Механические свойства металлов. Диаграмма растяжения

Пределы прочности, упругости, текучести. Размерность

Характеристики пластичности Размерность

Механические свойства определяют поведение материала при деформации и разрушении под действием внешних нагрузок..

При испытании материалов на растяжение получают характеристики прочности и пластичности. Прочность – способность материала сопротивляться деформациям и разрушению. Пластичность –способность материала к пластической деформации без разрушения.

Деформацию растяжения характеризуют абсолютным удлинением или абсолютной деформацией D l, равной разности длин образца после растяжения l_k и исходной l ₀:D l = l_k – l ₀. В процессе испытания регистрируется первичная диаграмма растяжения в координатах «нагрузка P – абсолютное удлинение D l» (рис. 3.16). Чтобы исключить влияние размеров и формы деталей, испытания проводят на стандартных образцах, имеющих в поперечном сечении форму круга или прямоугольника. Кроме того, абсолютные величины пересчитывают в относительные:

– нагрузку – в механическое напряжение ; где F ₀ – площадь поперечного сечения образца до деформации;

– абсолютную деформацию – в относительную .

Построенная диаграмма называется диаграммой условных напряжений, поскольку площадь образца в процессе испытания изменяется. На диаграмме растяжения выделяют участки деформации: упругой до нагрузки P _упр; пластической от P _упр до P _max; разрушения от P_max до P _к.

Прямолинейный участок диаграммы ОА указывает на пропорциональную зависимость между нагрузкой Р и удлинением D l. Тангенс угла наклона к оси абсцисс характеризует модуль упругости Юнга: . Через модуль Юнга можно рассчитать скорость звука: , где ρ – плотность вещества. Кристаллы кубической сингонии не являются изотропными: для ГЦК кристаллов модуль Юнга увеличивается при движении от [100] к [111], для ОЦК кристаллов – уменьшается.

Деформирование выше P _упр идет при возрастающей нагрузке до P_max, так как металл упрочняется.Наклеп продолжает увеличиваться, хотя растягивающая нагрузка уменьшается от P_max до P _к. Это связано с появлением в образце местного утончения – шейки, в которой развивается основная пластическая деформация. Растягивающие напряжения в шейке растут, пока при нагрузке P _к не происходит разрушение.

Пределы упругости s_упр, текучести s_т и прочности s_в определяются как отношение соответствующей нагрузки к исходной площади поперечного сечения образца F ₀.

Теоретический предел упругости s_упр – максимальное напряжение P _упр, до которого образец получает только упругую деформацию. Определить его трудно, поэтому используют условный предел упругости – напряжение, вызывающее остаточную деформацию 0,005–0,05 % от начальной длины образца, которую указывают в обозначении. , где Р₁-предельная нагрузка, F_0- площадь поперечного сечения образца до деформации;

Предел текучести – максимальное напряжение, при котором еще не появляется пластическая деформация.

Физический предел текучести s _т – напряжение, вызывающее увеличение деформации образца при постоянной нагрузке. На диаграмме растяжения появляется площадка текучести. У большинства сплавов ее нет, для них используется другая характеристика. Как видно из формулы, предел текучести измеряется в кг/мм².

Условный предел текучести s_0,2 – напряжение, вызывающее пластическую деформацию образца 0,2 %.

Предел прочности (временное сопротивление разрыву) – напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, которую выдерживает образец до разрушения: . Как видно из формулы, предел текучести измеряется в кг/мм².