2-4_vardanyan_sopromat1995 (772708), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Наибольшее напряжение, до которого материал следует закону Гука, называется пределом пропорциональности сзо„. По углу наклона прямой ОА можно определить численное значение модуля упругости материала: гйа= — =Е. с При дальнейшем нагруже- Рвс. 3.15 нии образца от точки А до точки В линейная зависимость нарушается, но при разгрузке образца возникшие деформации исчезают, то есть материал является упругим. Наибольшее напряжение, при котором в материале при разгрузке не возникают остаточные деформации, называется пределом упругости сз„. Отметим, что для стали предел упругости практически совпадает с пределом пропорциональности.
На участке СО диаграммы наблюдается значительный рост деформаций практически без увеличения напряжений, материал как бы «течет». Горизонтальный отрезок на диаграмме называется плон! адкой текучести, а соответствующее напряжение о,— пределом текучести. При напряжениях, равных пределу текучести, в малоуглеродистых сталях развиваются пластические деформации, связанные с необратимыми деформациями сдвига между кристаллами феррита. На хорошо отшлифованной поверхности образцов можно видеть наклоненные под углом 45' к оси стержня полосы, называемые линиями Людерса — Чернова по имени немецкого и русского металлургов, впервые независимо друг от друга описавших зто явление.
Эти линии вызваны деформациями сдвига от наибольших касательных напряжений, действующих под углом 45' к направлению действия силы Р, что было отмечено в 3 3.2. После развития определенных пластических деформаций и перестройки кристаллической решетки стали несущая способность стержня увеличивается — рост деформаций сопровождается увеличением напряжений, происходит упрочнение стали. Участок 13Е на диаграмме называется зоной упрочнения.
При напряжении, соответствующем наивысшей точке Е диаграммы, в определенном участке образца появляется заметное уменьшение размеров поперечного сечения — образуется так называемая шейка. Отношение наибольшей силы Р„„которую может выдержать образец, к первоначальной площади поперечного сечения образца Го называется временны,и сопротивлением или пределом прочности Таблица Зд б Ок= —.
Ро Разрушение образца наступает вскоре после появления шейки. При этом нагрузка падает (точка Р), хотя истинное значение напряжения при разрыве в связи с резким уменьшением площади поперечного сечения существенно впзрастает и может быть определено отношением где РР†нагруз при разрыве, регистрируемая испытательной машийой, à — площадь поперечного сечения шейки, измеряемая после разрыва.
Деформация в зоне шейки может превышать 100%. Рассмотренная диаграмма называется условной, так как при ее построении не учитывается уменьшение площади поперечного сечения при растяжении образца. Диаграмма растяжения, построенная с учетом изменения площади поперечного сечения, называется истинной диаграммой. При нагружении образца до предела текучести уменьшение площади его поперечного сечения столь незначительно, что истинная и условная диаграммы на этом участке практически совпадают.
Заметное их отличие проявляется при напряжениях выше предела текучести, нарастая к концу стадии упрочнения. Следует отметить, что в реальных конструкциях напряжения не должны превосходить предел текучести материала (см. 9 3.7). В силу этого истинная диаграмма растяжения, как правило, не имеет практического значения. Рассмотрим еще некоторые свойства стали, которые можно наблюдать при испытаниях. Если довести нагружение образца до некоторой точки М, лежащей выше предела упругости, и затем снять нагрузку, то диаграмма разгрузки пойдет по прямой ММ„, параллельной ОА, а отрезок ОМ, на оси с будет соответствовать остаточной деформации а„,. Отрезок М,Мт характеризует упругую деформацию е„„при нагружении образца до точки М. Полная деформация, соответствующая точке М на диаграмме, будет равна аост + суп.
При повторном нагружении образца от точки М, диаграмма нагружения следует по кривой М,М, близкой к прямой ММг. Таким образом, при повторном нагружении как бы повышается предел пропорциональности стали, что связано с изменением микроструктуры в кристаллической решетке стали. При этом площадка текучести исчезает, материал становится более хрупким.
Указанные изменения свойств стали, возникающие при разгрузке и повторном нагружении, называются наклепом. Это явление используется в технике, например, при изготовлении цепей грузоподъемных машин. Участок диаграммы ММ,М называется петлей гистерезиса. При испытаниях на растяжение плоских образцов с достаточно большой шириной Ьо грие.
3.14,6) определяют еще одну механическую характеристику †коэффицие Пуассона ч. Измеряя изменение ширины поперечного сечения Л Ь, можно вычислить поперечную деформацию ЛЬ 6 = — —, оо что позволяет найти коэффициент Пуассона Как показывают опыты, для пластичных материалов коэффициент Пуассона остается постоянным при напряжениях, не превосходящих предел текучести гу,. Значения ч для некоторых материалов приведены в таблице 3.1. По мере увеличения пластических деформаций величина коэффициента Пуассона возрастает, приближаясь к величине, равной 0,5.
Получаемые по диаграмме растяжения пределы текучести ст, и прочности о, называются характеристиками прочности. В таблице 3.2 приведены значения предела текучести и временного сопротивления для кипящей (кп), полуспокойной (пс), и спокойной (сп) сталей марки ВСтЗ в зависимости от толщины проката.
По результатам испытаний образца после разрыва определяются относительное остаточное удлинение Ь= — '' 100% = — 100% м ~о ~о ~ За толщину фасонного проката принимаются толщины полок уголков, лвутавров, швеллеров. 59 и относительное остаточное сужение в шейке где 1, и à — длина образца и площадь поперечного сечения шейкй после разрыва. Величины 8 и ф характеризуют пластические свойства стали.
Для стали марки ВСтЗ они составляют Ь = (20 —: 23)% и ф=(б0 —:70)%. Диаграммы растяжения для других материалов. Многие материалы имеют диаграмму растяжения, существенно отличающуюся от рассмотренной выше диаграммы для стали марки ВСтЗ. На рис.
3.16 показаны диаграммы сг е для чугуна (1) и меди (2). Диаграмма (1) характерна тем, что практически до разрушения зависимость между о и е является линейной. Такие материалы называются хрупкими. К ним относятся чугун, стекло, камень, инструментальные стали. Диаграмма (2) соответствует пластичным материалам, у которых отсутствует площадка текучести. Для таких материалов принимается условный предел текучести, соответствующий напряжению, при котором остаточные деформации составляют 0,2%. В соответствии с этим условный предел текучести обозначается с1оа.
Следует отметить, что диаграмма (2) с самого начала нагружения имеет нелинейный характер. В то же время в материале наряду с пластическими возникают и упругие деформации, которые исчезают после разгрузки. Аппроксимация диаграмм. Использование реальных диаграмм в расчетах часто приводит к большим математическим сложностям. Существуют различные способы аппроксимации этих диаграмм с помощью более простых графиков. Так, например, для стали, диаграмма которой показана на рис. 3.15, пределы пропорциональности (онн), упругости (о„„) н текучести (о;) имеют близкие значения.
Это позволяет схематизировать диаграмму в виде двух прямых (рис. 3.17), полагая, что все три указан нь1х напряжения соответствуют одной точке. Такая диаграмма называется диаграммой Прандтлл. Она отражает одну из характерных особенностей поведения упруго-пластических материалов — способность к большим пластическим деформациям. В силу своей простоты эта диаграмма широко используется в расчетах конструкций, напряжения в которых превышают предел упругости. В то же время очевидно, что диаграмма Прандтля далеко не полностью отражает реальное поведение материалов, и в расчетах могут использоваться более сложные диаграммы (рис. 3.18). Диаграммы сжатия. Для испытания стали на сжатие применяются цилиндрические образцы высотой й, равной от одного Рнс.
3.1В Рнс. 3.17 Рнс. 3.16 до трех диаметров (рис. 3.19, а). Диаграмма сжатия пластичной мал оуглеродис той стали в интервале до предела текучести такая же, как и при растяжении. Пределы пропорциональности о,„, упругости сг„, и текучести о„а также модуль упругости у сталей при растяжении и сжатии практически одинаковы (рис. 3.20). Предел прочности при сжатии у пластичной стали получить невозможно, так как образец при появлении пластических деформаций сначала принимает бочкообразную форму (рис.
3.19, б), а затем, не разрушаясь, превращается в диск (рис. 3.19,в). Площадка текучести при сжатии стали не выражена, а зависимость между напряжениями и деформациями за пределом упругости имеет другой характер, чем при растяжении. Хрупкие материалы имеют существенно меньший предел прочности при растяжении, чем при сжатии.
Например, серый чугун при сжатии имеет предел прочности о„= 500-: 1500 МПа, а при растяжении — почти в четыре раза меньше: о,„= =120 —;380 МПа. На рис. 320 показана также диаграмма растя- а) Рнс. 3.19 Рнс. 3.20 Таблица 3.3 Предел прочности Предел текучести о„МПа Наименование материала при растяжении при сжатии о,, МПа а„, МПа а) ! 85-'235 235-; 275 235-: 270 295 †3 390 360-: 365 370-400 370 —: 400 430 —: 500 530 Рис. 3.22 Рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
