Статических испытаниях

Механические свойства, определяемые при

Статическими называют испытания, при которых при­лагаемая к образцу нагрузка возрастает медленно и плавно. Чаще применяют испытания на растяжение, позволяющие по резуль­татам одного опыта установить несколько важных механических характеристик металла или сплава.

Для испытания на растяжение используют стандартные об­разцы (ГОСТ 1497 - 84). Машины для испытаний снабжены при­бором, записывающим диаграмму растяжения (рис. 39).

Рис. 39. Диаграмма растяжения металлов для условных (1) и истинных (2)

напряжений (а) и диаграмма истинных напряжений (б):

I - область упругой деформации;II - область пластической деформации; III - область развития трещин

Кривая 1 характеризует поведение (деформацию) металла под действием напряжений s, величина которых является условной (s = P/F_o), где F_o — начальная площадь поперечного сечения. До точки А деформация пропорциональна напряжению. Тангенс угла наклона прямой ОА к оси абсцисс характеризует модуль упругости материала

Е = s/d (17)

где d - относительная деформация.

Модуль упругости Е определяет жесткость материала, ин­тенсивность увеличения напряжения по мере упругой деформа­ции. Физический смысл Е сводится к тому, что он характеризует сопротивляемость металла упругой деформации, т. е. смещение атомов из положения равновесия в решетке.

Модуль упругости практически не зависит от структуры металла и определяется силами межатомной связи. Все другие механические свойства яв­ляются структурно чувствительными и изменяются в зависимости от структуры (обработки) в широких пределах.

Напряжение, соответствующее точке А, называют пределом пропорциональности (s_пц).

Обычно определяют условный предел пропорциональности, т. е. напряжение, при котором отступление от линейной зависимости между нагрузкой и удлинением достирает такой величины, что тангенс угла наклона, образованного касательной к кривой деформации в осью напряжений, увеличи­вается на 50 % своего значения на линейном (упругом) участке.

Напряжения, не превышающие предела пропорциональности, практически вызывают только упругие (в микроскопическом смысле) деформации, поэтому нередко s_пц отождествляют с ус­ловным пределом упругости. Предел упругости определяется как напряжение, при котором остаточная деформация достигает 0,05 % (или еще меньше) первоначальной длины образца:

s_0,05 = Р_0,05/F₀ (18)

Напряжение, вызывающее остаточную деформацию, равную 0,2 %, называют условным пределом текучести:

s_0,2 = Р_0,2/F₀ (19)

При испытании железа и других металлов с ОЦК решеткой при достижении определенного напряжения s_Т на кривой растя­жения образуется площадка. Напряжение, при котором образец деформируется без увеличения растягивающей нагрузки, на­зывается физическим пределом текучести:

s_Т = Р_Т/F₀ (20)

Предел текучести s_0,02 является расчетной характеристикой, некоторая доля от s_0,2 определяет допустимую нагрузку, исклю­чающую остаточную деформацию.

Если допустимые напряжения определяются величиной упру­гой деформации (жесткая конструкция), то в расчетах исполь­зуется величина модуля упругости Е. В этом случае стремиться к получению высокого значения s_0,2 не следует. Величины s_пц и s_0,2 характеризуют сопротивление малым деформациям.

Дальнейшее повышение нагрузки вызывает более значитель­ную пластическую деформацию во всем объеме металла.

Напряжение, отвечающее наибольшей нагрузке, предшествующей раз­рушению образца, называют временным сопротивлением, или пре­делом прочности:

s_В = Р_max/F₀ (21)

У пластичных металлов, начиная с напряжения s_В, деформа­ция сосредоточивается в одном участке образца, где появляется местное сужение поперечного сечения, так называемая шейка.

В результате развития множественного скольжения в шейке об­разуется высокая плотность вакансий и дислокаций, возникают зародышевые несплошности, укрупнение которых приводит к воз­никновению пор. Сливаясь, поры образуют трещину, которая распространяется в направлении, поперечном оси растяжения, и в некоторый момент образец разрушается (точка С на рис. 31, а).

Кроме того, при испытании на растяжение определяют ха­рактеристики пластичности. К ним относятся относительное удлинение

d = (l_к – l₀) 100/l₀ (22)

и относительное сужение

y = (F₀ – F_к)100/F₀, (23)

где l₀ и l_к - длина образца,

F₀ и F_к - площадь поперечного сечения образца до и после разрушения соответственно.

Отношение изменения длины к начальной длине определяет условное удли­нение. Отношение в каждый данный момент изменения длины к длине в этот момент дает истинное удлинение:

(24)

Переход от l₀/l_к к F₀/F_к проведен, исходя из предположения о постоянстве объема при деформировании. Повышение прочности (s_В, s_0,2 ) обычно сопровождается снижением пластичности ма­териала.

На рис. 31, б приведена диаграмма истинных напряжений, построенная в координатах S - l. Учитывая, что роль пластической деформации несравненно больше, чем упругой, считают, что участок диаграммы, соответствующий упругой деформации, сов­падает с осью координат.

Истинное сопротивление отрыву (разрушению) S_к определя­ется как отношение усилия в момент разрушения к минималь­ной площади поперечного сечения образца в месте разрыва:

S_к = Р_к/F_к. (25)

В случае хрупкого разрушения S_к и определяет действитель­ное сопротивление отрыву или хрупкую прочность материала (см. рис. 31, б). При вязком разрушении (когда образуется шейка) s_В и S_к характеризуют сопротивление значительной пластической деформации, а не разрушению. В конструкторских расчетах s_В и S_к практически не используются, так как трудно представить конструкцию, работоспособность которой не нарушится при пластической деформации отдельных деталей или узлов.

Кривая 2 на рис. 31, а показывает, что в процессе растяжения металл испытывает деформационное упрочнение (наклеп).

Если пренебречь упругими деформациями, то коэффициент деформационного упрочнения

К = [tga - (S_к - s_0,2)]/l_к. (26)

Характеристики материалов s_0,2, s_B, d, y, а также Е являются - базовыми - они включаются в ГОСТ на поставку конструкцион­ных материалов, в паспорта приемочных испытаний, а также вхо­дят в расчеты прочности и ресурса.

Дата добавления: 2014-01-05