Диаграмма растяжения пластичных материалов

 

В процессе испытания на растяжение диаграммный аппарат вычерчивает график Р (Δ l), который называется машинной (или первичной) диаграммой растяжения (рис. 2).

Параметры машинной диаграммы су­щественно зависят от размеров испытуемого об­разца: его длины и площади поперечного сечения.

Чтобы диаграмма харак­теризовала свойства мате­риала, а не конкретного образца ее перестраивают, переходя к относительным величи­нам и по формулам

, ,

где F ₀ – начальная площадь поперечного сечения образца в пределах базы l ₀.

Диаграмма растяжения пластичной (малоуглеродистой стали) показана на рис. 3. Такого типа диаграмма является ус­ловной диаграммой напряжений или ус­ловной диаграммой растяжения. Условность ее заключается в том, что деформации и напряжения получены путем деления на постоян­ные величины l ₀ и F ₀, хотя в процессе растяжения эти величины изменяются.

На диаграмме можно отметить несколько характерных то­чек и участков.

Участок О-А соответствует линейной зависимости между и . Здесь справедлив закон Гука

.

Коэффициент пропорциональности Е называют модулем упругости (модулем Юнга, модулем упругости I-го рода), причем

.

Следовательно, модуль упругости численно равен тангенсу угла на­клона к горизонтали участка О-А диаграммы напряжений.

Предельное напряжение σ _пц, до которого выполняется за­кон Гука, называется пределом пропорциональности

.

 

Рис. 3. Диаграмма напряжений σ (ε) при растяжении образца

из малоуглеродистой стали

 

На участке О-В деформации упругие (хотя от точки А до В диа­грамма криволинейна), т.е. при разгрузке образец восстанавливает свою первоначальную форму и размеры. Точке В соответствует напряжение , называемое пределом упругости. Это максимальное напряжение, при котором в материале не обнаруживаются остаточные деформации.

Для большинства конструкционных материалов σ _пц и σ _упр близки и их считают практически совпадающими.

В точке С начинается процесс деформации образца без роста напряжений, т.е. образец удлиняется при практически постоянной силе. Это явление называется текучестью материала, условное напряжение σ _Т, при котором оно происходит, – пределом текучести,

,

а участок С-D – площадкой текучести или зоной общей текучести.

В зоне текучести поверхность полирован­ного образца покрывается линиями (рис. 4а), наклоненными к его оси примерно под углом 45º (линии Людерса-Чернова). Появление этих линий связано со скольжением материала по плоскостям, на которых действуют максимальные касательные напряжения.

 

 

 

а) б)

Рис. 4. Линии Людерса-Чернова на образце (а), образец после разрыва (б)

 

Участок D-L называется участком упрочнения. Растяжение образцов на этом участке сопровождается увеличением силы Р.

Ордината точки L соответствует наибольшему условному напряжению, которое возникает в образце до его раз­рушения. Это напряжение называется временным сопротивлением σ _в и опре­деляется по формуле

.

На участке L-K деформация образца сопровождается падением нагрузки, что происходит из-за появления в наиболее слабом месте образца локального сужения – шейки, её сечение быстро уменьшается и образец разрушается (точка K, рис. 3).

Отметим тот факт, что до появления шейки деформация образца на базе l₀ однородна и площадь его поперечного сечения F мало от­личается от своей начальной величины F₀ , поэтому на этом этапе ис­пытания величина близка к истинным напряжениям в образце. Но при появлении шейки истинное напряжение по сечению шейки воз­растает, несмотря на уменьшающуюся силу Р.

Различие между истинным и условным напряжением имеется не только после достижения временного сопротивления, но и на любой стадии испытания, так как при растяжении образца площадь его поперечного сечения уменьшается. Однако до нагрузки, соответствующей временному сопротивлению, это различие мало и его обычно не учитывают.

В про­цессе деформации образца σ _ист всегда возрастают, их график по­казан на рис. 2 пунктиром.

Истинное сопротивление разрыву определяется по формуле

,

где F_k – площадь поперечного сечения шейки образца после разрыва.

После разрыва образца его части освобождают из захватов машины, соединяют по месту разрыва и замеряют l_к , d_к (рис. 4б), где l_к – длина расчётной части образца после разрыва; d_к – диаметр шейки образца по месту разрыва.

По этим данным определяют характеристики пластичности:

Относительное остаточное удлинение

,

где l_k – длина расчетной части образца после разрыва (рис. 4б);

Относительное остаточное сужение

,

где F_k – площадь поперечного сечения шейки, .

Таким образом, при испытании на растяжение пластичного ма­териала можно получить, характеристики упругости σ _пц, σ _у; характеристики прочности σ _т, σ _в; характеристики пластичности δ, ψ;.

Из рассмотренных характеристик к основным относятся: σ _т; σ _в; δ; ψ.

Располагая полученными при испытаниях механическими ха­рактеристиками σ _т; σ _в; δ; ψ, можно ориентировочно определить марку материала об­разца. Для этого полученные механические характеристики сравни­вают с приведенными в ГОСТе. При этом наиболее важными или оп­ределяющими являются σ _в; δ.