усилия, то меньше. Требуемое для этого усилие определяется с помощью измерительной системы разрывной машины. Машинная диаграмма строится в результате того, что точка с зафиксированным растягивающим усилием протягивается по оси абсцисс за счет движения оптического датчика при перемещении нижнего захвата, удерживающего нижний конец образца.

Таким образом, машинная диаграмма оказывается построенной в координатах «приложенное усилие – удлинение» (рис. 1.6).

Далее машинную диаграмму вручную перестраивают в координатах «напряжение – относительная деформация». Для этого значения для характерных точек диаграммы (точки O, A, B, C, D, E) пересчитывают по формулам:

где Р – приложенное усилие; F – площадь сечения образца; ℓ0 – начальная длина образца.

Рис. 1.6. Машинная диаграмма растяжения пластичного материала

По полученным значениям строится диаграмма условных напряжений σ ε.

Для пластичных и хрупких материалов получаются свои

характерные диаграммы. Они показаны на рис. 1.7: а – для пластичных, б – для хрупких. Рассмотрим подробнее диаграмму растяжения пластичного материала. На ней можно выделить несколько характерных точек.

Точка А – это точка, до которой диаграмма практически прямая линия. До нее зависимость напряжения от относительной деформации – линейна: напряжения прямо пропорциональны деформациям. Такая закономерность на начальном этапе диаграммы характерна почти для всех материалов и называется законом Гука, нормальное напряжение прямо пропорционально

проходящей через начало координат. Причем, угол наклона графика тем больше, чем больше модуль упругости материала. Например, модуль упругости для стали выше, чем для алюминия, а для алюминия выше, чем для дерева. Поэтому для

стали диаграмма круче, чем для алюминия, а для алюминия круче, чем для дерева. Геометрический смысл коэффициента пропорциональности в уравнении прямой, как известно из курса математики, есть тангенс угла наклона самой прямой (рис. 1.4). Отсюда можно определить модуль упругости как тангенс угла наклона диаграммы до точки А.

Следующая характерная точка диаграммы – это точка Н. Если нагружение прервать до достижения этой точки, то разгрузка произойдет по той же линии, по которой шло нагружение. В результате диаграмма вернется в начало координат. Деформация стала равной нулю. Таким образом, остаточные деформации не возникают.

Точка В на диаграмме интересна тем, что она находится в самом начале горизонтального участка ВС диаграммы. Этот

Рис. 1.7. Диаграммы растяжения пластичного

и хрупкого материалов

Коэффициент пропорциональности E называется модулем упругости материала. Модуль упругости для любого материала является постоянной величиной.

Записав закон Гука в таком виде

можно выяснить физический смысл модуля упругости:

Можно сказать, что модуль упругости является мерой жесткости материала, т.е. мерой сопротивляемости деформированию. Графически закон Гука изображается прямой,

участок диаграммы называют площадкой текучести. По достижению этой точки начинается явление, которое называется течением материала. Машина продолжает растягивать, образец удлиняется, а растягивающее усилие при этом не меняется. В материале развиваются значительные пластические деформации. Если процесс нагружения приостановить, то разгрузка произойдет по линии CF, которая параллельна линии нагружения ОА. В результате диаграмма не вернется в начало координат. Напряжения упадут до нуля, а деформация останется OF.

Чем длиннее площадка текучести, тем больше будет остаточная деформация. Самым важным моментом здесь можно считать то, что по достижению т. В материал терет способность к упругому сопротивлению, а это в сопротивлении материалов равносильно разрушению.

Несмотря на то, что материал достаточно пластичен, площадка текучести при определенном значении деформации завершается. Диаграмма вновь начинает подниматься вверх. Это означает, что материал приобрел снова способность к упругому сопротивлению. Хотя эта способность уже значительно ниже, чем была до т. В. Видно по диаграмме, что угол наклона линии уже меньше, да и сама линия уже не прямая, а слабо растущая кривая. Этот участок называют зоной временного упрочнения материала. Повышение прочности материала можно объяснить тем, что при пластических деформациях внутренние дислокации перемещаются вдоль оси образца. При встрече двух дислокаций разных знаков, они взаимно уничтожаются. Этот процесс происходит массово при течении материала. Уменьшение дислокаций способствует повышению прочности. Кроме того, пластическая деформация приводит к возникновению наклепа, что также положительно сказывается на прочностных свойствах.

Однако зона упрочнения материала невелика и скоро заканчивается. Диаграмма достигает т. D. Это самая высокая точка диаграммы. За ней кривая напряжения начинает снижаться. Объяснение здесь очень простое. После достижения т. D, в образце образуется местное сужение или шейка. Площадь сечения шейки меньше площади сечения остальной части образца и поэтому требуется меньшая сила для растяжения. Причем, сечение продолжает уменьшаться, а т.к. при перестроении машинной диаграммы, мы напряжение рассчитываем как отношение силы к начальной площади, а не к реальной площади сечения, то напряжение тоже будет падать. Если же усилие делить на реальную, уменьшающуюся площадь сечения, то диаграмма будет выглядеть иначе. Такая диаграмма называется истинной диаграммой напряжений, и в данном пособии не рассматривается.

Начало пластической деформации соответствует наступлению некоторого критического состояния металла, которое можно обнаружить не только по остаточным деформациям, но и по другим признакам. При пластической деформации повышается температура образца; у стали изменяются электропроводность и магнитные свойства; на поверхности плоских образцов заметно появляются в виде сетки линии, носящие название линий Чернова (линий Людерса). Последние наклонены к оси образца приблизительно под углом

45° (рис. 1.8) и представляют собой микроскопические неровности, возникающие вследствие сдвигов в тех плоскостях кристаллов, где действуют наибольшие касательные напряжения. В результате сдвигов по наклонным плоскостям образец получает остаточные деформации.

Рис. 1.8. Образование сдвига по наклонным плоскостям.

Диаграмма заканчивается в момент полного разрыва образца

Точки А, Н, В и D это важнейшие точки, которым соответствуют определенные напряжения по шкале σ.

Эти напряжения называются механическими

характеристиками данного материала.

Точке А соответствует характеристика, называемая пределом пропорциональности материала σпц. Предел

пропорциональности – это напряжение, до которого

деформации, возникающие в материале прямо пропорциональны приложенному растягивающему усилию, т.е. выполняется закон Гука.

Точке Н соответствует характеристика, называемая пределом упругости материала σу. Предел упругости – это напряжение, до

которого в материале возникают только упругие деформации.

Значит если нагружение прервать до достижения предела упругости, то остаточных деформаций не будет.

Точке В соответствует характеристика, называемая пределом текучести материала σт. Предел текучести – это напряжение,

при котором деформации растут при постоянной нагрузке.

Точке D соответствует характеристика, называемая пределом прочности материала σв, или временным сопротивлением

разрыву. Предел прочности – это максимальное напряжение,

которое может в материале возникнуть. Никакими способами поднять напряжение в материале выше предела прочности не удастся: деталь просто разрушится.

Здесь можно выделить еще одну важную характеристику, называемую относительным удлинением при разрыве δразр. Она рассчитывается по формуле:

бывшего одного целого. Относительное удлинение при разрыве характеризует степень пластичности материала. Чем оно больше, тем выше пластичность материала. Принято считать, что если эта характеристика больше 5%, то материал является пластичным. В противном случае, материал считают хрупким.

Как уже было отмечено, если нагружение прервать за точкой, соответствующей пределу упругости материала, произойдет разгрузка по линии, которая параллельна линии ОА. Допустим, это точка С. Тогда из точки С диаграмма вернется в точку F. Отрезок OF есть остаточная деформация. Если образец подвергнуть повторному испытанию, то диаграмма начнется из т. F. Линия повторного нагружения повторит линию разгрузки, т.е. диаграмма на начальном участке будет включать отрезок FС. Затем линия пройдет тот же путь, что был бы при однократном испытании, т.е. без повторного нагружения. Теперь хорошо видно, что прямолинейный участок диаграммы FС, т.е. участок на котором выполняется закон Гука значительно длиннее, чем тот, который получился при первичном нагружении, т.е. OA. Следовательно, при повторном испытании предел пропорциональности материала значительно вырос, т.е. упругие характеристики материала увеличились. Явление повышения прочностных свойств в результате предварительного пластического деформирования называют наклепом материала.

Основными характеристиками упругости и прочности материалов, используемыми в практических расчетах, являются предел упругости σу предел текучести σт и временное сопротивление (предел прочности) σв.

Для металлов, не имеющих площадки текучести, предел

δ = разр 100% = разр 0 100%

текучести определяют условно, как напряжение, при котором

Эта величина представляет собой полную продольную деформацию. Для ее расчета, за конечную длину стержня принимают длину образца после разрыва, соединив две части остаточная деформация составляет величину, установленную ГОСТом или техническими условиями. По ГОСТ 1497 — 73 величина остаточной деформации составляет 0,2% от измеряемой длины образца. Условные пределы текучести отмечают нижним индексом в соответствии с заданной величиной деформации, например σ0,2. Учитывая, что практически трудно установить начало отклонения от закона пропорциональности и начало появления первых остаточных деформаций, вводят также понятия условных предела пропорциональности и предела упругости.

Условным пределом пропорциональности называют наименьшее напряжение, при котором отклонение от линейной зависимости между напряжением и деформацией достигает некоторой величины, устанавливаемой техническими условиями (например 0,002% от измеряемой длины образца):

где Р0,2 _ величина нагрузки, соответствующая остаточному

удлинению 0,2% от расчетной длины образца.

Условным пределом упругости называют наименьшее напряжение, при котором остаточная деформация достигает заданной величины (обычно 0,001% — 0,05% от измеряемой длины образца). Его отмечают нижним индексом в соответствии с заданной величиной остаточной деформации (например, σ0,001 и σ0,05).

Материал взят из книги Лабораторный практикум по прикладной механике (Сабанаев И.А.)

Источник