Кинасошвили Р.С. 1960 Сопротивление (1075901), страница 7
Текст из файла (страница 7)
с 1л . ) 00о,г ~о где г=.— площадь поперечного сеченгя шейки после разрыва, А а à — первоначальная плошадь поперечного сечения образца. а Обычно говорят о пластичном и хрупком материале в ззяисимости от того, большие или малые остаточные деформации получаготся в обрззце при его разрыве. г ее см Аппп 0000 гппп 1000 и г с и в гаггы гпмгпггдгпех Рис. 20. На рис. 20 приведены для сравнения диаграмлгы растяжения пластичного материала (мягкая сталь) н хрупкого материала (чугун). Из сравнения этих диаграмм видно, что хрупкий материал разрушается при небольшой относительной дефорлгании н не имеет площадки текучести.
Однако следует заметить, что в зависимости от напряженного состояния, скорости деформнрования, температуры и других условий пластичность материала изменяется. Материал, показывающий себя хрупким при растяжении при обычной температуре, может вести себя в других условиях, как пластичный, и наоборот. Рассмотрим деформацию образца за пределом упругости. Если от какой-нибуль точки н диаграммы (рис. 17), лежащей выше предела упругости, произвести разгрузку образца, то линия разгрузки гггт будет прямой, параллельной прямой ОА. Рлстяженс!е и сжАтие 1гл. и Отрезок я!с! представляет полное относительное удлинение образца при напряжении, соответствующем точке я. Отрезок ОР, равный йа, представляет величину пластической деформации, которая останется в образце после его разгрузки.
Деформация за пределом упругости состоит из двух частей: упругой деформации, т. е. исчезающей после снятия нагрузки, и остаточной деформации, которая остается и после разгруаке пня образца: Š— Етпр+ аост Упругая часть деформации за пределом упругости пропорциональна напрямсениям. На основании этого закона, называемого залонолс разгрузьи, можно определять упругую часть деформации и за пределом упругости. Перед самым разрывом образца его полное удлинение представляется на диаграмме отрезком ОЕ. После разрыва упругая часть деформации ЕЕ исчезает и остается 'лишь остаточная деформация ОЕ.
Чеы больше остаточная деформация, теы более пластичным считается мате риал. ,'арактеристики механических свойств металлов, выявляемые при испьпаниях, зависят от химического состава материала, телспературы, термической обработки, скорости испытания, предварительных остаточных деформаций и пр. Б.!Ивине на механические свойства химического состава и термической обработки изучается в материаловедении; здесь мы опишем кратко влияние других факторов на механические свойства материалов.
Влияние талтературы. Результаты ъ!ехшсических испытаний материалов обычно относятся к комнатной температуре (1б — 20'С), при которой производятся испытания в лабораториях. Однако многие части даже одной и той же машины работают в самых различных температурных условиях. Тзк, выхлопные клапаны автомобильного мотора работают прн б00 — 800'С, а детали мотора, соприкасающиеся непосредственно с внешней средой, иногда работают при очень низких температурах. У большинства материалов с повышением температуры понижается прочность и повышается пластичность. Мягкая сталь ведет себя несколько иначе: прн температуре около 250 †3'С предел прочности стали достигает максимума, 9~ лнь лньггььгмь гьстя'кшшя п ее хьялктегные точки 39 по при д.. и дальнейшем увеличении температуры начинает резко снн;кач ься. 11а рис.
21 ланы соответственно диаграммы изменения пресс. 1 дела прочности и пластичности стали в зависимости от гшмснепия температуры. При высокой тел~пературе, начиная ; ч00 — 400', металлы при постоянной нагрузке непрерывно, хотя и очень меллснно деформируются.
С повышением на- ~ рузкн илн температуры скорость деформации возрастает. 0 700 И500000500 С Рпс. 2!. Э|о свойство металлов непрерывно лсформпроваться прн посчоянной наср>зке при высокой температуре назывзется ползучес>ггью. Лопатки газовой турбины, работая при высокой температуре и находясь под действием центробежных нагрузок, непрерывно удлиняются. Это удлинение может привести к раз1у~пегшю лопаток или опасрому задеванию их за корпус, что иногда и наблюдается на практике. Поэтому в соответствуюппж случаях применяют специальные стали и жаропрочные сплавгя, обладающие малой ползучестыо. Прп повышенных температурах предел прочности материала зависит от длительности испытания. В этих случаях про шосчь материала характеризуется так называемым пребелою длительной прочности.
На рис. 22 показаны прелслы длительной прочности одного нз >каропрочных сплавов прп чсмпературе 700' С; как видно, прочность материала паласг с увеличением времени испытания. ьс7чм: ч 700 г 00, 00 70,, леде., рею -0 рейт уг 50 ~0 'п7700ел 00 р спрн 00 70 0 Ю0000500000000 '0 00 00 70 ' 00 , 50 107 450 70 70 40 [гл, и глстяжание н сжлтив При понижении температуры прочность стали увеличивается, но сильно снижается пластичность. Сталь делае.гся весьма чувствительной ко всякого рода сотрясениям и ударам (хладноломкость стали). Примесь никеля повышает сопротивляемость ее ударной нагрузке и при низких температурах.
Скорослгь испытпния. На механические характеристики материала влияет и методика сал~их испьпаний. Поэтому для сравнимости результзтоз яа м.я-' испытзний придержи- ОО взются определенной ус- тановленной методики ис- ОО пытаний. Так, например, все металлы обладают ОО свойством при увеличении скорости дефорьыции повышать свою сопротив- О 40 ОО ГОО IОО ГОО Часы ляемость пластической Рнс. 22.
деформзции. Поэтому, чеи быстрее во время испытания нагружается образец, тем получаемые механические характеристики (пределы пропорциональности, текучести и прочности) будут выше, а деформации меньше. Сталь обладает этим свойством в значительно меньшей степени, чем более пластичные металлы, такие, кзк цинк, свинец, медь и др. Особенно сильно сказываемся скорость деформзции на пределе текучести мазериала. При очень быстром нагруженпн образца величина предела текучести может получиться вьнпе, чем предел прочности, полученный при медленном нагружении.
В связи с этим свойством металлов при нормальных условиях испытания скорость повышения напряжений до предела текучести обычно бывзет не больше чем ! 00 лг 'с м' в одну секунду. й 10. Предварительная пластическая деформация (наклеп) Если образец нз мягкой стали до испытания на растяжение был предварительно нагружен до напряжения, лежащего ниже предела упругости, и разгружен, то диаграмма испызания такого образца ничем не будет отличатьсяотдиаграммы 5 (щ паедаагительная плАстическАИ деФОРМАция 4! растяжения ° ния образца, не подвергавшегося предварительному нагружени ению.
Но если образец был предварительно нагружен до нап я апряжения выше предела текучее~и, то механические свойства таких образцов будут уже отличаться друг от друга. Пусть образец из мягкой стали был растянут до некоторог ого напряжения, характеризуемого точкой А на диаграмме растяжения (рис. 23). Если теперь снять растягиваюшую на- сг г г грузку, то на диаграмме полу- д чится линия АВ, очень близкая С к прямой. Упругая часть полного удлинения образца исчезнет, и обнаружится остаточное удлинение ОВ.
Если немедленно вновь растяну~ь образец, то при точных измерениях окажется, что предел пропорциональности его попу. вился, а предел текучести сильно повысился. Повторное нагружение на диаграмме представлено Г линией ВС. Предел текучести при этом станет приблизительно Рис. 23. равен тому напряжению, до которого первоначально был рас~янут образец. Если образцу после разгрузки дать некоторое время «отдохнуть» и уже после этого растягивать, то предел пропорциональности вновь повыси~ся, т.
е. материал вернет свою упругость, а предел текучести повысится еще сильнее (пунктирная линия СС А) ). Для полного восстановления упругих свойств требуется опРеделенный промежуток времени, который зависит от материала. Повышение прочности и уменьшение пластичности вследствие пРедварительной вытяжки за предел текучести называют поклепом. При наклепе меняются механические качесгва материала, в материале же возникают остаточные напряжения.
В некоторых случаях явление наклепа бывает нежелательным и с ним борются, в других случаях, наоборот искусственно вызывают наклеп. При пробивке дыр в листе под заклепки материал, лежащий у кромки отверстия, получает наклеп, делается более жестким. Это способствует образованию трещин. )гл. и Растяжение и сжатие Для избежания в этом случае вредного последствия наклеив час~ь материала, получившую наклеп, удаляют, увеличивая диаметр отверстия сверлением. Наклеп, кроме того, может быть уничтожен отжигом — нагревом до определенной температуры, выдержкой при этой температуре в течение некоторого времени и послед)чощим медленным охлаждением.
В других случаях, как уже сказано, искусственно создают наклеп. Например, цепи подъемных машин подвергают предварительно растяжению выше предела текучести для того, чтобы они стали менее пластичными н во время работы не получили больших деформаций, вследствие которых звенья цепи не могли бы входить в свои гнезда на барабане. Наклепом, в частности, объясняется и тот факт, что проволока, полученная волоченнем, имеет значительно большую прочность, чем сталь, из ко~арой она сделана.
ф 11. Работа деформации при растяжении Возьмем диаграмму раста>кения в координатах Р и М )рис. 24) и посмотрим, по выражает собой вся площадь диаграммы ОАВЕ)Е. Так как на оси абсцисс отложены полные — а)ео Рнс. 24. удлинения образца, нли, иначе, пути, пройденные точкой прилогксния растягивающих сил, а на осн ординат — величины этих сил, то площадь всей диаграммы ОАВЭЕ, очевидно, выражает собой работу внешних расглягиааюгцих гал, затраченную на разрыв образца. Если начать посте- гляоть дееогмьцнп пвн Рлсгяжаш!н ч 11) пенно сннчзть пзгрузку с образца, растянутого выше предела упр>гости, то образец стане~ постепенно сокращаться, но полносгью принять свои первоначальные размеры уже не сможет.
Следовательно, работа, затраченная на растяжение абразив зз пределы упругости, не будет полностью возвращена материалом; часть работы внешних сил затрачиваегся на образование остаточных удлинений. Площадь первого участка диаграммы ОАС до предела >.пругости представляет работу упругой деформации, которая накапливается в материале в виле потенциальной энергии и может быть полностью возвращена материалом после снятия нагрузки. Обозначая величину этой работы через Т, нщрузку, соответствующую пределу упругости,— через Р, полученное при этом удлинение — через И, найдем: Т= —, Р а1 и (8) тзк как ЕГ ' чо Рь! Т= АТЕЕ' (9) плн, заменяя Р его выра кением пз формулы (7), напишем: Ь)еЕГ Т= — —. и! (1О) Работа дефорьшцпи до предела упругости л!ожет быль выражена н через пзпрюкецне.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
