2.2. Диаграмма растяжения и ее характерные точки

В расчетах на прочность и жесткость при растяжении, сжатии, сдвиге, кручении и изгибе необходимо знать механические свойства материалов. Эти свойства выявляются при испытаниях опытных образцов (обычно круглого сечения) с длиной рабочей части l₀ = (5…10)d. Испытания проводят на универсальных испытательных машинах, а для количественного выражения механических характеристик материала испытуемого образца используют условную диаграмму "напряжение — деформация", изображенную в координатах  = N/A₀ и  = l/l₀ , где N = F — прилагаемая сила, A₀ и l₀ — первоначальная площадь сечения и длина рабочей части образца, l — абсолютная,  — относительная деформации (см. рис.2.3.).

D

 

_в

K

D

_в

В

С

_т

А

 _пр

0  0 

а) б)

Рис. 2. 3

Рассмотрим диаграмму растяжения пластичного материала (рис.2.3,а), отметив на ней характерные точки A, B, C, D и K.На участке ОА между  и  существует строго пропорциональная зависимость, здесь свойства материала подчиняются закону Гука. Напряжение _пр , соответствующее точке А, называется пределом пропорциональности. На участке АВ диаграмма становится криволинейной, пропорциональность нарушается, однако деформация еще остается упругой (при снятии нагрузки остаточная деформация не превосходит некоторую весьма малую величину _ост =(0,002…0,005)%.

На участке ВС деформация растет быстрее нагрузки и в точке С материал начинает "течь". Это вызывается сдвигами в кристаллической решетке. Участок BC – зона текучести, когда удлинение образца l происходит без увеличения силы F. Напряжение, соответствующее точке B диаграммы, называется пределом текучести _т.

В случае полной разгрузки образца из пластичного материала, прошедшего зону текучести, в нем наблюдается остаточная деформация _ост. При повторном нагружении предел пропорциональности значительно возрастет. Это явление называется наклёп или нагартовка и учитывается при конструировании (может улучшить или ухудшить прочность конструкции).

На участке CD внутренняя структура материала значительно изменяется, благодаря чему с увеличением нагрузки деформация вновь растет, причем более интенсивно, чем в зоне упругости. В точке D напряжение достигает максимального значения, которое может выдержать образец. Это напряжение _в называют пределом прочности или временным сопротивлением.

За точкой D в образце возникает суженная зона (шейка), поэтому дальнейшая деформация протекает при уменьшении нагрузки F. В точке K происходит разрыв образца.

Диаграмма растяжения хрупких материалов имеет только одну характерную точку D (рис.2.3,б) в которой и наступает разрушение. Точке К соответствует напряжение _в.

Некоторые хрупкие материалы (бронзы, дюралюминий, специальные стали и др.) имеют так называемый условный предел текучести _0,2 — это такое напряжение, при котором остаточная деформация равна 0,2 %. Например, у стали 37XН3А _0,2 = 1000 МПа, у бронзы БрАЖ9-4 — 250 МПа.

Для большинства конструкционных материалов их прочностные характеристики при растяжении и сжатии можно считать одинаковыми, хотя предел прочности некоторых хрупких материалов (например, чугуна) при сжатии может быть значительно выше, чем при растяжении.