2. Диаграммы растяжения

Рассмотрим диаграмму растяжения малоуглеродистой стали (пластичногоматериала) (Рис. 9). Данная диаграмма называется условной, т.к. напряжения определяются отношением изменяющейся силы к первоначальной площади образца (в то время как при растяжении площадь поперечного сечения всё время изменяется – уменьшается).

σ истинная диаграмма

Е

●

С Д F условная диаграмма

А

σ _пч σ _т σ_у σ_пц

О М L

 _ост  _упр 

Рис. 9. Диаграмма растяжения малоуглеродистой стали

На участке ОА – деформации растут пропорционально напряжениям, участок прямолинейный, справедлив закон Гука σ = Е• . Точка А соответствует пределу пропорциональности σ _пц= F_пц / S –– наибольшему напряжению, до достижения которого справедлив закон Гука. F_пц - сила, соответствующая пределу пропорциональности, S – первоначальная площадь образца.

Точка В соответствует пределу упругости σ _у = F _у / S –– наибольшему напряжению, до достижения которого в образце не возникает остаточных деформаций.

В точке С деформации начинают расти практически без увеличения нагрузки. СД – площадка текучести (материал течет). Напряжение, при котором происходит рост деформации без увеличения нагрузки, называется пределом текучести σ _m = F_m / S. Текучесть сопровождается взаимными сдвигами кристаллов, в результате чего на поверхности образца появляются линии (линии Людерса – Чернова), наклоненные к оси образца под углом  = 45 (при этом образец приобретает матовый цвет).

Удлинившись на некоторую величину при постоянной нагрузке, материал снова приобретает способность сопротивляться, как бы упрочняется и диаграмма за точкой Д идет вверх. Точка Е соответствует пределу прочности (или временному сопротивлению) σ_пч = F_пч / S –– условному напряжению, соответствующему наибольшей нагрузке, выдерживаемой образцом до разрушения.

При достижении образцом напряжения, соответствующего пределу прочности, на образце появляется резкое сужение – шейка (Рис. 10). Окончательное разрушение образца происходит в точке F (Рис. 9).

Рис. 10. Изменение формы образца при испытаниях

По диаграмме можно определить также характеристики пластичности:

- продольную деформацию (полное удлинение образца); например от силы F _т : продольная деформация равна отрезку  OL, а она, в свою очередь, состоит из остаточной деформации, равной отрезку ОМ и упругой -  ML; относительное остаточное удлинение при разрыве определяют:  = l₁ – l / l ·100% =  l / l₀ ·100%;

- поперечную деформацию, относительное остаточное сужение образца при разрыве    = S – S_ш / S ·100% = S / S ·100%.

Для изучения значительных пластических деформаций необходимо знать истинную диаграмму растяжения, дающую зависимость между истинными деформациями и истинными напряжениями (с учётом сужения образца).

Чем пластичнее материал, тем больше .. К весьма пластичным материалам относят медь, алюминий, латунь, малоуглеродистую сталь и др. Менее пластичными являются дюраль, бронза, а слабопластичными – большинство легированных сталей.

Многие марки стали, цветных металлов не имеют ярко выраженной площадки текучести, для них устанавливается условный предел текучести σ_0,2 – напряжение, которому соответствует остаточная деформация, равная 0,2 % от l - первоначальной длины образца (сталь легированная, бронза, дюралюминий).

σ

σ_0,2

О

0,2% ε

Рис. 11. Условный предел текучести

Если образец, который был предварительно растянут до возникновения в нем напряжений больших σ_m , подвергнуть повторному нагружению, то оказывается, что линии нагрузки и разгрузки совпадают, а часть диаграммы, лежащая левее точки, от которой производилась разгрузка, не повторяется. Таким образом, в результате предварительной вытяжки материала за σ_m, его свойства изменяются: повышается σ_пц и уменьшается пластичность (Рис. 12).

σ

σ σ

ε

Рис. 12. Явление наклёпа

Это явление называется наклепом. Наклеп полезен при изготовлении проводов, тросов, стержней для арматуры железобетонных конструкций, которые предварительно вытягивают за σ_m. Наклеп отрицательно сказывается при изготовлении клепаных изделий: отверстия для заклепок пробивают на прессе, в результате материал у краев оказывается наклепанным, обладает повышенной хрупкостью, поэтому пробивают отверстия меньшего диаметра, а затем рассверливают, удаляя наклепанную часть).

Рассмотрим диаграмму растяжения хрупкого материала – чугуна (Рис. 13).

σ

σ_пч

О

ε

Рис. 13. Диаграмма растяжения хрупкого материала

Разрушение происходит при очень малых остаточных деформациях. Уже в начальной стадии растяжения заметно отклонение от закона Гука. Определяют одну механическую характеристику σ_пч.