72

5.2. Разрушение металла при растяжении

Разрушение металла при растяжении можно проиллюстрировать на диаграмме растяжения (рис. 5.5).

Испытание на растяжение ПРОВОДИТСЯ на специальных машинах, кото­ рые записывают диаграмму растяжения зависимости удлинения образца i11 (ММ) от действующей нагрузки Р.

Участок ОА на диаграмме растяжения соответствует упругой деформа­ ции материала, когда соблюдается закон Гука с = Е8; где Е - модуль упруго­ СТИ (модуль Юнга).

При одноосном растяжении происходят упругое удлинение в направ­ лении растяжения и упругое сужение образца.

Рис. 5.5. Диаграммы растяжения в координатах напряжение (j - относительная деформация 8

Напряжение, соответствующее предельной упругой деформации в точ­ ке А, называют пределом пропорциональности:

где Рпц - нагрузка; Е; - площадь поперечного сечения образца, мм', В систе­ ме СИ О"пц выражается в МПа (1 кгс/мм' ~ 10 МПа).

При напряжениях выше предела пропорционалъноети О"пu происходит равномерная пластическая деформация (удлинение 8 и сужение поперечного сечения образца). Каждому напряжению cr соответствует остаточное удлине­ ние 8, которое (на диаграмме) получим, проведя из соответствующей точки диаграммы растяжения линию, параллелъную участку ОА диаграммы растяже-

73

ния, Можно решить и обратную задачу: установить, какое напряжение должно быть приложено к образцу, чтобы вызвать заданную степень деформации.

Пределом упругости считают напряжение, при котором остаточная деформация очень мала (например 0,05 % или меньше). В зависимости от допускаемой деформации предел упругости записывается (J'O,OS, что означает напряжение, которое вызвало остаточную деформацию 0,05 %. Предел упру­ гости является важной характеристикой свойств материалов, используемых для изготовления деталей типа «пружина»,

Напряжение ао,2, вызывающее остаточную деформацию <5 == 0,2 %, при­ нято называть условным пределом текучести:

где РО,2 - сила, действующая на образец; РО - исходное сечение образца.

По физической природе предел текучести аО,2 характеризует сопротив­ ление материала малым пластическим деформациям.

Условный предел текучести - важная расчетная характеристика материа­ ла. Действующие в детали напряжения должны быть ниже предела текучести.

Равномерная пластическая деформация продолжается при росте на­ пряжения до значения ав (рис. 5.5).

При напряжении выше ав наблюдается принципиальное изменение де­ формации образца. Она сосредоточивается на малом участке длины образца. В этом участке возникает сильное местное утонение образца, именуемое шейкой.

Напряжение <>в, соответствующее началу большой местной пластиче­ ской деформации, называется пределом прочности:

где Р; - нагрузка, соответствующая пределу прочности; Fo - исходное попе­ речное сечение образца.

Образование шейки характерно ДЛЯ пластичных материалов, которые

имеют диаграмму растяжения с максимумом.

Предельное напряжение о"в, которое выдержал хрупкий материал при разрушении, является истинным пределом прочности материала.

Как видим, физический смысл предела прочности пластичного, полу­ хрупкого и хрупкого материалов принципиально различный. Это объясняет­ ся разной пластической деформацией этих материалов до разрушения. Зна­

чения предела текучести с, и предела прочности о, приводятся В справочни­

ках и являются прочноетными характеристиками материала.

75

Методика испытаний весьма проста и может осуществляться непо­ средственно на готовой детали без ее разрушения. В большинстве случае при

испытании на твердость производят вдавливание в испытуемый материал индентора, изготовленного из значительно более твердого материала, чем испытуемый. О твердости судят либо по глубине проникновения индентора (твердость по Роквеллу - HRC, HRВ, HRA), либо по величине отпечатка от вдавливания индентора при соответствующей нагрузке (твердость по Бри­ неллю - НВ, Виккерсу - HV, микротвердость Н). Во всех перечисленных случаях при вдавливании индентора происходит пластическая деформация испытуемого материала. Чем больше сопротивление материала пластической деформации, тем на меньшую глубину проникает индентор и тем выше

твердость.

Таким образом, твердость при испытаниях методами вдавливания ха­ рактеризует сопротивление металла пластическим деформациям, т. е. опре­ деляются те же механические свойства материала, что при испытаниях на

растяжение, но в иных условиях напряженного состояния.

Наиболее широко практикуются испытания твердости по Бринеллю и Роквеллу. На рис. 5.6 приведены схемы методов Бринелля, Роквелла и ВИК­

керса.

а

Рис. 5.6. Схема определения твердости: а - по Бринеллю; 6 - Роквеллу; в - Виккерсу

При определении твердости по Бринеллю индентор в виде стального шарика определенного диаметра D вдавливается при определенной нагрузке р в испытуемый материал (рис. 5.6, а). Твердость по Бринеллю определяется по диаметру отпечатка d по формуле