Феодосьев В.И. Сопротивление материалов (1075903), страница 11

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 11)

Результаты теоретических расчетов по идеальной прочности находятся в резком противоречии с тем, что мы получаем при испытании образцов на растяжение. И возникновение общей текучести, и последующий разрыв образца происходят при напряжениях, в лучшем случае, в десятки, а то и в сотни раз меньших, чем те, которые прогнозируются расчетом. Основная погрешность принятой расчетной схемы заключается в предположении, что смещение атомов при сдвиге происходит по всей плоскости одновременно. На самом деле переход атомов в соседнее положение происходит с местными искажениями структуры, которые называются дислокациями и распространяются по плоскости во времени подобно волне.

На рис. 1.36 показана простейшая схема так называемой краевой дислокации, которая характеризуется наличием лишней вертикальной атомной полуплоскости в верхней части кристалла. После того как дислокация "пробежала" весь кристалл слева направо (см, рис. 1.36), форма кристалла изменилась, хотя структура осталась неизменной. 76 Рис.

1.36 Рис. 1.37 На рис. 1.37 показана пузырьковая модель атомной плоскости, содержащей дислокацию. Для того чтобы ее лучше заметить, фотографию следует рассматривать под малым углом, повернув ее дополнительно на 30о влево или вправо1. Перемещение дислокации через кристалл можно уподобить движению складки по ковру.

Когда складка прошла через весь ковер, последний оказывается несколько сдвинутым. Но сила, необходимая для перемещения складки, существенно меньше той, которая нужна, чтобы сдвинуть весь ковер целиком. Кстати, нечто похожее получается и при разрыве связи между атомами. Попробуйте разорвать лист бумаги, взяв его за противоположные края. Ничего не получится. Поэтому мы и рвем бумагу хорошо всем известным и давно зарекомендовавшим себя способом.

1 К и т т е л ь Ч. Введение в физику твердого тела. — М.: Наука, 1978. 77 .Пвижение дислокаций сопровождается динамическими эффектами. Атомы приобретают кинетическую энергию и совершают колебания около вновь приобретенного положения равновесия. Следовательно, имеет место выделение теплоты; образец при пластических деформациях заметно нагревается. Возникают и акустические эффекты.

Они могут быть обнаружены даже на самой ранней стадии возникновения пластических деформаций с помощью специальной чувствительной аппаратуры. В металлах образование пластических деформаций начинается уже при сравнительно небольших нагрузках. Среди множества хаотически ориентированных кристалликов всегда находится некоторое количество неблагополучно расположенных или даже имеющих внутренние дефекты, вследствие которых возможны остаточные изменения уже при сравнительно небольших силах в пределах упругой зоны диаграммы растяжения. Число таких кристалликов, однако, невелико, и местные пластические деформации не сказываются заметным образом на общей линейной зависимости между силой и перемещением, свойственной первой стадии нагружения образца. При достаточно больших силах пластические деформации в образце становятся преобладающими.

Необратимые сдвиги происходят в большинстве кристаллов в их наиболее слабых плоскостях, особенно если последние имеют направление, близкое к плоскостям максимальных касательных напряжений в образце. Это находит свое выражение в образовании полос скольжения. При растяжении образца соседние кристаллы взаимодействуют между собой, и возникшее в одном кристалле пластическое смещение не может возрастать неограниченно, так как оказывается блокированным соседним, более удачно ориентированным кристаллом.

Этим обстоятельством и объясняется возникновение зоны упрочнения и некоторое увеличение растягивающей силы прн наличии пластических деформаций. Не следует, однако, думать, что с вытяжкой число дислокаций уменьшается. Напротив. Каждый кристаллик взаимодействует с соседними, и возникают новые дислокации. Некоторые типы дислокаций (мы показали на рис. 1.36 только один тип, а их много) способны к воспроизводству. Если дислокация не находит выхода и упирается в соседний кристаллик, то к месту блокировки подходят следом новые и новые. Дислокации в этом месте накапливаются.

Но несколько непосредственно соседствующих дислокаций — это уже микротрещина, которая по мере увеличения растягивающих напряжений способна начать расширяться. В структуре материала возможно существование микротрещин и по условиям кристаллизации. Получается, что процесс разрушения имеет в своей основе два взаимообусловленных и взаимоконкурирующих механизма, "борющихся" за право разрушить образец. Первый механизм— образование пластических деформаций путем сдвига по определенным кристаллографическим плоскостям. Второй — образование и развитие трещин с последующим разрывом. Иногда верх берет первый, иногда — второй.

Об этих вопросах нам предстоит поговорить еще и в дальнейшем. Возвращаясь к закону разгрузки, следует указать, что в результате приложения к образцу внешних сил в кристаллах возникают смещения атомов не только на целое число позиций, но сохраняется также и некоторое искажение кристаллической решетки. Следовательно, наряду с пластической деформацией существует и упругая. При разгрузке форма искаженной решетки восстанавливается, т.е. снимается упругая деформация. Пластическая же деформация, понятно, не восстанавливается. Весьма существенно, что процесс снятия упругой деформации происходит по тем же законам изменения внутри- кристаллических сил, что и в начальной стадии нагружения образца.

Поэтому прямая разгрузки КЛ (см. рис. 1.30) параллельна прямой начального нагружения ОА. Перейдем теперь к числовым механическим характеристикам, которые определяют при испытании материалов на растяжение — сжатие. 1.9. Основные механические характеристики материала Чтобы дать количественную оценку описанным выше свойствам материала, перестроим диаграмму растяжения Р = = ~(Ы) в координатах о и е.

Д.ля этого уменьшим в Г раз ординаты и в 1 раз абсциссы, где Г и! — соответственно площадь поперечного сечения и рабочая длина образца до нагружения. Так как эти величины постоянны, то диаграмма ст = Де) (рис. 1.38) имеет тот же вид, что и диаграмма растяжения (см. рис. 1.30), и называется условной диаграммой растяжения. Отметим на диаграмме характерные точки и дадим определение соответствующих им числовых величин. Рис.

1.38 Наибольшее напряжение, до которого материал следует закону Гука, называется пределом пропорциональности о„„. Предел пропорциональности зависит от условно принятой степени приближения, с которой начальный участок диаграммы можно рассматривать как прямую. Степень отклонения кривой с = ~(к) от прямой с = Ее определяют по величине угла, который составляет касательная к диаграмме с осью о'.

В пределах закона Гука тангенс этого угла определяется величиной 1(Е. Обычно считают, что если отношение Не/Нс оказалось на 50 % больше, чем 1(Е, то предел пропорциональности достигнут. Упругие свойства материала сохраняются до напряжения, называемого пределом упругости. Под пределом упругости ~т„ понимается такое наибольшее напряжение, до которого материал не получает остаточных деформаций.

Лля того чтобы найти предел упругости, необходимо после каждой дополнительной нагрузки разгружать образец и следить, не образовалась лк остаточная деформация. Так как 80 пластические деформации в отдельных кристаллах появляются уже на самой ранней стадии нагружения, ясно, что предел упругости, как и предел пропорциональности, зависит от требований точности, которые устанавливают на производимые замеры. Обычно остаточную деформацию, соответствующую пределу упругости, принимают в пределах е = (1...

5) 10 т.е. 0,001... 0,005 %. Соответственно этому допуску предел упругости обозначают через по оо1 или сто 005. Понятия предела пропорциональности и предела упругости довольно условны; они решающим образом зависят от условно принятой нормы на угол наклона касательной и на остаточную деформацию. Поэтому значения о„„и ~ту в справочные данные по свойствам материалов обычно не включают. Следующей, более определенной характеристикой является предел текучести.

Под пределом текучести пг понимается то напряжение, при котором происходит рост деформации беэ заметного увеличения нагрузки. В тех случаях, когда на диаграмме отсутствует явно выраженная площадка текучести, эа предел текучести условно принимают напряжение, при котором остаточная деформация косг = О, 002, т.е. 0,2 % (рис. 1.39). В некоторых случаях устанавливают предел косг = О, 005, или ~ост = 0,5 %.

Рис. 1.38 Условный предел текучести обозначают через оо 2 и по 5 в зависимости от принятой величины допуска на остаточную 31 деформацию. Индекс 0,2 обычно в обозначениях предела текучести опускают. Если необходимо отличить предел текучести на растяжение от предела текучести на сжатие, то в обозначение вводится дополнительный индекс "р" или "с" — соответственно растяжению или сжатию. Таким образом, для предела текучести получаем обозначения к~ Р и пт с. Предел текучести легко поддается определению и является одной иэ основных механических характеристик материала.

Только не следует думать, что для определения условного предела текучести необходима последовательная нагрузка и разгрузка, пока остаточная деформация не достигнет заданного уровня. Все гораздо проще. Надо при прямом нагружении записать диаграмму испытания (см. рис. 1.39) и по оси абсцисс отложить заданную деформацию 0,2 %. Затем из полученной точки А провести прямую, параллельную начальному прямому участку. Ордината точки пересечения этой прямой с диаграммой (точка В) как раз и даст искомое значение условного предела текучести.

Характеристики

Список файлов книги