3.10. Определение сопротивления деформации металлов в холодном состоянии (испытания на растяжение)

Стандартизировано испытание цилиндрических образцов на растяжение. Образцы применяют десятикратные (l₀/d₀ = 10) и пятикратные (l₀/d₀ = 5). Одноосное напряжение состояние сохраняется в образце до образования шейки. Применяются испытательные машины с силоизмерительными устройствами.

Первичную диаграмму растяжения получают в координатах Р- (сила – абсолютное удлинение). Ее перестраивают в диаграмму истинных напряжений (кривую упрочнения): (рис. 3.20). Главное напряжение , где Р – сила растяжения; F – текущая площадь поперечного сечения. Значения Р берут на участке АБ. До точки А деформация упругая; после точки Б схема напряженного состояния не линейная, а объемная.

Для одноосного напряженного состояния ; . Главные скорости деформации ; ; . Средняя для образца

Рис. 3.20. Диаграмма растяжения (а) и кривая упрочнения (б)

скорость деформации . Здесь - скорость движения одного из захватов испытательной машины относительно другого, l – текущая длина образца, - относительная линейная деформация, - время деформирования (рассчитано путем деления абсолютного удлинения образца (перемещения захвата) на скорость.

Степень деформации:

; .

Текущая площадь поперечного сечения образца F определяется из постоянства объема:

; ; .

Диаграмму истинных напряжений легко перестроить в диаграмму .

Опыты показывают, что для большинства металлов зависимость не чувствительна к скоростям испытания (так как в процессе деформации не происходит разупрочнение за счет рекристаллизации).

Эта зависимость называется кривой упрочнения (рис. 3.21). Кривые можно описать уравнением регрессии , где С и n – разные числовые

Рис. 3.21. Кривая упрочнения: 1 – сталь марки 08КП, 2 - сталь 40, 3 - 30ХГСА

коэффициенты для разных металлов. Они вычисляются по опытным данным методом наименьших квадратов

3.11. Определение сопротивления деформации металлов в холодном состоянии (испытания на осадку)

Недостаток испытаний на растяжение – при сравнительно небольших деформациях образуется шейка и напряженное состояние значительно отклоняется от одноосного.

Используют также метод осадки цилиндрических образцов плоскими полированными и смазанными бойками. Для данного метода имеется ГОСТ. Применяются испытательные машины с силоизмерительным устройством, такие же, как и для растяжения образцов.

Применяют образцы с . Осадка более низких образцов сопровождается существенным искажением опытных данных о величине из-за влияния трения на контактной поверхности на процесс деформирования. Трение может привести к бочкообразованию образца и схема напряженного состояния будет уже не линейная. Причём, чем ниже образец, т.е. больше отношение , тем больше давление р превышает значение и опытным путем определяется уже не , а р.

Физическую сущность влияния отношения на давление р проще объяснить на примере осадки заготовок одинакового диаметра. При осадке вблизи контактных поверхностей заготовки образуются зоны затруднённой деформации (ЗЗД) (рис. 3.22). Наличие ЗЗД обусловлено действием сил трения на

h₁ > h₂; d₁ = d₂ h_З1 = h_З2 ; > р₂ > p₁

Рис. 3.22. Зоны затруднённой деформации (ЗЗД) при осадке заготовок:

а) высокая заготовка; б) низкая заготовка

контактных поверхностях. Установлено, что высота ЗЗД h_З зависит только от диаметра заготовки и не зависит от её высоты. Поэтому в рассматриваемом на рис. 3.22 примере h_З1 = h_З2 и, следовательно, у низкой заготовки выше доля объёма, занимаемого ЗЗД, в общем объёме заготовки. Таким образом, продеформировать низкую заготовку труднее, чем высокую, т.е. р₂ > p₁.

Высокие образцы теряют устойчивость, изгибаются. Для снижения трения на торцах образца нарезают концентрические круговые канавки. Это препятствует выдавливанию смазки с контактной поверхности. Применение жидких смазок и канавок совмещают с использованием тонких пленок полиэтилена или свинцовой фольги, играющих роль твердой пластической смазки [4].

Предположим, что удалось существенно снизить трение. Тогда осадка цилиндра с будет проходить в условиях, близких к линейной деформации. Диаграмма (сила – абсолютное обжатие образца (перемещение подвижного бойка)), зафиксированная в опыте на испытательной машине может быть перестроена в переменные :

Рис. 3.23. Изменение силы деформирования при осадке

,

где F – текущая площадь поперечного сечения.

;

; ;

h – текущая (изменяющаяся при осадке) высота образца; ; v – скорость подвижного бойка; логарифмическая деформация

; .

Данные испытаний на сжатие также представляют в виде кривых упрочнения или уравнения регрессии .

Накоплен обширный материал о механических свойствах металла после холодной деформации. Например, испытывали образцы, изготовленные из холоднокатаного металла. Определяли (рис. 3.24). Здесь HB - твердость по Бринеллю, N – количество перегибов до разрушения образца, - относительное удлинение при растяжении образца (до разрушения).

Прочностные характеристики и определяют растяжением или сжатием образцов из отожженного металла. Принято считать, что .

При определении пластических характеристик N , и твердости HB

Рис. 3.24. Механические свойства металла

применяют образцы в виде пластин, предварительно прокатанные в холодном состоянии с разными степенями деформации.

Образцы для растяжения по ГОСТ – десятикратные и пятикратные. Установлено, что скорость деформации, качество смазки, количество проходов до получения заданной степени деформации на механические свойства влияют незначительно.