Кривая растяжения образца из отожженной малоуглеродистой стали
Определение механических характеристик сталей при растяжении выполняют на специальных разрывных или универсальных машинах различных систем и грузоподъемности в зависимости от типа применяемого образца. Такие машины имеют манометры, дающие возможность фиксировать нагрузки в процессе испытания, а также диаграммные аппараты, позволяющие снимать график зависимости удлинения Δl образца от величины статической нагрузки Р.
Для испытания используют стандартные образцы прямоугольного (рис.3.11а) или круглого поперечного сечений (рис. 3.11б). Круглые цилиндрические образцы бывают длинные и короткие, размеры которых указаны на рис.3.11. Поверхность образцов должна имеет обработку высокого класса.
Для стандартных образцов соблюдаются определенные соотношения между его площадью поперечного сечения F0 , диаметром d и расчетной длиной l0:
и (3.13)
Для образцов прямоугольного поперечного сечения также должно выполняться второе условие (3.13) между расчетной длиной l0 и площадью поперечного сечения F0.
Диаграмма растяжения малоуглеродистой стали зависимость между напряжениями и деформациями, полученная опытным путем. Можно получить после доведения стандартного образца до разрушения на разрывной машине.
На рис. 3.12а, б показаны такие диаграммы растяжения в системе осей Р~Δļ и перестроенная диаграмма растяжения в осях σ ~ε на основании равенств:
и
На этой диаграмме следует отметить ряд характерных участков.
Прямолинейный начальный участок диаграммы ОА. На этом участке справедлив закон Гука.
Модуль упругости E -тангенс угла наклона прямой предела пропорциональности к оси ε.
tg α = = Е (3.14)
Процесс деформирования образца обратим. Если разгрузить образец, то разгрузка пойдет по прямой АО.
Предел пропорциональности – максимальное напряжение, при котором справедлив закон Гука.
Предел пропорциональности находят из отношения нагрузки Рпц к первоначальной площади сечения образца F0, т.е.
(3.15)
Значение предела пропорциональности для малоуглеродистой стали σпц≈ 200÷210 МПа.
Рядом с точкой А находится точка В. В пределах участка АВ сталь ведет себя как не линейно упругий материал. Здесь нарушается пропорциональная зависимость между напряжениями и деформациями. Однако процессы нагружение — разгрузка – обратимы. Напряжение σу называется пределом упругости, и определить его можно так:
(3.16)
Предел упругости – это максимальное напряжение, при котором не обнаруживается признаков остаточной деформации.
Точки А и В находятся рядом, поэтому на практике считается, что предел упругости σу и предел пропорциональности σпц совпадают. Для предела упругости вводится понятие условного предела упругости (3.3). Согласно стандарту условный предел упругости равен значению напряжений σ при допуске на пластическую деформацию равную 0,05 %.
Далее следует отметить почти горизонтальный участок диаграммы ВС, который называется площадкой текучести. На полированной поверхности образца в этот момент испытания наблюдаются линии скольжения Людерса — Чернова, направленные под углом 45о и показанные на рис. 3.13. Линии скольжения впервые упоминаются в 1859 году немецким металлургом Людерсом. А потом независимо от него в 1884 году они были обнаружены русским металлургом Черновым, предложившим использовать их при экспериментальных исследованиях напряженного состояния в сложных элементах конструкций.
Эти линии возникают вследствие сдвигов за счет действия наибольших касательных напряжений τmax
Предел текучести – это напряжение, при котором происходит рост деформаций без увеличения нагрузки. Это напряжение вычисляется так:
(3.17)
Значение предела текучести для малоуглеродистой стали σт ≈240 МПа.
Конструкционные стали, как правило, не имеют площадки текучести. Поэтому для них вводится понятие об условном пределе текучести. За условный предел текучести (3.17) принимается такое значение напряжения, при котором остаточная деформация составляет 0,2% и обозначается через σ0,2.
После площадки текучести происходит дальнейший рост деформаций образца Δl, но при увеличении нагрузки Р, что отображено криволинейным участком СD. Если на этом участке образец нагрузить до некоторой точки К, а затем снять нагрузку, то последняя будет происходить по линии КК″, которая параллельна прямой начального участка ОА диаграммы. Полная деформация ε состоит из упругой εу и пластической, или остаточной εост. Материал в точке К будет находится в упруго пластическом состоянии. Если теперь из точки произвести повторное нагружение, то это будет происходить по кривой К″К, образуя петлю гистерезиса, заштрихованную на рис. 3.12. Площадь этой петли характеризует часть энергии, которая рассеивается за счет происходящих необратимых процессов (нагревание, изменение магнитных свойств и т.п.). Как видно при повторном нагружении повышается предел пропорциональности.
Наклеп – это повышение предела пропорциональности при нагружении образца выше площадки текучести.
Поэтому участок СD диаграммы растяжения называется участком упрочнения. При дальнейшем загружении после точки К деформирование образца будет происходить точно также как при отсутствии разгрузки, т.е. по той же кривой СD. В точке D нагрузка Р достигает наибольшего значения Рпч .
Временным сопротивлением или пределом прочности называется напряжение, соответствующее наибольшему значению нагрузки за весь процесс нагружения, который определяется по формуле:
(3.18)
Предел прочности для малоуглеродистой стали составляет σпч ≈ 400 МПа. При этом разрушение образца еще не происходит. В наиболее слабом его месте по длине образца начинает появляться и в дальнейшем развиваться местное сужение – шейка (рис.3.14а). В средней части сечения образца материал становится хрупким и за счет действия максимальных нормальных напряжений σmax появляется трещина. Ближе к его поверхности в материале сохраняются пластические свойства. Пластичный материал плохо сопротивляется сдвиговым воздействиям, обусловленными максимальными касательными напряжениями τmax, которые действуют на площадке под углом 450 к оси стержня. За счет развития шейки резко уменьшается площадь поперечного сечения образца. Сопротивление его растягивающей силе уменьшается, деформации растут при снижении нагрузки на участке Dm и при значении нагрузки Рразр происходит разрыв образца. Характер разрушения его показан на рис. 3.14 б.
Характеристики прочности материала — σпц, σу, σт, σпч .
Определяют по диаграмме растяжения σ~ε.
После обмера разорванного образца вычисляют характеристики пластичности. К ним относятся относительное остаточное удлинение и относительное остаточное сужение.
Относительное остаточное удлинение (3.15) величина, определяемая по формуле
(3.19):
(для стали Ст.3 δ≈ 21 – 24 %).
Относительное остаточное сужение (3.16) величина, определяемая по формуле:
, (3.20)
Fp – площадь сечения образца после испытания в наиболее узком месте шейки. Для стали Ст.3 значение ψ ≈ 62 – 70 %).
Характеристики пластичности материала — относительное остаточное удлинение и относительное остаточное сужение.
Источник
[c.275]
Здесь X — продолжительность растяжения. Заметим, что постоянное напряжение, при котором материал остается упругим в течение времени т, и максимальное напряжение, достигаемое за время X при нагружении с постоянной скоростью, отличаются только множителем (ге-Ь1) «. При больших п этот множитель довольно близок к единице. Так, при п = = 15 16 = 1,203. Эта разница совсем незначительна. Типичная диаграмма растяжения малоуглеродистой стали показана на рис. 16.12.3. Высота зуба теку-Рис. 16.12.3 чести есть а после срыва диа-
[c.572]
На рис. 2.7 представлена диаграмма растяжения малоуглеродистой стали СтЗ (пластичной стали).
[c.33]
На рис. 2.9 показана диаграмма растяжения малоуглеродистой стали, построенная в координатах
[c.35]
Измеренный образец устанавливают в захваты испытательной машины и подвергают нагружению. При этом записывающее устройство вычерчивает на миллиметровой бумаге в определенном масштабе график зависимости между нагрузкой Р и удлинением образца Д/. Типичная диаграмма растяжения малоуглеродистой стали в обработанном виде показана на рисунке 32.
[c.68]
Наличие ярко выраженной площадки текучести, наблюдаемой только на диаграммах растяжения малоуглеродистых сталей, объясняется тем, что в структуре указанных сталей имеются
[c.31]
На рис. 10.2 представлена диаграмма растяжения малоуглеродистой стали (марки Ст. 3) по оси ординат отложены на-
[c.32]
Отметим, что ярко выраженную площадку текучести имеют только диаграммы растяжения малоуглеродистой стали и некоторых сплавов цветных металлов. На рис. 19.7 показан для сравнения вид диаграмм растяжения сталей с различным содержанием углерода из рисунка видно, что с повышением процента содержания углерода увеличивается прочность стали и уменьшается ее пластичность.
[c.210]
На рис. 11.14 представлено несколько диаграмм растяжения малоуглеродистой стали (0,15% С) при разных температурах, а на рис. И. 15 и 11.16 — графики зависимости упругих постоянных (Л и р,) и механических характеристик (Оц, и Од), а также ф и 6 от температуры для той же стали.
[c.35]
Диаграмма растяжения малоуглеродистой стали и ее характерные точки
[c.42]
При испытании на растяжение образца из малоуглеродистой стали диаметром d = 2 см, длиной l= Qd получены следующие данные наибольшее растягивающее усилие Р, ,, = 18 200 кГ, усилие в момент разрыва Рр,зр= 15 400 кГ, длина образца после испытания /,==25,2 см,, диаметр шейки t i = l,4 сл1. Вычислить предел прочности материала (временное сопротивление) а , относительное остаточное удлинение й п относительное сужение сечения образца v[3. Определить удельную работу а деформации, приняв коэффициент полноты диаграммы для малоуглеродистой стали а— =0,85.
[c.9]
На условной диаграмме растяжения (рис. 3.2) отмечены точки и их ординаты, соответствующие механическим характеристикам, полученным при статических испытаниях иа растяжение малоуглеродистой стали. Характерными точками (напряжениями) диаграммы растяжения являются
[c.95]
Диаграмма сг е) для растяжения малоуглеродистой стали показана на рис. 3.5. Она практически не зависит от размеров образца и фактически является характеристикой материала.
[c.44]
Условная диаграмма сжатия малоуглеродистой стали (рис. 2.49) до предела текучести подобна диаграмме растяжения, но площадка
[c.76]
Наглядное представление о сравнительных свойствах малоуглеродистой стали и серого чугуна при растяжении и сжатии дают диаграммы, показанные на рис. 2.52 а —растяжение малоуглеродистой стали б — то же, серого чугуна в — сжатие малоуглеродистой стали г — то же, серого чугуна.
[c.77]
В данном параграфе мы подробно рассмотрим диаграмму, полученную в процессе наиболее распространенного и важного механического испытания, а именно, испытания на растяжение малоуглеродистой стали (например, стали Ст. 3) при статическом нагружении.
[c.207]
На рис. 53 приведена диаграмма растяжения малоуглеродистой отожженной стали. При нагрузке, соответствующей начальной части диаграммы, материал испытывает только упругую деформацию, которая полностью исчезает после снятия нагрузки. До точки а эта деформация пропорциональна действующему напряжению (нагрузке), что выражается законом Гука а = EAl/lo [а = P/Fq — напряжение в материале. Мн/м (кгс/мм ) Р — приложенная нагрузка, МН(кгс) Fq—начальная площадь поперечного сечения образца, мм Д/ — абсолютное удлинение, мм /ц — начальная длина образца, мм].
[c.108]
Условная диаграмма сжатия малоуглеродистой стали (рис. 2.44) до предела текучести подобна диаграмме растяжения, но площадка текучести выявлена слабо.
[c.64]
Основной итог эксперимента — график зависимости между растягивающей силой Р, создаваемой испытательной машиной, и удлинением А/ рабочей части образца. Такой график называют диаграммой растяжения. Характерный вид диаграммы для малоуглеродистой стали представлен на рис. 6.1, б. Отметим на ней характерные точки и участки.
[c.140]
При растяжении образца на машинах регистрируют нагрузку на образец и его удлинение А1. По полученным данным строят диаграмму растяжения образца, представляющую кривую Р = = / (А1). Такая диаграмма для образца из малоуглеродистой стали показана на рис, 92, в, Большинство современных испыта-
[c.132]
Диаграмма растяжения образца из малоуглеродистой стали (рис. 92, а) характеризуется следующими четырьмя отличительными участками.
[c.133]
Заметим еще, что площадка текучести есть у сравнительно немногих металлов — малоуглеродистой стали, латуни и некоторых отожженных марганцовистых и алюминиевых бронз. Большинству же металлов свойственен постепенный переход в пластическую область. Для сравнения на рис. 106 изображены диаграммы растяжения нескольких металлов кривая 1 — бронзы (а = 2470 кгс/см , б = 36%) 2 — углеродистой стали = 3580 кгс/см , б = 38%)
[c.100]
На рис. 11.8 приведена в координатах в, а, диаграмма растяжения образца из малоуглеродистой стали. Как видно, вначале на участке ОА до некоторого напряжения называемого
[c.32]
Типичная диаграмма сжатия пластичного материала (малоуглеродистая сталь) показана на рис. 11.18, а. Вначале диаграмма имеет вид, аналогичный диаграмме растяжения. Дальше кривая идет круто вверх из-за увеличения площади сечения образца и упрочнения материала. Разрушения при этом не получается. Образец просто сплющивается (рис. 11.18, б), и опыт приходится прекращать. В результате испытания определяют предел текучести при сжатии. Для пластичных материалов пределы текучести при растяжении и сжатии практически одинаковы, но площадка текучести при сжатии выявлена значительно меньше, чем при растяжении.
[c.42]
Образцы для испытаний на сжатие изготовляют в виде кубиков или цилиндриков высотой, равной диаметру или в полтора — три раза большей. Диаграмма сжатия пластичного материала —малоуглеродистой стали — изображена на рис. 2.26. Начальный участок диаграммы до точки, соответствующей пределу пропорциональности, практически совпадает с тем же участком диаграммы растяжения. Площадка текучести на диаграмме почти незаметна.
[c.200]
На рис. 2.90 изображена условная диаграмма растяжения, характерная для малоуглеродистой стали. Эта диаграмма называется условной потому, что при ее построении не учитывается изменение площади поперечного сечения образца.
[c.275]
На рис. 4.3.2 представлена диаграмма растяжения образца из малоуглеродистой стали, на которой обозначены характерные для нее точки. От начала нагружения до определенного значения растягивающей силы имеет место прямая пропорциональная зависимость между удлинением образца и силой, выражающаяся на диаграмме прямой ОА. На этой стадии растяжения справедлив закон Гука. Обозначим силу, при которой закон пропорциональности прекращает свое действие, через Рпц. Этому значению силы на диаграмме соответствует точка А. Напряжение, вызванное силой Рпц, называется пределом пропорциональности и вычисляется по формуле
[c.52]
При испытании на растяжение образцов, изготовленных из малоуглеродистой стали, например из Ст. 3, на диаграмме растяже-
[c.54]
Заметим еще, что площадка текучести есть у сравнительно немногих металлов — малоуглеродистой стали, латуни и некоторых отожженных марганцовистых и алюминиевых бронз. Большинству же металлов свойственен постепенный переход в пластическую область. Для сравнения на рис. 106 изображены диаграммы растяжения нескольких металлов кривая / — бронзы (ств = 247 МПа, 6 = 36 %), 2 — углеродистой стали (ав = 358 МПа, 6 = 38 %) 3 — никелевой стали (ав = 715 МПа, 6 = 54 %) и 4 — марганцовистой стали (ств = 916 МПа,6 = 30 %).
[c.109]
По-разному ведут себя пластичные и хрупкие материалы и при испытании на сжатие. Как уже упоминалось, для испытания на сжатие используют короткие цилиндрические образцы, располагаемые между параллельными плитами. Для малоуглеродистой стали диаграмма сжатия образца имеет вид кривой, показанной на рис. 1.43. Здесь, как и у диаграммы растяжения, обнаруживается площадка текучести с последующим переходом к зоне упрочнения. В дальнейшем, однако, нагрузка не падает, как при растяжении, а резко возрастает. Происходит это в результате того, что площадь поперечного сечения сжатого образца увеличивается сам образец вследствие трения на торцах принимает бочкообразную форму (рис. 1.44). Довести образец пластичного материала до разрушения практически не удается. Испытуемый цилиндр сжимается в тонкий диск (см. рис. 1.44), и дальнейшее испытание ограничивается возможностями машины. Поэтому предел прочности при сжатии для такого рода материалов найден быть не может (см. табл. 1.1).
[c.87]
Диаграмма раст 1жения. Испытательная машина сообщает образцу принудительное удлинение и регистрирует сопротивление образца, т. е. нагрузку, соответствующую этому удлинению. Результат опыта представляется диаграммой растяжения. На рис. 4, а показана диаграмма растяжения малоуглеродистой стали, полученная на испытательной машине указанного типа. По оси абсцисс отложены удлинения Х образца, по оси ординат — нагрузки Р.
[c.10]
Диаграмма растяжения стали. Рассмотрим диаграмму растяжения малоуглеродистой стали марки ВСтЗ, обладающей хорошо выраженными пластическими свойствами и широко применяемой в строительстве. Если испытывать образцы разных размеров, то получим различные диаграммы Р=/(А/)-Для определения обобщенных механических характеристик материала диаграммы строят в координатах напряжение — деформация с =/ (е), которые определяются по формулам
[c.56]
Диаграммы растяжения. Для испытаний на растяжение применяют разрывные машины, позволяющие в процессе испытания определять усилия и соответствующие им деформации образца. По зтим данным строят первичную диаграмму растяжения, в которой по оси ординат откладывают усилия, а по оси абсцисс — соответствующие им удлинения. Диаграмма растяжения может быть получена и автоматически при помощи специальных диаграммных аппаратов. Характер диаграммы растяжения зависит от свойств испытуемого материала. Типичный вид такой диаграммы для малоуглеродистой стали изображен на рис. 100.
[c.92]
Кривая истинных напряжений при растяжении малоуглеродистой стали представлена на рис. 105, б. Точке В соответствует начало возникновения остаточной деформации и истинное напряжение, являющееся пределом текучести. Точке Е отвечает наибольшая сила Рмакс, которую выдержал образец во время испытания. По ней определяется величина истинного временного сопротивления Sa- Деформация образца от начала растяжения до момента, отвечающего точке Е, равномерна по длине образца. Абсцисса точки Е (Vf) представляет наибольшее равномерное сужение. Точка К диаграммы соответствует моменту разрыва образца. Ее абсцисса представляет собой наибольшее сужение сечения Ук, а ордината — истинное сопротивление разрыву 5к. Как видно из истинной диаграм-
[c.108]
На рис. 72, а приведена диаграмма растяжения малоуглеродистой отожженной стали. При нагрузке, соответствующей начальной части диаграммы, материал испытывает только упругую деформацию, которая полностью исчезает после снятия нагрузки. До точки а эта деформация пропорциональна нагрузке или действующему напряжению а=Р1Ро, где Р — приложенная нагрузка / 0—начальная площадь поперечного сечения образца.
[c.172]
Склонность к циклическому упрочнению свойственна тем сталям, которые хорошо отожжены (горячекаганные малоуглеродистые стали) или высоко отпущены после закалки и имеют диаграмму растяжения (рис. 5.2), характеризуемую большой равномерной деформацией (1 /в > 0,5 )/к) и большой протяженностью стадии деформационного упрочнения.
[c.388]
Условная диаграмма растяжения образца малоуглеродистой стали показана на рис. 59. Для упрощения расчетов за пределом упругости диаграмма растяжения обычно схематизируется. Зависимости напряжений от деформаций на различных участках диаграммы представляются следующим образом
[c.118]
Источник