Характерные точки диаграммы

Точка А – σ_пц – предел пропорциональности

,

где Р_пц – нагрузка, соответствующая пределу пропорциональности,

F₀ – первоначальная площадь поперечного сечения.

Предел пропорциональности указывает на то, что удлинения образца растут пропорционально напряжениям – график прямая линия. Эта прямая образует с осью ординат очень небольшой угол, т.е. удлинения на этом участке растут медленно. До предела пропорциональности справедлив закон Гука. Следовательно, пределом пропорциональности σ_пц называется наибольшее напряжение, до которого деформации в материале растут пропорционально напряжениям.

- модуль Юнга (МПа)

Таким образом, числовая величина модуля упругости первого рода может быть определена как тангенс угла наклона прямолинейного участка ОА к оси абсцисс.

Точка А^I – σ_у – предел упругости

,

где Р_у – нагрузка, соответствующая пределу упругости,

F₀ – первоначальная площадь поперечного сечения.

При проектировании какой-либо конструкции иногда бывает важно знать напряжение, вызывающее в материале первые остаточные деформации. Пределом упругости σ_у называется такое напряжение, при котором в материале получается остаточная деформация, равная заданной малой величине 0,002% - 0,005% первоначальной длины образца. Практически величина предела упругости очень близка к пределу пропорциональности. Точка А^I близко расположена к точке А.

Точка В – σ_Т – предел текучести (критическая точка).

,

где Р_Т – нагрузка, соответствующая пределу текучести,

F₀ – первоначальная площадь поперечного сечения.

Предел текучести.

Некоторые материалы, например мягкая сталь, дают участок, на котором удлинения начинают внезапно расти без увеличения напряжения. Предел текучести является очень важной характеристикой механических свойств материала, так как напряжения выше предела текучести вызывают в материале недопустимые для конструкции остаточные деформации. При растяжении материала с выраженным пределом текучести легко заметить момент его наступления. Стрелка показаний усилий на разрывной машине перестает двигаться. На самом образце можно заметить появление линий, наклонных к оси образца под углом 45⁰. Количество этих линий, называемых линиями Чернова-Людерса постепенно растет, и поэтому поверхность образца становится матовой. Появление этих линий свидетельствует о происходящих сдвигах кристаллов материала.

Участок ВС – площадка текучести.

Условный предел текучести.

Многие материалы (высоколегированная сталь, титан) не имеют ясно выраженного предела текучести. Пределом текучести σ_Т = σ_0,2% для них считается напряжение, при котором они получают остаточную деформацию ε =0,2%.

Причем вспомогательная линия на диаграмме растяжения от ε_0,2 до пересечения с кривой проводится параллельно первоначальному участку кривой.

Рис.6.

Диаграмма растяжения титана.

Последействие и наклеп.

Если нагрузить образец до некоторого напряжения, лежащего ниже предела упругости материала, и потом разгрузить его, то образец примет свои первоначальные размеры только по прошествии некоторого времени. Это явление называется последействием. Оно указывает на то, что частицы твердого тела могут перемещаться продолжительное время под действием внутренних сил.

Упругое последействие имеет значительную величину у материалов органического происхождения (пеньковые канаты, ремни). В металлах (кроме свинца) при комнатной температуре оно невелико. Поэтому для металлов последействием пренебрегают.

Если образец из мягкой стали разгрузить после площадки текучести, т.е. снять растягивающую нагрузку, то упругая часть полного удлинения исчезнет и останется остаточное удлинение ОВ. Повторное нагружение на диаграмме представлено линией ВС (рис.7). Если образцу после разгрузки дать «отдохнуть» некоторое время и после растягивать, то повысится значение предела пропорциональности, т.е. материал вернет свою упругость, а предел текучести повысится еще сильнее (линия СС^ID^I). Повышение прочности и уменьшение пластичности вследствие предварительной вытяжки за предел текучести называется наклепом.

Рис.7.

Повторное нагружение.

В некоторых случаях явление наклепа бывает нежелательным и с ним борются. Например, при пробивке отверстий в листе под заклепки материал у кромки отверстия становится более жестким, и в этой части могут образоваться трещины, особенно от переменных нагрузок. Часть материала, получившую наклеп, удаляют сверлением, увеличивая диаметр отверстия. Или применяют отжиг – нагрев до определенной температуры в течение некоторого времени и последующее медленное охлаждение.

В других случаях искусственно создают наклеп. Например, цепи подъемных машин должны быть менее пластичными и во время работы не получать больших деформаций. Наклепом объясняется тот факт, что проволока, полученная волочением, имеет значительно большую прочность, чем сталь, из которой она сделана.

Точка Д – σ_пч - предел прочности (см. рис. 5)

,

где Р_пч – максимальная нагрузка, которую выдерживает образец до разрушения (предел прочности или временное сопротивление нагрузке),

F₀ – первоначальная площадь поперечного сечения.

За пределом текучести кривая растяжения делается выпуклой кверху, и деформации начинают расти быстрее напряжений. Образовывается местное сужение, называемое шейкой. С появлением шейки удлинение происходит на шейке, остальная часть образца не удлиняется. На самом деле в момент разрыва образца в материале будет большее напряжение, т.к. площадь сечения достигает минимума.

Точка К – σ_к – напряжение разрыва (см. рис. 5)

,

где Р_К – сила, соответствующая разрыву,

F₀ – первоначальная площадь поперечного сечения.

Пластичность материала.

Пластичностью называется способность материала сохранять полностью или частично деформацию, полученную под действием нагрузки после прекращения действия нагрузки.

Пластичность материала характеризуется величиной относительного удлинения

,

где l_К – длина образца после разрыва,

l₀ – первоначальная длина.

Относительное сужение площади поперечного сечения образца

,

где F_К – площадь поперечного сечения шейки после разрыва,

F₀ – первоначальная площадь поперечного сечения образца.

Влияние температуры.

У большинства материалов с повышением температуры повышается пластичность и понижается прочность. С повышением нагрузки или температуры скорость деформации возрастает. Это свойство металлов называется ползучестью. Понижение прочности и повышение пластичности с ростом температуры носит нелинейный характер.

При понижении температуры прочность стали увеличивается, но сильно снижается пластичность. Сталь становится чувствительной к сотрясениям и ударам. Примесь никеля повышает сопротивляемость стали ударной нагрузке при низких температурах.

Скорость испытания.

Чем быстрее нагружается образец, тем получаемые механические характеристики будут выше (σ_пц, σ_т, σ_пч), а деформация меньше.

Дата добавления: 2013-12-14