3.2. Условная и истинная диаграмма напряжений

Вид диаграммы растяжения в координатах P–l зависит не только от свойств материала, но и от размеров испытуемого образца. Чтобы получить диаграмму, характеризующую только механические свойства материала, первичную диаграмму растяжения пересчитывают в координатах –. Ординаты такой диаграммы получают делением растягивающей силы Pi на первоначальную площадь поперечного сечения испытуемого образца:

.

Абсциссы диаграммы напряжений получают делением абсолютных удлинений расчетной части образца на первоначальную ее длину . Полученный таким образом график зависимости напряжений от деформаций не учитывает изменения площади поперечного сечения образца, поэтому он называется условной диаграммой напряжений в отличие от истинной диаграммы напряжений, при построении которой силу Рi делят на текущую площадь Fi поперечного сечения.

На рис.3.1 приведены условная (сплошная линия) и истинная 1 (штриховая линия) диаграммы напряжений для низкоуглеродистой стали. На каждой из них можно отметить ряд характерных точек: А, В, С, D, Е, F.

Вначале на участке ОА диаграмма представляет собой наклонную прямую. В этих пределах напряжения  растут пропорционально деформациям , т.е. соблюдается закон Гука , где Е – модуль упругости при растяжении.Закон Гука справедлив до предела пропорциональности _пц.

Выше точки А диаграмма искривляется, закон Гука нарушается. Однако вплоть до точки В, соответствующей пределу упругости _уп, деформация образца остается упругой и полностью исчезает при снятии нагрузки. Точка В находится вблизи точки А, поэтому их часто считают совпадающими. Если через точку В провести вертикальную линию, то левее этой линии на диаграмме будет зона упругих, а правее – зона упругопластических деформаций, так как там наряду с упругими будут иметь место и остаточные пластические деформации, не исчезающие при разгрузке.

Рис.3.1. Диаграммы напряжение материала с площадкой текучести

Рис.3.2. Диаграммы напряжений материала без площадки текучести

Начиная от точки С на диаграмме имеется горизонтальный участок, которому соответствует предел текучести _s,. На этом участке деформации растут без увеличения нагрузки – материал как бы «течет». Поэтому участок CD часто называют площадкой текучести.

Наличие площадки текучести для материалов не является характерным. Во многих случаях при испытаниях на растяжение площадка CD не обнаруживается и диаграмма растяжения имеет вид кривых, показанных на рис. 3.2. В этом случае предел текучести _s, определяют условно как напряжение, при котором остаточная деформация составляет заданную величину.

Начиная с точки D (рис.3.1) материал вновь приобретает способность увеличивать сопротивление дальнейшей деформации. Однако возрастание нагрузки при удлинении образца происходит гораздо медленнее, чем на упругом участке.

Диаграмма изменяется по плавной кривой с наивысшей точкой Е, в которой условное напряжение ( ) принимает наибольшее значение, достигая временного сопротивления _в.

После достижения точки Е на образце намечается место будущего разрыва и образуется шейка – локальное сужение образца. На диаграмме условные напряжения падают, что связано с уменьшением поперечного сечения образца. Однако если подсчитать истинное напряжение, отнесенное к наименьшей площади сечения шейки, то обнаружится возрастание напряжений до момента разрушения (точка F').

Следует отметить, что процесс образования шейки сопровождается неоднородностью деформации как от сечения к сечению, так и в каждом сечении в шейке.

РАЗГРУЗКА И ПОВТОРНОЕ НАГРУЖЕНИЕ. Дойдя до некоторой точки К. на условной диаграмме напряжений, будем уменьшать нагрузку на испытуемый образец. В процессе разгрузки зависимость  изобразится прямой KL, параллельной прямой ОА. При разгрузке в области упруго-пластических деформаций деформация полностью не исчезает. Она уменьшается на величину упругой части (отрезок LM). Отрезок OL представляет собой оста точную или пластическую деформацию.

При повторном нагружении образца диаграмма растяжения принимает вид прямой LK и далее – кривой KEF так, как будто промежуточной разгрузки мы не проводили. Таким образом, металл, вследствие первоначальной деформации как бы приобретает упругие свойства и повышает предел упругости, одновременно с этим теряя в значительной степени способность к пластической деформации. Это явление называется упрочнением (наклепом).

Аналогичный характер имеют диаграммы напряжений, построенные при сжатии и кручении цилиндрических образцов.