В. И. Феодосьев - СОПРОТИВЛЕНИЕ МАТЕРИАЛОВ (Учебник - Сопротивление материалов - В. И. Феодосьев), страница 13

1.1). Рис. 1АО Удлинение при разрыве в процентах будет следующим: сМе в = — 100. 1о Возникающие деформации распределены по длине образца неравномерно. Если произвести обмер отрезхов, расположенных между соседними рисками, можно построить эпюру остаточных удлииенкй, показанную на рис. 1.40. Наибольшее удлинение возникает в месте разрыва. Оно называется обычно исгпиннснм удлинением при разрыве. Лиаграмма растяжения, построенная с учетом уменьшения площади г и местного увеличения деформации, называется истинной диаграммой растпяжения (кривая ОС'Р' на рис.

1.41). Рнс. 1.41 Построение истинной диаграммы бывает необходимо при теоретическом анализе операции глубокой штамповки и вообще при решении задач образования больших деформаций. Это построение выполняют приближенными способами. Один из них заключается в следующем. Сначала определяют координаты онст и еяс„точки Р' — истинной точки разрыва (рис. 1.41). Очевидно, онст = ро/рш, где Ро — значение растягивающей силы в момент разрыва в точке Р; Г„, - плошадь поперечного сечения шейки после разрыва. Значение кист легко определить обмером разорванного образца из условия равенства объемов материала до и после испытания. Вблизи места разрыва единица длины образца имеет до испытания объем Г 1, а после разрыва — Еш(1+кист).

Тогда Е = Еш(1+си, ), откуда Е кист = тш Абсцисса точки Р' будет равна =Г <~ест яр~ —— — — 1+ —. Еш Е Белее, из найденной таким образом точки Р' к кривой ОР проводят касательную Р'С'. На участке ОС' обычная диаграмма совпадает с истинной, поскольку шейка на образце еще не образовалась. При больших деформациях за истинную диаграмму принимают прямую С'Р'. Вместо прямой С'Р' можно было бы с той же степенью приближения провести также плавно изменяющуюся кривую, касательную к кривой ОР. 1.10. Пластичность и хрупкость. Твердость Способность материала без разрушения получать большие остаточные деформации носит название пластичностпи.

Свойство пластичности имеет решающее значение для таких технологических операций, как штамповка, вытяжка, волочение, гибка и др. Мерой пластичности является удлинение б при разрыве. Чем больше 6, тем более пластичным считается материал. К числу весьма пластичных материалов относятся отожженная медь, алюминий, латунь, малоуглеродистая сталь н др. Менее пластичными являются дюрвль и бронза. К числу слабо пластичных материалов относятся многие легированные стали. Свойством, противоположным пластичностк, является труакостиь, т.

е. способность материала разрушаться без образования заметных остаточных деформаций. Материалы, обладающие этим свойством, называются хрупкимш Лля таких материалов удлинение при разрыве не превышает 2...5 %, а ве в ряде случаев измеряется долями процента. К хрупким материалам относятся чугун, высокоуглеродистая инструментальнал сталь, стекло, кирпич, камни и др. Диаграмма растяжения хрупких материалов не имеет плошадки текучести и зоны упрочнения (рис. 1.42). д Рис. 1.4З Ю Рис. 1.43 По-разному ведут себя пластичные и хрупкие материалы и при испытании на сжатие.

Как уже упоминалось, для испытания на сжатие используют короткие цилиндрические образцы, располагаемые между параллельными плитами. Для малоуглеропистой стали диаграмма сжатия образца имеет вид кривой, показанной на рис. 1.43. Здесь, как и у диаграммы растяжения, обнаруживается плошадка текучести с последующим переходом к зоне упрочнения. В дальнейшем, однако, нагрузка не падает, как при растяжении, а резко возрастает. Происходит это в результате того, что плошадь поперечного сечения сжатого образца увеличивается; сам образец вследствие трения на торцах принимает бочкообразную форму (рис.

1.44). Довести образец пластичного материала до разрушения практически не удается. Испытуемый цилиндр сжимается в тонкий диск (см. рис.1.44), и дальнейшее испытание ограничивается возможностями машины, Поэтому предел прочности при сжатии для такого рода материалов найден быть не может (см. табл.

1.1). Иначе ведут себя при испытанки на сжатие хрупкие материалы. Диаграмма сжатия этих материалов сохраняет качественные особенности диаграммы растяжения (см. рис. 1.42). Рис. 1.44 Рис. 1.45 Предел прочности хрупкого материала при сжатии определяется так же, как и при растяжении.

Разрушение образца происходит с образованием трещин цо наклонным или продольным плоскостям (рис. 1.45). Сопоставление предела прочности хрупких материалов при растяжении вар с пределом прочности при сжатии ангес показывает, что эти материалы обладают, как правило, более высокими прочностными показателями при сжатии, нежели прн растяжении. Отношение пас для чугуна колеблется в пределах О, 2...

0,4; для керамических материалов й = О, 1... О, 2. вв У пластичных материалов прочностные характеристики на растяжение и сжатие сопоставляют по пределу текучести. Принято считать, что от.р вв от,с Принято... Но так ли зто на самом деле — сказать трудно. Справочнвл литература не щедра на характеристики материалов при сжатии. Значения предела текучести при сжатии, приведенные выше, определяли в свое время специально, чтобы заполнить второй столбец табл. 1.11. Что же касается предела прочности при сжатии, то здесь также многое остается неясным. Постаточно сказать, что, в отличие от растяжения, результаты испытания оказываются зависящими также и от формы поперечного сечения образца.

Испытывать на сжатие цилиндр или кубик — не совсем одно и то же. Существуют материалы, способные воспринимать при растяжении ббльшие нагрузки, чем при сжатии. Это обычно материалы, имеющие волокнистую структуру, — дерево и некоторые композиты. Этим свойством обладают и некоторые металлы, например магний. Пеленке материалов на пластичные и хрупкие является условным не только потому, что между теми н другими не существует резкого перехода в значениях й. В зависимости от условий испытания многие хрупкие материалы способны вести себя как пластичные, а пластичные — как хрупкие. Например, чугунный образец при испытании на растяжение под большим давлением окружающей среды (р > 400 МПа) разрывается с образованием шейки.

Многие горные породы, находящиеся под давлением вышележащих слоев, при сдвигах земной коры претерпевают пластические деформации. Образец пластичного материала, имеющий кольцевую выточку (рис. 1.46), при растяжении получает хрупкий разрыв в связи с тем, что в ослабленном сечении затруднено образование пластических деформацик сдвига по наклонным площадкам. Рис. 1.ве Опыты ставил К.К. Лазарев. Очень большое влияние на проявление свойств пластичности и хрупкости оказывают скорость нагружения и температура.

При быстром нагружении более резко проявляется свойство хрупкости, а при медленном — свойство пластичности. Например, хрупкое стекло способно цри длительном воздействии нагрузки при нормальной температуре получать остаточные деформации. Пластичные же материалы, такие как малоуглеродистая сталь, под воздействием резкой ударной нагрузки проявляют хрупкие свойства. Одной из основных технологических операций, позволяющих изменять в нужном направлении свойства материала, является термообработка. Из данных, приведенных в табл. 1.1, видно, например, что закалка резко повышает прочностные ха рактеристики стали и одновременно снижает ее пластические свойства.

Пля большинства широко применяемых в машиностроении материалов хорошо известны те режимы термообработки, которые обеспечивают получение необходимых механических характеристик материала. Испытание образцов на растяжение-сжатие дает объективную оценку свойств материала. В производстве, однако, для оперативного контроля за качеством изготовляемых деталей этот метод представляет в ряде случаев значительные неудобства. Например, при помощи испытания на растяжение- сжатие трудно контролировать правильность термообработки готовых изделий. Лля такого контроля нужно было бы для каждой партии деталей изготовлять несколько образцов, проходящих все стадии термообработки вместе с деталями, а затем подвергать эти образцы' испытанию на растяжение или сжатие и таким образом определять механические характеристики для готовой партии деталей.

Такой прием сильно загружал бы производство и снижал бы оперативность контроля, На практике большей частью прибегают поэтому к сравнительной оценке свойств материала при помощи пробы на твердость. Под твердостью понимается способность материала противодействовать механическому проникновению в него посторонних тел. Понятно, что такое определение твердости повторяет, по существу, определение прочности. В материале при 90 вдавливании в него постороннего тела возникают местные пластические деформации, сопровождающиеся при дзльнеишем увеличении сил местным разрушением. Поэтому показатель твердости связан с показателями прочности и пластичности и зависит от конкретных условий ведения испытания.

Наиболее широкое распространение получили методы измерения тверпости по Бринелю и по Роквеллу. В первом случае в поверхность исследуемой детали вдавливают стальной шарик диаметром 10 мм, во втором — алмазный острый наконечник. По обмеру полученного отпечатка судят о твердости материала, Испытательная лаборатория обычно располагает составленной путем экспериментов переводной таблицей, при помощи которой можно приближенно по показателю твердости определить предел прочности материала. Таким образом, в результате испытаний на твердость удается определить прочностные показатели материала, не разрушая деталь. 1.11. Влияние температуры и фактора времени на механические характеристики материала Все сказанное выше о свойствах материалов относилось к испытаниям в так называемых нормальных условиях, т.е.