Диаграмма растяжения пластичного металла
Диаграмма растяжения показывает зависимость удлинения образца от продольной растягивающей силы.
Ее построение является промежуточным этапом в процессе определения механических характеристик материалов (в основном металлов).
Диаграмму растяжения материалов получают экспериментально, при испытаниях образцов на растяжение.
Для этого образцы стандартных размеров закрепляют в специальных испытательных машинах (например УММ-20 или МИ-40КУ) и растягивают до их полного разрушения (разрыва). При этом специальные приборы фиксируют зависимость абсолютного удлинения образца от прикладываемой к нему продольной растягивающей нагрузки и самописец вычерчивает кривую характерную для данного материала.
На рис. 1 показана диаграмма для малоуглеродистой стали. Она построена в системе координат F-Δl, где:
F — продольная растягивающая сила, [Н];
Δl — абсолютное удлинение рабочей части образца, [мм]
Рис. 1 Диаграмма растяжения стального образца
Как видно из рисунка, диаграмма имеет четыре характерных участка:
I — участок пропорциональности;
II — участок текучести;
III — участок самоупрочнения;
IV — участок разрушения.
Построение диаграммы
Рассмотрим подробнее процесс построения диаграммы.
В самом начале испытания на растяжение, растягивающая сила F, а следовательно, и деформация Δl стержня равны нулю, поэтому диаграмма начинается из точки пересечения соответствующих осей (точка О).
На участке I до точки A диаграмма вычерчивается в виде прямой линии. Это говорит о том, что на данном отрезке диаграммы, деформации стержня Δl растут пропорционально увеличивающейся нагрузке F.
После прохождения точки А диаграмма резко меняет свое направление и на участке II начинающемся в точке B линия какое-то время идет практически параллельно оси Δl, то есть деформации стержня увеличиваются при практически одном и том же значении нагрузки.
В этот момент в металле образца начинают происходить необратимые изменения. Перестраивается кристаллическая решетка металла. При этом наблюдается эффект его самоупрочнения.
После повышения прочности материала образца, диаграмма снова «идет вверх» (участок III) и в точке D растягивающее усилие достигает максимального значения. В этот момент в рабочей части испытуемого образца появляется локальное утоньшение (рис. 2), так называемая «шейка», вызванное нарушениями структуры материала (образованием пустот, микротрещин и т.д.).
Рис. 2 Стальной образец с «шейкой»
Вследствие утоньшения, и следовательно, уменьшения площади поперечного сечения образца, растягиваещее усилие необходимое для его растяжения уменьшается, и кривая диаграммы «идет вниз».
В точке E происходит разрыв образца. Разрывается образец конечно же в сечении, где была образована «шейка»
Работа затраченная на разрыв образца W равна площади фигуры образованной диаграммой. Ее приближенно можно вычислить по формуле:
W=0,8Fmax∙Δlmax
По диаграмме также можно определить величину упругих и остаточных деформаций в любой момент процесса испытания.
Для получения непосредственно механических характеристик металла образца диаграмму растяжения необходимо преобразовать в диаграмму напряжений.
Предел пропорциональности >
Примеры решения задач >
Лабораторные работы >
Источник
КАТЕГОРИИ:
Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)
Лекция 6
В предыдущих параграфах рассмотрена физическая картина явлений при растяжении образцов из пластичного материала типа малоуглеродистой стали. Для других видов материалов, дающих при растяжении пластическую деформацию, получаются диаграммы напряжений примерно того же вида, что и на рис.16.Некоторые сорта стали (специальные), медь, бронза не имеют площадки текучести. Прямая часть диаграммы переходит непосредственно в криволинейную. Для примера диаграммы напряжений литой стали (а), бронзы (б), никелевой стали (в) и марганцовистой стали (г) показаны на рис. 20.
Для материала, диаграмма растяжения которого не имеет площадки текучести, за величину предела текучести условно принято считать напряжение, при котором остаточное относительное удлинение образца достигает примерно такой же величины, как при наличии ясно выраженной площадки текучести. За эту величину остаточного относительного удлинения принимают обычно 0,2%.
Хрупкие материалы характеризуются тем, что разрушение происходит уже при небольших деформациях. При растяжении образца из такого типично хрупкого материала, как чугун, мы до самого момента разрыва наблюдаем лишь незначительные деформации; разрушение происходит внезапно; относительное удлинение и относительное сужение после разрыва оказываются очень малыми. Диаграмма напряжений при растяжении для чугуна дана на рис.21. Обращаем внимание на то, что по сравнению с диаграммами рис.20 горизонтальный масштаб диаграммы рис.21 увеличен примерно в 40 раз, а вертикальный — примерно в 6 раз.
Как правило, хрупкие материалы плохо сопротивляются растяжению; их предел прочности на разрыв оказывается малым по сравнению с пределом прочности пластичных материалов.
Зависимость деформаций от напряжений при растяжении хрупких материалов обычно плохо изображается законом Гука; на диаграмме вместо прямолинейного участка мы уже при низких напряжениях получаем слегка искривленную линию, т. е. не наблюдается строго линейной пропорциональности между силой или напряжением и соответствующей деформацией.
Таким образом, модуль упругости Е, равный (§ 11) тангенсу угла наклона относительно оси абсцисс касательной к диаграмме напряжений, собственно говоря, нельзя считать для таких материалов постоянной величиной; он меняется в зависимости от величины того напряжения, для которого мы вычисляем деформацию. Чем эти напряжения больше, тем модуль меньше или больше, в зависимости оттого, куда направлена выпуклость кривой диаграммы — вверх или вниз.
Однако в пределах тех напряжений, при которых материал обычно работает в сооружениях, наблюдающиеся отклонения от закона Гука незначительны. Поэтому при практических расчетах заменяют криволинейную часть диаграммы соответствующей хордой (рис. 22) и считают модуль Е постоянным. Это тем более допустимо, что механические характеристики хрупких материалов изменяются для отдельных образцов в более широких пределах, чем характеристики пластичных материалов; поэтому нет смысла пользоваться более точными выражениями зависимости между напряжениями и деформациями
Дата добавления: 2014-01-20; Просмотров: 6449; Нарушение авторских прав?
Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет
Рекомендуемые страницы:
Читайте также:
Источник
Графическое изображение зависимости между напряжениями (или нагрузками) и деформациями материала (или перемещениями при деформировании) представляет собой диаграмму деформирования.
Испытательные машины имеют специальные приспособления, которые автоматически фиксируют диаграмму растяжения. На диаграмме по оси ординат откладываются действующие осевые нагрузки, а по оси абсцисс — абсолютные деформации.
На рис. 2.2 даны типичные диаграммы растяжения различных металлов. Диаграмма с постепенным переходом из упругой в пластическую область (рис. 2.2, а) свойственна большинству металлов в пластичном состоянии (легированные стали, медь, бронза).
Рис. 2.2. Диаграммы растяжения:
а — для большинства металлов в пластичном состоянии с постепенным переходом из упругой в пластическую область; б — для некоторых металлов в пластичном состоянии со скачкообразным переходом в пластическую область; в — для хрупких металлов
Пластичные материалы разрушаются при больших остаточных деформациях (больших остаточных удлинениях, измеряемых после разрыва).
Диаграмма со скачкообразным переходом в пластическую область в виде четко обозначенной «площадки» текучести (рис. 2.2, б) свойственна некоторым металлам. К таким металлам можно отнести мягкую углеродистую сталь, а также некоторые отожженные марганцовистые и алюминиевые бронзы.
Хрупкие материалы разрушаются при малых остаточных деформациях. К хрупким материалам можно отнести закаленную и неотпущенную сталь, серый чугун.
Характерные участки и точки диаграммы растяжения показаны на рис. 2.3. По оси абсцисс откладывают абсолютные удлинения А/ образца, а по оси ординат — значения растягивающей силы Р. Сначала получим на первом участке диаграммы 0—1 прямолинейную зависимость между силой и удлинением, что отражает закон Гука. При дальнейшем увеличении силы (за точкой 1) прямолинейная зависимость между Р и А/ нарушается. Точка 1 соответствует пределу пропорциональности, т. е. наибольшему напряжению, при котором еще соблюдается закон Гука. Если нагрузку, соответствующую точке 1, обозначить ,Pnu, а начальную площадь сечения образца Fq, то предел пропорциональности
Рис. 2.3. Характерные участки и точки диаграммы растяжения
Несколько выше точки 1 находится точка Г, соответствующая пределу упругости. Если нагрузку, соответствующую точке Г, обозначить через Руп, то предел упругости
По ГОСТу предел упругости задается и обозначается ag os — напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,05 % длины участка образца, равного базе тензометра.
За точкой Г возникают уже заметные остаточные деформации. В точке 2 диаграммы частицы материала начинают переходить и область пластичности — наступает явление текучести образца.
На диаграмме растяжения получается горизонтальный участок 2—3 (площадка текучести), параллельный оси абсцисс. Для участка 2—3 характерен рост деформации без заметного увеличения нагрузки. Обозначим величину нагрузки, соответствующей площадке текучести 2—3, через Рт. Напряжение ат, отвечающее этой нагрузке, это то напряжение, при котором рост деформации происходит без заметного увеличения нагрузки, оно и является физическим пределом текучести.
Предел текучести (физический) — это механическая характеристика материалов: напряжение, отвечающее нижнему положению площадки текучести в диаграмме растяжения для материалов, имеющих эту площадку (см. рис. 2.3):
Предел текучести устанавливает границу между упругой и упруго-пластической зонами деформирования.
Даже небольшое увеличение напряжения (нагрузки) выше предела текучести вызывает значительные деформации.
Для материалов, не имеющих на диаграмме площадки текучести, принимают условный предел текучести: напряжение, при котором остаточная деформация образца достигает определенного значения, установленного техническими условиями (большего, чем это установлено для предела упругости).
Обычно допуском для величины остаточной деформации при растяжении принято остаточное удлинение 0,2 %. Эта величина называется условным пределом текучести:
где Pq 2 — нагрузка при условном пределе текучести.
При увеличении напряжений сверх предела текучести при растяжении в результате сильной деформации происходит упрочнение металла (изменение его структуры и свойств) и сопротивление деформации увеличивается, поэтому за участком текучести, т. е. за точкой 3, наблюдается подъем кривой растяжения (участок упрочнения). До точки 4 удлинение образца происходит равномерно. Наибольшее значение нагрузки, предшествовавшее разрушению образца, обозначим Рмакс. Точка 4 характеризует максимальное условное напряжение, возникающее в процессе испытания, называемое временным сопротивлением.
Временное сопротивление ав — условное напряжение, определяемое по отношению действующей силы к исходной площади поперечного сечения образца и отвечающее наибольшей нагрузке ^макс’ предшествовавшей разрушению образца:
В момент, соответствующий нагрузке Рмакс, появляется заметное местное сужение образца (шейка). Если до этого момента образец имел цилиндрическую форму, то теперь растяжение образца сосредоточивается в области шейки.
Участку 4—5 соответствует быстрое уменьшение сечения шейки, вследствие чего растягивающая сила уменьшается, хотя напряжение растет (площадь сечения в шейке ^врFq).
При дальнейшей деформации шейка сужается и образец разрывается по наименьшему сечению FK, где напряжения в действительности достигают наибольшей величины. Таким образом, нарастание пластической деформации при растяжении происходит поэтапно: равномерная пластическая деформация до точки 4 и местная пластическая деформация от точки 4 до точки 5 — момента разрушения.
Моменту разрыва соответствует точка 5, усилие разрыва обозначим Рк. Отношение разрывающего усилия к действительной площади сечения в месте разрыва называется истинным сопротивлением разрыву:
У пластичных металлов в является характеристикой сопротивления пластической деформации, а у хрупких — характеристикой сопротивления разрушению.
Для пластичных материалов, образующих при растяжении шейку, характеристикой сопротивления разрушению служит истинное сопротивление разрыву (при разрушении).
При определении пределов пропорциональности, упругости, текучести и временного сопротивления соответствующая им нагрузка Р относилась к начальной площади поперечного сечения образца, т. е. площади образца до испытания. При растяжении образца в области упругой деформации или близко от нее, т. е. при определении пределов пропорциональности и упругости, можно пренебречь небольшим изменением площади сечения образца.
Однако в области пластической деформации изменение сечения образца становится значительным. Поэтому теоретически возможно для определения временного сопротивления и предела текучести относить соответствующую нагрузку не к исходной площади образца, а к его действительной площади, которую он имеет в момент приложения соответствующей нагрузки.
Напряжения, определенные по отношению приложенной нагрузки к начальной площади образца, называются условными напряжениями, а определенные по отношению к действительной площади — истинными.
На рис. 2.4 дана диаграмма истинных напряжений. В диаграмме по оси абсцисс откладывается относительное удлинение с = Д///0, а по оси ординат — нормальное напряжение а = P/Fq, где /0 и Fq — первоначальные длина и площадь сечения образца. Диаграмма в координатах «напряжения — деформации» на участке 4—5 является условной, как было указано выше. При напряжении, соответ-
Рис. 2.4. Диаграмма истинных напряжений ствующем временному сопротивлению (точка 4), образуется шейка и площадь сечения резко уменьшается, поэтому истинное напряжение увеличивается и истинная диаграмма 4—5′ расположена выше условной диаграммы 4—5.
Следует отметить, что временное сопротивление не совпадает с сопротивлением разрыву и оказывается меньше последнего. Истинное сопротивление разрыву получается делением наибольшей нагрузки Рпч (точка 4′) на истинную уменьшенную площадь сечения FBp в момент начала появления шейки.
Таким образом, истинные напряжения с увеличением деформации непрерывно растут до момента разрушения образца.
Показателем пластической деформации является его абсолютное остаточное удлинение А/0Ст.п ПРИ разрыве (отрезок ОЛ[ на рис. 2.3), так как упругая деформация (отрезок A^2) исчезает после разрыва:
где /0 — начальная длина образца, /к — конечная длина образца (рис. 2.5).
Общее удлинение образца при растяжении слагается из равномерного и сосредоточенного удлинения (за счет образования шейки). Так как размеры испытуемых образцов могут быть различными, то характеристикой пластичности образца служит не его абсолютное, а относительное остаточное удлинение при разрыве 6 — отношение приращения расчетной длины образца после разрыва
к первоначальной расчетной длине /0 в процентах:
Чем больше 5, тем пластичнее металл.
Рис. 2.5. Образцы до растяжения (а) и после растяжения (б)
Другой характеристикой пластичности металла является относительное сужение сечения ц/ после разрыва (в процентах) — отношение разности начальной площади и минимальной площади поперечного сечения образца разрыва к начальной площади поперечного сечения образца.
Если Fq — начальная площадь образца, FK — минимальная площадь сечения в месте образования шейки (в месте разрыва), то относительное сужение (в процентах)
При оценке свойств образцов пластических материалов большое значение имеет их сопротивление пластической деформации. Оно показывает, какое напряжение можно допустить, не вызывая (или вызывая допускаемую величину) пластической деформации, т. е. изменения металла под действием внешних сил.
Свойства, характеризующие сопротивление пластической деформации, можно разделить на две группы: сопротивление металла малым пластическим деформациям и сопротивление металла значительным пластическим деформациям.
Величиной, характеризующей сопротивление малым пластическим деформациям, является предел упругости. Свойства сопротивления металла значительным пластическим деформациям проявляются при напряжениях выше условного предела текучести. Для пластических металлов временное сопротивление определяет сопротивление их значительным пластическим деформациям. Временное сопротивление является основной характеристикой хрупких материалов, разрушающихся при малых пластических деформациях.
В табл. 2.1 приведены механические характеристики некоторых материалов.
Источник
Диаграмма
низкоуглеродистой стали. Записанная
с помощью специального устройства
на испытательной машине
диаграмма растяжения низкоуглеродистой
стали изображена
на рис. 2.
В
начальной стадии нагружения до некоторой
точки А
диаграмма
растяжения представляет собой наклонную
прямую,
что указывает на пропорциональность
между нагрузкой
и деформацией — справедливость закона
Гука.
Нагрузка, при которой эта пропорциональность
еще не
нарушается, на диаграмме обозначена
через Fпци
используется
для вычисления предела
пропорциональности:
,
Рис.
2
где
А
– первоначальная площадь поперечного
сечения.
Пределом
пропорциональности σпц
называется наибольшее
напряжение, до которого существует
прямо пропорциональная
зависимость между нагрузкой и деформацией.Для
СтЗ предел пропорциональности
приблизительно равен
σпц
=195…200 МПа.
Зона
ОА
называется
зоной
упругости. Здесь
возникают только
упругие, очень незначительные деформации.
Данные,
характеризующие эту зону, позволяют
определить значение
модуля упругости Е.
После
достижения предела пропорциональности
деформации
начинают расти быстрее, чем нагрузка,
и диаграмма становится криволинейной.
На этом участке в непосредственной
близости от точки А
находится
точка В,
соответствующая
пределу упругости.
Пределом
упругости σуп
называется максимальное напряжение,
при котором в материале не обнаруживается
признаков
пластической (остаточной)
деформации.
Предел
упругости характеризует
начало перехода
от упругой деформации к пластической.
У
большинства металлов значения предела
пропорциональности
и предела упругости незначительно
отличаются
друг от друга. Поэтому обычно считают,
что они практически
совпадают. Для стали СтЗ σуп
= 205…210 МПа.
При
дальнейшем нагружении криволинейная
часть диаграммы
переходит в почти горизонтальный участок
CD—
площадку
текучести. Здесь
деформации растут практически без
увеличения нагрузки. Нагрузка FT,
соответствующая
точке D,
используется
при определении физического предела
текучести:
.
Физическим
пределом текучести σТ
называется
наименыиее
напряжение, при котором образец
деформируется
без заметного увеличения растягивающей
нагрузки.
Предел
текучести является одной из основных
механических
характеристик прочности металлов. Для
стали СтЗ
σТ
=220…250 МПа.
Зона
BDназывается
зоной
общей текучести. В
этой зоне
значительно развиваются пластические
деформации. При
этом у образца повышается температура,
изменяются
электропроводность и магнитные свойства.
Образование
пластической деформации в отдельных
кристаллах образца происходит уже в
начальной
стадии испытания. Однако эти деформации
настолько
малы, что не обнаруживаются обычными
приборами для
измерения малых деформаций. С увеличением
нагрузки
пластическая деформация начинает
накапливаться в микрообъемах образца,
а с наступлением текучести эти очаги
пластической деформации, сливаясь,
захватывают уже
макрообъемы образца металла. Описанные
явления вызывают изменение внутренней
структуры
металла, что приводит к его упрочнению.
Диаграмма после зоны текучести снова
становится криволинейной.
Образец приобретает способность
воспринимать
возрастающее усилие до значения Fmax—
точка Е
на
диаграмме. Усилие Fmaxиспользуется
для вычисления временного
сопротивления:
.
Напряжение,
соответствующее наибольшей нагрузке,
предшествующей
разрушению образца, называется временным
сопротивлением.
Для
стали марки СтЗ временное сопротивление
σВ
=370…470
МПа.
Зона
DEназывается
зоной
упрочнения. Здесь
удлинение
образца происходит равномерно по всей
его длине, первоначальная
цилиндрическая форма образца сохраняется,
а поперечные сечения изменяются
незначительно и
также равномерно.
При
максимальном усилии или несколько
меньшем его
на образце в наиболее слабом месте
возникает локальное уменьшение
поперечного сечения — шейка
(а
иногда
и две). Дальнейшая деформация происходит
в
этой зоне образца. Сечение в середине
шейки продолжает
быстро уменьшаться, но напряжения в
этом сечении все
время растут, хотя растягивающее усилие
и убывает. Вне
области шейки напряжения уменьшаются,
и поэтому удлинение
остальной части образца не происходит.
Наконец,
в точке К
образец
разрушается. Сила, соответствующая
точке К,
называется
разрушающей FK,
а
напряжения — истинным
сопротивлением разрыву (истинным
пределом
прочности), которые равны
,
где
АК—
площадь поперечного сечения в месте
разрыва.
Зона
ЕК
называется
зоной
местной текучести. Истинные
напряжения в момент разрыва (в шейке) в
образце из стали
СтЗ достигают 900… 1000 МПа.
Иногда
временное сопротивление называют
пределом прочности. Строго говоря, такое
допустимо
только в том случае, когда разрыв образца
происходит
без образования шейки. Это имеет место
с хрупкими
материалами, например с чугуном. Тогда
наибольшая
нагрузка практически совпадает с
моментом разрушения
и предел прочности оказывается почти
равным истинному
напряжению при разрыве (о диаграмме
чугуна см.
ниже). У пластичных материалов, например
у стали марки СтЗ, наибольшее значение
нагрузки не соответствует
ее значению при разрушении образца и
за характеристику
прочности (условную) принимается
временное сопротивление.
Интересен
механизм разрушения образца из
низкоуглеродистой
стали. Образец разрушается, как правило,
с
образованием «чашечки» на одной его
части и «конуса»
— на другой (рис. 3). Этот излом называют
чашечным или изломом «чашечка — конус».
Рис.
3
Под
действием растягивающих напряжений
материал перемычек между порами
разрушается, поры сливаются, в результате
чего появляется центральная трещина
в направлении, перпендикулярном
оси растяжения. Образование трещины
вблизи центра
сечения, объясняется
тем, что в этой области вследствие
возникающего неоднородного напряженного
состояния, при котором нормальное
напряжение достигает на оси образца
максимального значения, материал
обладает пониженной способностью
к пластической деформации. Это в
значительной
мере способствует началу разрушения
образца, которое
на данной стадии имеет хрупкий характер.
Однако
в остальной части вблизи поверхности
материал продолжает
растягиваться пластически.
Затем
трещина начинает распространяться в
обе стороны
по направлению к поверхности, образуя
дно будущей
чашечки. Увеличение размеров трещины
происходит за
счет дальнейшего присоединения новых
пустот в результате
разрыва перемычек и ранее образовавшейся
центральной
зоны трещины.
Помимо
указанных характеристик прочности
определяют характеристики
пластичности.
Относительное
удлинение после разрыва δ (%)
— это отношение
приращения расчетной длины образца
после
разрыва к ее первоначальному значению,
вычисляемое по формуле
.
где
lK
– расчетная длина образца; lО
– первоначальная длина образца.
Заметим,
что относительное удлинение после
разрыва зависит
от отношения расчетной длины образца
к его диаметру.
С увеличением этого отношения значение
δ
уменьшается,
так как зона шейки (зона местной
пластической
деформации) у длинных образцов занимает
относительно
меньше места, чем в коротких образцах.
Кроме
того, относительное удлинение зависит
и от места расположения
шейки (разрыва) на расчетной длине
образца.
При возникновении шейки в средней части
образца местные
деформации в области шейки могут свободно
развиваться
и относительное удлинение будет больше,
чем
в случае, когда шейка возникает ближе
к головке образца,
тогда местные деформации будут стеснены.
Другой
характеристикой пластичности является
относительное
сужение после разрыва ψ (%),
представляющее
собой отношение уменьшения площади
поперечного
сечения образца в месте разрыва к
начальной площади
поперечного сечения образца:
.
где
АК
– площадь сечения образца в месте
разрыва; АК
– начальная площадь поперечного сечения
образца.
Иногда
при вычислении значения ψдля
цилиндрических
образцов пользуются формулой
.
Явление
повышения упругих свойств материала в
результате
предварительного пластического
деформирования
называется наклепом.
Наклеп
наблюдается не у всех материалов и даже
не у
всех металлов, таких, например, как
свинец, олово и др. Оно широко используется
в технике. Иногда наклеп создают
искусственно. Например, цепи и канаты
подъемных
машин подвергают предварительной
вытяжке, чтобы устранить
остаточные удлинения, которые могут
возникнуть во время их работы.
Следует
заметить, что после предварительной
вытяжки
металла в некотором направлении его
механические свойства
изменяются (металл наклёпывается) при
работе на
растяжение только в том же направлении;
при работе на
сжатие в этом же направлении его свойства
почти не изменяются. Последнее
обстоятельство имеет большое значение
для материала, который подвергается
действию переменных
напряжений.
В
некоторых случаях явление наклепа
является нежелательным.
Например, оно встречается во многих
технологических
процессах — прокатке стержней, резании
листового
материала, штамповке тонкостенных
деталей, пробивании
отверстий в листах под заклепки и т. п.
Для устранения
вредного влияния наклепа материал
обычно отжигают
или удаляют ту часть материала, которая
получила
наклеп.
Механизм
образования деформации. Реальные
технические
металлы и их сплавы состоят из большого
числа кристаллических
зерен, или
кристаллитов,
ориентированных
произвольным образом. Так называются
кристаллы неправильной
формы и неодинаковых размеров. Размеры
кристаллитов
могут сильно отличаться друг от друга:
от 0,0005
до 2…3 мм2.
Форма, размеры и расположение зерен
оказывают влияние на свойства металлов.
Так, уменьшение
размеров зерен приводит к увеличению
прочности
на разрыв, а также пластичности и
вязкости.
Внутри
кристалла находятся атомы металла,
расположенные
в определенном порядке. Они образуют
более или
менее правильную трехмерную кристаллическую
решетку.
При
отсутствии нагрузки атомы металла,
находящиеся
в узлах кристаллической решетки,
колеблются относительно
равновесных положений. Между атомами
действуют
либо силы притяжения, либо силы
отталкивания. Сила
взаимодействия между двумя соседними
атомами складывается
из этих сил. При расположении атомов на
расстоянии r
сила взаимодействия между ними равна
нулю и атомы находятся
в равновесном
положении. Любая
попытка незначительного
перемещения атомов из этого положения
приводит к возникновению сил, стремящихся
вернуть их в
прежнее состояние. Когда
все атомы перемещаются из своих прежних
положений в эквивалентные узлы
кристаллической решетки
на одно межатомное расстояние начинается
пластическое
деформирование.
Можно
сказать, что касательные напряжения,
при которых начинается пластическая
деформация, равны:
,
где
G
— модуль
упругости при сдвиге.
В
растянутом стержне наибольшие касательные
напряжения, возникающие на площадках,
наклоненных под углом 45°
к оси стержня, равны:
.
Принимая
получим,
что
или
.
Основным
механизмом пластического
деформирования металлов является
скольжение,
т.
е. смещение одной части кристаллической
решетки относительно
другой по плоскостям скольжения,
ориентированным
в кристалле определенным образом.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
- #
Источник