Характеристики пластичности при растяжении
Характеристики пластичности при растяжении
Основные характеристики пластичности при испытании на растяжение — относительное удлинение после разрыва δ и относительное сужение ψ.
δ = . 100% (2.16)
ψ =. 100% (2.17)
где l0 — исходная расчетная длина образца,
lk — конечная длина после разрушения образца,
F0 , Fk — первоначальная и конечная площадь сечения образца.
Относительное удлинение можно рассчитывать по первичной диаграмме растяжения. Определив абсолютное удлинение Δl к моменту разрушения в точке k (см. рис. 2.45) и зная начальную расчетную длину l0, получим величину δ . Но при записи диаграммы без применения тензометров фиксируется удлинение не только расчетной части, а всего образца вместе с головками. Это делает расчет δ по диаграмме растяжения менее точным, чем по результатам измерения конечной расчетной длины lk разорванного образца.
Если разрушение происходит в средней трети расчетной длины образца, то lk определяют как расстояние между границами расчетной длины после плотного составления двух половин разрушенного образца. Когда эти половины нельзя составить плотно, без заметного зазора, следует определять lk как сумму расстояний от границ расчетной длины до края излома каждой части разорванного образца.
Методика несколько усложняется, если разрыв происходит вблизи головок — в одной из крайних третей расчетной части образца. Дело в том, что распределение удлинения в пределах расчетной длины неравномерно (рис. 2.51). Вблизи шейки, где локализуется пластическая деформация, удлинение, естественно, больше, чем вдали от нее, где оно не превышает величины равномерного удлинения Δlb .
Если образец разрывается вблизи головки, то измерение расстояния между границами расчетной длины даст явно заниженную величину lk по сравнению с той, которую бы мы получили при аналогичном разрыве образца на две примерно равные половины.
Схема на рис. 2.51 позволяет сделать несколько важных выводов. Ширина зоны сосредоточенной деформации cd обычно не превышает двух диаметров d0 образца. Значения cd и Δlk примерно постоянны для данного материала при одинаковой F0 и не зависят от l0 . Поэтому чем больше l0 , тем меньше влияние сосредоточенной деформации на суммарное относительное удлинение после разрыва, т.е. чем короче образец, тем большая доля длины приходится на сильную сосредоточенную деформацию и тем больше измеряемая после испытания величина δ. При использовании стандартных образцов с пяти- и десятикратным отношением l0/d0 вклад сосредоточенной деформации в общее относительное удлинение (обозначается δ5, δ10) для большинства металлов и сплавов сравнительно невелик. Поэтому для них величина δ характеризует в основном способность к равномерной деформации ,а не предельную пластичность материала. В некоторых случаях целесообразно отдельно определять равномерное и сосредоточенное относительное удлинение.
Для характеристики предельной способности материала к пластическому растяжению до разрыва более правильно использовать относительное сужение ψ, также определяемое суммой равномерного и сосредоточенного сужения. Но здесь вклад равномерной деформации в суммарное относительное сужение обычно невелик. Величина равномерного относительного сужения ψр=(F0 — Fb)/F0 пластичных материалов (за исключением случаев сверхпластичной деформации) не превышает 10-15%, в то время как ψ достигает 70-99%. Общее ψ является, таким образом, характеристикой в основном сосредоточенной деформации, если в образце перед разрушением образуется шейка.
Для экспериментального определения относительного сужения после разрыва образца достаточно измерить его минимальный диаметр в месте разрыва. Величину ψ определяют обычно при испытании цилиндрических образцов. Образование шейки при растяжении плоских образцов сопровождается усложнением формы поперечного сечения, площадь которого и соответственно величину ψ точно установить довольно трудно.
Характеристики пластичности часто связаны с прочностными свойствами. При достаточно высоких значениях относительного удлинения и сужения после разрыва (>10-20%) прочность обычно тем меньше, чем выше пластичность. Но переход к хрупкому разрушению сопровождается, как правило, снижением прочностных свойств.
В зависимости от величины удлинения меняется разница между пределами текучести и прочности. Отношение σ0,2(σтн)/ σв является важной характеристикой материала. Обычно оно тем меньше, чем выше пластичность. Например, у высокопластичных (δ=15÷35%) отожженных алюминиевых сплавов σ0,2/ σв=0,38÷0,45, а у искусственно состаренных 0,77-0,96 (при δ<5%).
Источник
| δ Δlmax~ (. 22.3); ψ . , δ ψ, — , . . , ( ) (. 22.5). , , . (. 22.55). , , , — (. 22.5). , — , . . — , . . ε = 0,2%. σ0,2, . , ( ). , .. : , , ( ), : — , 0,2% (,2): , . : [σ] ;s ; [s] . . . , , , . . 1,25 12,5 , . : 1. . . 2. , : σ< σ. , [σ] (), [σ] (). , . : , . . 1. ; : — : — σ . 2. , , ; , . 3. ( ): : 1. . 2. . 3. σ = 570 , σ = 720 , [s] = 1,5. 4. .
1: . (. 20.6). , . 1. , . 2. 1 2. 3. . 4. . 5. . . , , 4 . : , . . (). . 2: (. 2.9, ) , , 2. = 2,1 105 /’3. 1. /, //, III, IV, V (. 2.9, ). . 2.9, . 2. : . 2.9, . 3. . () : , 4. , 2, () ///, IV, V: , , , , 2, . 3: . 150 (. 22.6), σ = 570 , σ = 720 , [s] = 1,5. . 1. : 2. 3. . , . 4. . , . d = 25 , = 4,91 2. 5 8509-86. = 4,29 2 (d = 5 ). 4,91 > 4,29 : 1. 2. . 3. 4. . 5. 6. 7. 8. . 9. . : 1. 2. 3. 4. : 1. ? 2. ? 3. ? 4. ? 5. 4 ? 6. ? 7. ? 8. , ? 9. ? 10. . 11. . 12. , , ? 13. ? 14. ? 15. . ? 5 : : . : , Q, . , . . , . , . . : 1. , — Q; 2. , , , . 3. , (), . : τ = Q/≤ [τ], τ , (); Q ; ; [τ] . Q = F/i , F, ; i . : σ = F/(i)≤ [σ], σ ; F , ; i ; ; [σ] . ()σmax=F/≤[σ], σmax , ; F , ; ; [σ] ; ( [σ]=160 ); i ≥ F / (k∙∙[τ]) , k=2, . = πd2/4=π(0,02)2/4 = 3,1410-4 2. i ≥240103 / 23,1410-4 140106 = 2,73 i = 3. 1. i ≥ F /( ∙[σ]) , = td = 0,012 0,02 = 2,410-4 2 . . t<2t1. t>2t1 = 2t1d . i ≥ 240103 / 2,410-4 280106 = 3,57 i = 4. , 4 . 2. . = 3d = 60 = 2,5d = 50 , .2. b = 2.52d=100 B = (2,52+33)d=280 , ≥120 . t = (100-420)8 =160 2=16010-6 2 [σ]=F/A=240103 /16010-6=150106 [σ] = F/ [σ] =240103 / 150∙106 = 1,610-3 2.≤ [σ] : d . F . 1 t, t1, F (. 1).
: 1. 2. 3. . 4. . 5. . 6. . : 9. 10. 11. 12. . : 1. () ? 2. (), ? ) ) F . 3 3. () 4. ) σ=N/A ) τ=Q/A ) τ=/Wp ) σ=M/W 5. d : F=2 , [τ] = 100 . F F . 4 6. () : ) ; ) ; ) ; ) ; 7. ? 8. ) ) ) ) 6 : : : , . γ, ( ). ip, ( , . 26.1). . l ;R . , , φ>> γ. . 1. : , , . 2. , , ( ). 3. . , . : 2016-10-30; !; : 4880 | | : : :
© 2015-2021 lektsii.org — — |
? !
Источник
Б. Характеристики пластичности
К характеристикам пластичности относятся:
— относительное удлинение после разрыва;
— относительное равномерное удлинение;
— относительное сужение поперечного сечения после разрыва.
Материалы, разрушению которых предшествует возникновение значительных остаточных деформаций, называют пластичными. Пластичность может быть охарактеризована остаточным относительным удлинением образца, доведённого при растяжении до разрыва, и остаточным относительным сужением. Чем больше эти величины, тем пластичнее материал.
Относительное удлинение после разрыва δ — отношение приращения расчётной длины образца ( ) после разрушения к начальной расчётной длине ℓ0, выраженное в процентах.
Относительное удлинение образца после разрыва в процентах вычисляют по формуле
. (1.8)
Рис. 1.4. Пластичный характер разрушения с образованием шейки и разрывом типа «конус — чашка». В центре разрушение развивалось путём отрыва (угол b близок к 90°), на периферии — путём сдвига (угол a близок к 45°)
В протоколе испытаний должно быть указано, на какой расчётной длине определено относительное удлинение после разрыва δ. Например, при испытании цилиндрических образцов с пятикратной расчётной длиной относительное удлинение после разрыва обозначают δ5, а с десятикратной — δ10.
Относительное равномерное удлинение δр — отношение приращения длины участка в рабочей части образца после разрыва, на котором определяется относительное равномерное удлинение, к его длине до испытания, выраженное в процентах. В ГОСТе изложена методика определения этой характеристики.
Относительное сужение после разрыва ψ — отношение разности A0 и минимальной Aк площади поперечного сечения после разрушения к начальной площади поперечного сечения образца A0, выраженное в процентах.
Относительное сужение после разрыва в процентах определяют по формуле
, (1.9)
где Aк для цилиндрических образцов вычисляют по результатам измерения диаметра dк в шейке (см. рис. 1.4) в двух взаимно перпендикулярных направлениях.
Примечание. В учебниках, справочной литературе и нормативной документации встречаются также иные (по сравнению с приведёнными в ГОСТ 1497-84) обозначения характеристик прочности и пластичности:
— предел пропорциональности;
— предел упругости; индекс е от elastic;
— предел текучести; индекс y от yield (англ.) — текучесть;
, — предел прочности (временное сопротивление); индекс b от break (англ.) и bruch (нем.) — разрушать, ломать; индекс u от ultimate (англ.) — предельный;
, — относительные остаточные удлинение и сужение (соответственно) при разрыве; индекс r от rest (англ.) — остаток.
Образцы, оборудование, измерительные приборы
Образцы
Для определения прочности металла при растяжении образец, изготовленный из испытуемого материала, с помощью испытательной машины растягивается путём приложения продольной силы к головкам образца вплоть до разрыва его на две отдельные части. Для разрывных испытаний чаще всего применяют цилиндрические образцы (рис. 1.5), но в ряде случаев пользуются также и плоскими образцами, особенно при испытании листового металла. Размеры и соотношения между ними для разрывных образцов могут быть самыми разнообразными; однако для определения механических характеристик испытуемого материала, сопоставимых с характеристиками других материалов, а также полученных в других лабораториях, необходимо изготавливать образцы в соответствии с требованиями ГОСТа 1497-84.
Рис. 1.5. Основные размеры цилиндрических образцов
Рабочая длина образца ℓ — часть образца с постоянной площадью поперечного сечения между его головками или участками для захвата.
Начальная расчётная длина образца ℓ0 — участок рабочей длины образца между нанесёнными метками до испытания, на котором определяется удлинение.
Конечная расчётная длина образца ℓк — расчётная длина после разрыва образца.
Начальный диаметр образца d0 — диаметр рабочей части цилиндрического образца до испытания.
Диаметр образца после разрыва dк — минимальный диаметр рабочей части цилиндрического образца после разрыва.
Начальная площадь поперечного сечения образца A0 — площадь поперечного сечения рабочей части образца до испытания.
Площадь поперечного сечения образца после разрыва Aк — минимальная площадь поперечного сечения рабочей части образца после разрыва.
Для испытания на растяжение применяют цилиндрические образцы диаметром 3 мм и более (до 25 мм). Основными считают образцы диаметром 10 мм. В цилиндрических образцах должно быть выдержано соотношение между расчётной длиной образца ℓ0 и его диаметром до испытаний d0: у длинных образцов ℓ0 = 10d0, у коротких ℓ0 = 5d0. Применение коротких образцов предпочтительнее. Эти соотношения можно выразить в несколько иной форме. Учитывая соотношения между площадью A0 и диаметром d0
. ,
получим для длинных образцов , (1.10)
а для коротких образцов . (1.11)
Плоские образцы применяют толщиной 0,5 мм и более (до 25 мм). Для сопоставимости результатов испытаний образцов с круглой и некруглой формами поперечного сечения длину последних вычисляют, используя соотношения (1.10) и (1.11).
Форма и размеры головок образцов определяются в основном конструкцией зажимных приспособлений, применяемых испытательных машин. Несколько вариантов их приведены в ГОСТе 1497-84. Там же представлены требования к предельным отклонениям по размерам рабочей части образцов.
Чтобы исключить влияние головок на характер распределения напряжений в пределах расчётной длины образца, его рабочая длина ℓ должна превышать расчётную ℓ0 на 1…2 диаметра (принцип Сен-Венана, изложенный им в 1853 г.: в сечениях, достаточно удалённых от мест приложения сил, напряжения практически не зависят от способа нагружения). Поскольку на результаты испытаний оказывает влияние состояние поверхности образца, ГОСТ 1497-84 накладывает ограничения на режимы механической обработки и шероховатость поверхности.
Источник
Характеристики пластичности
Лекция №6 Тема: «Механические свойства материалов» Вопросы: Диаграмма растяжения малоуглеродистой стали. Условный предел текучести Характеристики пластичности Диаграмма растяжения хрупких материалов Диаграмма растяжения малоуглеродистой стали Для определения механических свойств материалов проводят механические испытания образцов, форма и размеры которых устанавливаются стандартами (ГОСТами). Наиболее распространенными являются испытания на растяжение, так как они легко осуществимы и дают важнейшие характеристики материала. Разрывные испытательные машины рисуют графики (диаграммы) зависимости между усилием F и абсолютным удлинением . Такая диаграмма имеет один существенный недостаток — она не позволяет сравнивать результаты испытания образцов различной площади сечения А. Поэтому полученную на машине диаграмму перерисовывают в условных осях: по оси абсцисс откладывают относительное удлинение: , а по оси ординат — нормальное напряжение: , где l и A0 — начальная длина и площадь поперечного сечения образца. Для низкоуглеродистой стали марки Ст.3 (содержание углерода не более 0.22%) диаграмма имеет вид, представленный на рис.1. В начальной стадии нагружения, на участке ОА, зависимость между и носит линейный характер, деформация прямо пропорциональна напряжению, т.е. следует закону Гука. Наибольшее напряжение, до которого соблюдается этот закон (точка А на диаграмме), называется пределом пропорциональности . Обозначения механических характеристик материала стандартизованы с тем, чтобы можно было пользоваться технической литературой без пояснений. Однако в СССР и в странах Запада обозначения отличались. Поэтому мы будем приводить обозначения, которые были приняты в СССР, (так как почти вся выпушенная техническая литература имеет такие обозначения), а в скобках давать обозначения, принятые в странах Запада. Рис. 1 Из рисунка нетрудно видеть, что: , т.е. модуль продольной упругости Е графически представляет собой тангенс угла наклона прямолинейного участка диаграммы к оси абсцисс. При нагружении образца до точки В в нем не появляется остаточных деформаций. Если его разгрузить, то он примет исходные размеры. Наибольшее напряжение, до которого в образце не возникает остаточных деформаций называется пределом упругости и обозначается . Точки А и В лежат столь близко друг к другу, что на практике их обычно считают совпадающими, полагая . К тому же следует иметь в виду, что выявление обоих пределов представляет немалые трудности. Даже при достаточно точных измерениях далеко не все точки ложатся на прямую ОА вследствии неизбежной неоднородности материала и конструктивных несовершенств испытательной машины. Отчасти по этим же причинам и деформация при разгрузке полностью не исчезает. Поэтому опытным путем устанавливают лишь условные, технические значения указанных пределов. После точки В продолжается дальнейшее искривление диаграммы и в точке С она переходит в горизонтальный участок — площадку текучести. Стрелка силоизмерительного аппарата машины останавливается, т.е. образец удлиняется при постоянной нагрузке. Соответствующее напряжение называют пределом текучести . Он является одной из основных характеристик материала. Для стали Ст. 3 =215-255 МПа в зависимости от способа раскисления (кипящая, полуспокойная, спокойная), вида поката (листовой, фасонный) и его толщины. Ряд материалов при растяжении дает диаграмму без выраженной площадки текучести (см. рис. 2.). Для них устанавливается так называемый условный предел текучести . За него принято напряжение, при котором остаточная деформация составляет 0,2%. Для его нахождения на оси абсцисс откладывают 0,2% и проводят прямую ВС, параллельную участку ОА до пересечения с диаграммой. Рис. 2 Точку пересечения сносят на ось ординат. Это и будет условный предел текучести . Площадка текучести отсутствует для сталей с содержанием углерода менее 0,1% и более 0,3%, а также в алюминиевых сплавах, бронзе и некоторых других материалах. Как показывают исследования образцов из сталей, текучесть сопровождается значительными взаимными сдвигами кристаллов, в результате чего на поверхности образца появляются линии (так называемые линии Людерса-Чернова), наклоненные к оси образца под углом 45° (см. рис. 3,а.). Рис. 3 После прекращения текучести сталь снова способна противостоять деформированию — она как бы самоупрочняется. В стадии самоупрочнения материал работает упруго-пластически. Зависимость между напряжением и деформациями подчиняется, как на участке ДЕ (см. рис. 1.), криволинейному закону; но с большим нарастанием деформаций, т.е. диаграмма имеет более пологий характер. Точка Е диаграммы соответствует наибольшему условному напряжению, называемому пределом прочности или временным сопротивлением . Предел прочности это некоторая условная характеристика, она не является напряжением, при котором материал разрушается, так как при разрушении площадь сечения образца значительно меньше первоначальной. До достижения предела прочности продольные и поперечные деформации образца равномерно распределяются по его длине. После достижения точки Е диаграммы эти деформации концентрируются в наиболее слабом месте, где начинает образовываться шейка — местное значительное сужение (см. рис. 3, б), которое быстро прогрессирует. С этого момента продольная деформация зависит уже не столько от длины образца, сколько от его диаметра. Этим объясняется необходимость иметь для нормальных образцов определенное отношение между длиной и диаметром для сравнимости результатов испытаний. С образованием шейки (после точки Е) нагрузка падает и в точке М происходит разрушение образца (см. рис. 1). При разрыве образца образуется поперечная трещина в центре поперечного сечения в самом узком месте шейки, а остальное сечение скалывается под углом в 45° к оси стержня, так что на одной части разорванного образца образуется выступ, на другой — кратер (рис. 3.в). Такая форма разрушения образцов из малоуглеродистой стали показывает, что разрушение связано со сдвигом по площадкам, наклонным под углом 45° к оси стержня, где касательные напряжения будут наибольшими. С удлинением образца его поперечное сечение уменьшается. Поэтому истинное напряжение, определяемое как отношение силы F к действительной площади поперечного сечения А, будет выше, условного (на диаграмме показано пунктирной линией), что особенно различается для точки разрыва М (см. рис. 1). Характеристики пластичности Свойство материалов давать остаточные деформации называется пластичностью. Пластичность — это положительное свойство материала. Она играет большую роль в обеспечении безопасности и надежности материалов конструкций. Чем длительнее развитие пластических деформаций, тем больше предел несущей способности (начало пластического деформирования) отдален от предела прочности (фактического разрушения материала). Вследствии больших значений пластических деформаций, в десятки и сотни раз превышающих упругие, их развитие в перенапряженных элементах сложных конструктивных комплексов приводит к перераспределению и выравниванию усилий за счет догрузки менее напряженных элементов. Тем самым повышается работоспособность конструктивного комплекса в целом по сравнению с расчетными пределами. Таким образом, работа материала в пластической стадии представляет огромный резерв прочности, благодаря которому конструкция, как правило, не разрушается в прямом смысле (нарушение целостности), а теряет несущую способность из-за больших остаточных деформаций. Хрупкостью называется свойство материала, противоположное пластичности, т.е. склонность к разрушению при весьма малых остаточных деформациях. Для оценки пластичности материала служат две характеристики: относительное остаточное удлинение и относительное остаточное сужение . Относительное остаточное удлинение определяют по формуле: , (1) где l1 — длина разорванного образца. Как мы уже отмечали, в месте образования шейки получается значительное удлинение образца, поэтому величина зависит от соотношения длины l и диаметра образца. Для длинных образцов l=10d, для коротких — l=5d, соответственно . Относительное остаточное удлинение можно определить по диаграмме растяжения (см. рис. 1.). С точки разрыва образца М проводят линию параллельную ОА до пересечения с осью абсцисс. Отрезок OM1 представляет собой остаточную деформацию образца, т.e. , а отрезок M1M2 — упругую деформацию в момент разрыва. Упругая деформация, как известно, исчезает со снятием нагрузки. Если образец разорван, то нагрузка исчезла. Упругая деформация изменяется по закону Гука, что на диаграмме изображается наклонной прямой ОА. Следовательно, для определения упругой деформации нужно провести линию параллельно ОА. Относительное остаточное сужение определяют по формуле: , (2) где — площадь поперечного сечения образца в месте разрыва. Относительное остаточное сужение не зависит от длины образца. Чем больше значения и , тем пластичнее материал. К числу весьма пластичных материалов относятся медь, алюминий, латунь, малоуглеродистая сталь. Например, для стали Ст. =23-27%, =60-70%. Менее пластичными являются дюраль и бронза, а слабопластичными материалами — большинство легированных сталей. К хрупким материалам относятся чугун, камень, кирпич, бетон, стеклопластики и др. У них <5%, а у некоторых материалов составляет доли процента, например, у чугуна 0,5%. Деление материалов на пластичные и хрупкие носит условный характер, так как при некоторых условиях хрупкие материалы получают пластичные свойства (например, стекло при большом всестороннем сжатии приобретает свойства пластичного материала и разрушается как пластичный материал) и, наоборот, пластичные материалы приобретают хрупкие свойства (например, образец из пластичной слали при низкой температуре разрушается без образования шейки как хрупкий материал). Поэтому правильнее говорить не о пластичных и хрупких материалах, а об их пластическом и хрупком разрушении. Читайте также: Рекомендуемые страницы:
Вам нужно быстро и легко написать вашу работу? Тогда вам сюда… ©2015-2021 poisk-ru.ru Все права принадлежать их авторам. Данный сайт не претендует на авторства, а предоставляет бесплатное использование. Дата создания страницы: 2019-06-03 Нарушение авторских прав и Нарушение персональных данных | Поиск по сайту:
|
Мы поможем в написании ваших работ! 
Мы поможем в написании ваших работ! Источник