Сжатие и растяжение меди
Механические свойства меди Механические свойства различных марок меди при стандартных статических Механические свойства бескислородной меди М16 при стандартных 1. Табл. 1. Механические свойства | ||
Свойства | Состояние | |
деформированное | отожженое | |
Временное | 340…450 | 220…250 |
Предел текучести | 280-420 | 60-75 |
Относительное удлинение δ , % | 4…6 | 40…50 |
Относительное сужение ψ, % | 35…45 | 70…80 |
Твердость по Бринеллю, HB | 90…110 | 45 |
Предел выносливости σ-1, | 100…120 | 70…80 |
Ударная вязкость KCU, | 1,0 | 1,70 |
*kσ — коэффициент концентрации напряжений
Влияние степени холодной деформации и температуры отжига на механические
свойства меди показано на рис. 1 и 2.
Рис. 1 Влияние степени холодной деформации (%) на механические свойства
меди:
1 — кислородсодержащей; 2 — раскисленной
фосфором, с высоким остаточным содержанием фосфора
Рис. 2. Влияние
температуры отжига (в течение часа) на механические свойства
кислородсодержащей меди М1
Содержание кислорода в меди влияет на ударную вязкость и технологическую
пластичность.
Например, ударная вязкость горячекатаных медных полос (99.9%
Cu)
с различным содержанием кислорода составляет:
О2, % 0,026 0,030
0,034 0,042
KCU,кДж/м2
860 560
510 270
Влияние кислорода на технологическую пластичность на примере медной
проволоки диаметром
2,6
мм в твердом состоянии и с содержанием меди 99,90% следующее:
Способ получения | Число гибов при радиусе равном 5 мм | Число скручиваний загиба, на длине 152 мм |
Бескислородная | 12 | 92 |
Бескислородная | 7 | 45 |
Медь и многие ее сплавы имеют зоны пониженной пластичности («провала»
пластичности). При этом у кислородсодержащей меди наблюдается явно
выраженная зона пониженной пластичности при температурах 300…500°С; у
меди, раскисленной фосфором и с большим его остаточным содержанием
(0,04%), также наблюдается пониженная пластичность в этом интервале
температур. С повышением чистоты меди зона пониженной пластичности
уменьшается, а у бескислородной меди высокой чистоты (99,99%) эта зона
практически отсутствует. Зона пониженной пластичности отсутствует и у
меди, раскисленной бором (0,01% В).
При
отрицательных температурах медь имеет более высокие прочность и
пластичность, чем при температуре 20°С.
Механические свойства меди, на примере применяемой для электродов
контактной сварки, при высоких температурах приведены в табл. 2.
Табл. 2. Механические свойства меди при высоких температурах | |||||||
Свойства | Температура, °С | ||||||
20 | 200 | 300 | 400 | 500 | 600 | 700 | |
Временное сопротивление σb , МПа | 220 | 200 | 150 | 110 | 70 | 50 | 30 |
Предел текучести σ0,2 , Мпа | 60 | 50 | 50 | 40 | 30 | 20 | 10 |
Относительное удлинение δ , % | 45 | 45 | 40 | 38 | 47 | 57 | 71 |
Относительное сужение ψ, % | 90 | 88 | 77 | 73 | 86 | 100 | 100 |
Твердость по Виккерсу, HV | 50 | 40 | 38 | 35 | 19 | 1 | 9 |
Ударная вязкость KCU, МДж/м2 | 1,7 | 1,5 | 1,4 | 1,4 | 1,2 | 0,9 | 0,8 |
Длительная | — | — | — | 25 | 10 | 6 | 5 |
Характеристики
упругости.
Упругие свойства изотропного материала характеризуются модулями
нормальной упругости
Е
(модуль Юнга), сдвига
G
и объемного сжатия
Есж,
а также коэффициентом Пуассона (µ). Значения модулей
Е и
G
в интервале температур 300… 1300К уменьшаются по линейному закону.
Лишь в области низких температур наблюдается отклонение от равномерного
изменения модулей (табл. 3).
Табл. 3. Модули упругости и сдвига меди при различных температурах | |||||||||
Модули, ГПа | Температура, К | ||||||||
4,2 | 100 | 200 | 300 | 500 | 700 | 900 | 1100 | 1300 | |
Е | 141 | 139 | 134 | 128 | 115 | 103 | 89,7 | 76,8 | 63,7 |
G | 50 | 49,5 | 47,3 | 44,7 | 37,8 | 31 | 24,1 | 18,5 | 11,5 |
Регламентированные механические свойства продукции из меди при различных
способах изготовления, состояниях поставки и размерах приведены в табл.
4 — 7.
Как
правило, на лентах толщиной менее 0,5 мм, а также на лентах толщиной
0,5… 1,5 мм в мягком состоянии, используемых для штамповки, временное
сопротивление и относительное удлинение не определяют, а проводят
испытания на выдавливание лунки по Эриксену (см. табл. 5).
Табл. 4. Плоский прокат из меди. Размеры и механические свойства | ||||||
Продукция, стандарт или технические условия | Марка | Изгот. | Сост. пост. | Толщина, мм | Временное сопротивление σb , МПа | Относительное удлинение δ10, % |
не менее | ||||||
Плиты из раскисленной меди, ТУ 48-21-517-85 | M1p | ГК | — | 75…11О | 180 | 20 |
Листы общего назначения, ГОСТ 1173-2006 | M1, M1p, М1ф, М2, М2р, М3, МЗр | ГК | — | 3…25 | 200 | 30 |
ХК | М | 0,05… 12 | 200…260 | 36 | ||
ПТ | 240…310 | 12 | ||||
Тв | 290 | 3 | ||||
Листы и полосы повышенного качества ТУ 48-21-664-79 | M1 | ЛХК | М | 3…8 | 200 | 36 |
ЛГК | — | 8…10 | 200 | 30 | ||
ПХК | М | 3…6 | 200 | 36 | ||
Шины для электротехнических целей, ГОСТ 434-78 | M1 | ХК | М | св. 7 | — | 35 |
Ленты общего назначения, ГОСТ 1173-2006 | M1, M1p, М1ф, М2, M2p, М3, МЗр | ХК | М | 0,1…6 | 200…260 | 36 |
ПТ | 240…310 | 12 | ||||
Тв | 290 | 3 | ||||
Ленты для коаксиальных магистральных кабелей, ГОСТ 16358-79 | M1 | хк | М | 0,16…0,3 | 210 | δ5≥25 |
Ленты для капсюлей, ГОСТ 1018-77 | M1, M1p, М2, M2p | ХК | М | 0,35…1,86 | 200 | 36 |
Ленты для электротехн ических целей, ТУ 48-21-854-88 | M1, М2 | ХК | М | до 0,2 | — | — |
0,2…2,5 | — | 36 | ||||
2,5—3,53 | — | 36 | ||||
3,55…5,5 | — | 36 | ||||
Тв | до 0,2 | 310 | — | |||
0,2…2.5 | 310 | — | ||||
2,5…3,53 | 284 | |||||
3,55…5,5 | 284 | — | ||||
Фольга рулонная для технических целей, ГОСТ 5638-75 | M1, М2 | ХК | Тв | 0,015…0,05 | 290 | — |
Условные обозначения: | ||||||
ГК — горячекатаные; ХК — холоднокатаные; ЛХК листы холоднокатаные; Л ГК — листы горячекатаные; ПХК — полосы холоднокатаные; М — мягкое; ПТ — полутвердое; Тв — твердое. |
Табл. 5. Характеристики холоднокатаных лент при испытании по Эриксену (радиус пуансона 10 мм) | ||||
Ленты | Марка | Состояние | Толщина, мм | Глубина лунки, мм, не менее |
Общего назначения, ГОСТ 1173-2006 | M1, M1p, М1p, М2, М2р, М3, МЗр | мягкое | 0,1…0,14 | 7 |
0,14…0,16 | 7 | |||
0,16…0,28 | 8 | |||
0,28…0,55 | 8,5 | |||
0,55…0,6 | 9 | |||
0,6…1,1 | 9,5 | |||
1,1…1,5 | 10 | |||
Радиаторные, ГОСТ 20707-80 | M1, М2, М3 | мягкое | 0,06…0,07 | 4,5…9.0 |
0,08…0,09 | 6,0…9,0 | |||
0,1 | 7,5 | |||
0,12…0,15 | 7,5 | |||
0,17…0,25 | 8 | |||
твердое | 0,1 | 1,5…3,5 | ||
0,12…0,15 | 1,5…3,5 | |||
Для электротехнических целей, ТУ 48-21-854-88 | M1 | мягкое | 0,1…0,15 | 7,5 |
0,2…0,25 | 8 | |||
0,3…0,5 | 8,2 | |||
0,6…1 | 9,5 |
Таблица 6. Трубы и трубки из меди. Размеры и механические свойства | ||||||
Продукция, стандарт или технические условия | Марка | Изгот. | Сост. пост. | Диаметр, мм / Толщина стенки, мм | Временное сопротивление σb , МПа | Относительное удлинение δ10, % |
не менее | ||||||
Трубы общего назначения, ГОСТ 617-2006 | M1, M1p, М1ф, М2р, МЗр, М2, М3 | ХД | М | 3…360 / 0,8…10 | 200 | 35 |
ПТ | 240 | 8 | ||||
Тв | 280 | |||||
Пр | — | до 200 / 5…30 | 190 | 30 | ||
>200 / 5…30 | 180 | 30 | ||||
Трубы квадратные и прямоугольные е круглым отверстием, ТУ48-21-497-81 | M1, M1p, М1ф, М2р, МЗр, М2, М3 | Т, П | М | b; h; d | 200 | 35 |
15…20,5; | ||||||
13.5…14; | ||||||
6…12,5 | ||||||
Пр | b; h; d | 190 | 30 | |||
36…120; | ||||||
16…36; | ||||||
11…28 | ||||||
Трубы медные, ТУ 48-21-482-85 | M1, M1p, М1ф, М2р, МЗр, М2, М3 | Пр | — | 30 / 9 | 190 | 30 |
Трубки медные тонкостенные, ТУ 48-21-161-85 | M1, М2 | Т | М | 0,8…2 / 0,15…0,5 | 210 | 35 |
Тв | — | 4 | ||||
Трубки медные тонкостенные. ГОСТ 11383-75 | M1, М2, М3 | Т | М | 1,5…28 / 0,15…0,7 | 210 | 35 |
Тв | 340 | 2 | ||||
Трубы медные круглого сечения для воды и газа ГОСТ 52318-2005 | M1p, М1ф | Т | М | 6…22 / 0,5…1.5 | 220 | δ10≥40 |
ПТ | 6…54 / 0,5…2 | 250 | δ10≥20 | |||
Тв | 6…267 / 0,5…3 | 290 | δ10≥3 | |||
Условные обозначения: | ||||||
ХД — холоднодеформированные; Пр — прессованные; Т гянутые; | ||||||
П — прокатанные: М — мягкое; ПТ — полутвердое; Тв — твердое; h, h,d — ширина, высота, диаметр отверстия. |
Таблица 7. Прутки, катанка и проволока из меди. Размеры и механические свойства | ||||||
Продукция,стандарт или технические условия | Марка | Изгот. | Сост. пост. | Размеры, мм | Временное сопротивление σb , МПа | Относительное удлинение δ10, % |
не менее | ||||||
Прутки квадратные, ТУ 48-21-97-72 | М2 | Пр | — | 42…94 | 200 | 30 |
Прутки, IOCT 1535-2006 | M1, M1p, Мф, М2р, МЗр, М2, М3 | Т | М | 3…50 | 200 | 35 |
ПТ | 240 | 10 | ||||
Тв | 270 | 5 | ||||
Пр | — | 20…50 | 190 | 30 | ||
Профили из бескислородной меди, ТУ 48-21-637-79 | М0б | Т | М | b x h 11,4 x 8 | 200 | 38 |
Проволока для заклепок, ТУ 48-21-456-2006 | M1, М2 | Т | Тв | d 1…2 | 240 | 8 |
d 2…10,7 | 240 | 15 | ||||
Проволока из бескислородной меди, ТУ 48-21-158-72 | М0б | Т | М | d 3,5;4,2 | 200 | 30 |
Проволока крешерная, ГОСТ 4752-79 | М0б | ХД | Тв | d 3…10 | 320… | — |
360 | ||||||
Проволока для электротехнических целей, ГОСТ 434-78 | М0, M1 | Т | М | d до 2,5 | — | 35 |
d 2,5…7 | — | 35 | ||||
d 7…10 | — | 35 | ||||
d св. 10 | — | 35 | ||||
Тв | d до 2,5 | 310 | — | |||
d 2,5…7 | 290 | — | ||||
d 7…10 | 270 | — | ||||
d св. 10 | 270 | — | ||||
Катанка медная, ТУ 16705.491-2001 | не ниже M1 | НЛ | — | d 8…23 | 160 | 35 |
Условные обозначения: | ||||||
Пр — прессованные; Т — тянутые; ХД — холоднодеформированная; НЛ — непрерывное литье и прокатка; | ||||||
М — мягкое; ПТ — полутвердое; Тв — твердое; b — ширина; h — высота; d — диаметр. |
Источник
Рассмотрим механические свойства меди
Медь мягкая | Медь твердая | |
Временное сопротивление меди σВ, МПа | 220Д240 | 400 |
Предел текучести меди σ0,2, МПа | 70 | 340 |
Относительное удлинение меди δ, % | 50 | 8 |
Относительное сужение меди ψ, % | 75 | 35 |
Сопротивление срезу меди τср, МПа | 150 | 210 |
Твердость меди НВ, МПа. | 450 | 1100 |
Временное сопротивление литой меди при сжатии σВсж =1540 МПа. Микротвердость электролитической меди (99,95 % Сu) при 20 0С Нμ =760 МПа, а при 300 °С 535Д545 МПа.
Механические свойства меди (99,95 % Си) при низких температурах:
Медь | t, 0С | σВ, МПа | σ0,2, МПа | δ, % | ψ, % |
Медь электролитическая холоднокатаная | 20 | 410 | 375 | 8,4 | 51,5 |
-78 | 423 | 408 | 12 | 56,6 | |
-183 | 455 | 420 | 11,2 | 61,2 | |
Медь горячекатаная | 20 | 212 | 50 | 55 | 70 |
-20 | 236 | 50 | 56,2 | 70 | |
-60 | 255 | 54 | 57,3 | 67 | |
-77 | 263 | 50 | 57,2 | 68 | |
Медь закаленная | 20 | 271 | 175 | 37,5 | 77 |
-253 | 310 | 214 | 60 | 75 | |
Медь отожженная (отжиг при 700 °С, 30 мин) | 20 | 240 | 38 | 50,5 | 71,4 |
-78 | 291 | 100 | 50 | 73,6 | |
-183 | 365 | 87 | 50,5 | 83,3 | |
Медь МО, отожженная | 20 | 220 | 60 | 48 | 76 |
-10 | 224 | 62 | 40 | 78 | |
-40 | 236 | 64 | 47 | 77 | |
-80 | 270 | 70 | 47 | 74 | |
— 120 | 288 | 75 | 45 | 70 | |
-180 | 408 | 80 | 58 | 77 | |
Медь М2, отожженная | 18 | 230 | 51 | 52 | 70 |
236 | 51 | 52 | 69 | ||
-30 | 237 | 54 | 48 | 69 | |
-80 | 263 | 61 | 47 | 67 | |
Медь М2, холоднотянутая (наклеп 93 %) | 20 | 468 | 1,1 | 57 | |
486 | 1,8 | 56 | |||
-20 | 487 | 1,2 | 56 | ||
-30 | 493 | 1,9 | 54 | ||
-60 | 506 | 2,0 | 58 | ||
Медь М2, холоднотянутая (наклеп,73 %) | 20 | 411 | 2,0 | 57 | |
419 | 2,1 | 57 | |||
-20 | 429 | 2,0 | 57 | ||
-30 | 435 | 3,0 | 57 | ||
-60 | 449 | 4,0 | 57 | ||
Медь техническая, отожженная и закаленная с 800 °С в воде | -17 | 240 | 29 | 70 | |
-196 | 380 | 41 | 72 | ||
-253 | 460 | 48 | 74 |
Механические свойства медных полуфабрикатов (не менее): | ||||
Вид медного полуфабриката | Состояние | σВ, МПа | δ, % | гост |
Листы медные: | ||||
Листы медные холоднокатаные | Мягкие | 200 | 30 | ГОСТ 495Д70 |
Твердые | 300 | 3 | ГОСТ 495Д70 | |
Листы медные горячекатаные | — | 200 | 30 | ГОСТ 495Д70 |
Лента медная толщиной 0,35 мм | Мягкая | 200 | 30 | ГОСТ 1173Д70 |
Трубы медные прессованные из меди M1 диаметром 30Х17 мм | Мягкие | 210 | 35 | ГОСТ 617Д64 ТУ 48-21-78Д72 |
Прутки медные тянутые диаметром 5Д40 мм | Мягкие | 200 | 38 | ГОСТ 1535Д71 |
Твердые | 270 | 6 | ГОСТ 1535Д71 | |
Прутки медные катаные 35Х100 мм | — | 250 | 8 | ГОСТ 1535Д71 |
Прутки медные прессованные 14×120 мм | — | 200 | 30 | ГОСТ 1535Д71 |
Скорость звуковых волн, м/с: продольных Сl= 4730; поперечных Ct = 2300. Удельное акустическое сопротивление Zs, МПа*с/м. Ударная вязкость меди KCU= 1570Д1765 кДж/м2. Модуль нормальной упругости Е в зависимости от температуры:
t,°C | Д180 | 100 | 200 | 300 | 600 | 800 | 900 | |
Е, ГПа | 138 | 132 | 128 | 124 | 118 | 96 | 78 | 70 |
Модуль сдвига G=42,400 ГПа.
Предел ползучести в зависимости от температуры:
t,°C | 20 | 200 | 400 |
σпл, МПа | 70 | 50 | 1,4 |
Предел выносливости σR при 108 циклов для мягкой меди равен 70 МПа, а для твердой 120 МПа. Установлено, что долговечность меди в вакууме возрастает, причем понижение давления до 1,33*10-2 Па приводит к увеличению долговечности на порядок; при дальнейшем увеличении вакуума до 1,33*10-6 Па долговечность практически не изменяется.
Типичные механические свойства меди (99,95 % Сu) при комнатной температуре (медные прутки прессованные):
Состояние | Е, ГПа | σВ | σ0,2 | SK* | δ10 | ψ | σвсж | τср | НВ | σR** | КCU, кДж/м2 |
МПа | % | МПа | |||||||||
Мягкие медные прутки (отжиг 700 °С, 30 мин) Твердые медные прутки (наклеп 25%) | 110 120 | 240 400 | 80 350 | 60 — | 50 6 | 75 35 | 1500 — | 150 200 | 450 959 | 80 100 | 160-180 — |
* Сопротивление разрушению при растяжении.
** Предел выносливости σR определялся на базе 108 циклов.
- Физические свойства меди
- Электрические и магнитные свойства меди
- Тепловые и термодинамические свойства меди
- Оптические свойства меди
- Механические свойства меди
- Химические свойства меди
- Технологические свойства меди
- Области применения меди
Источник
Стандартные
испытания прочностных и пластических свойств металлов
Механические
испытания в зависимости от характера действия
нагрузки во времени могут быть:
статические,
при которых нагружение производится медленно и
нагрузка возрастает плавно от нуля до некоторой максимальной
величины или
остается постоянной длительное время при малой
скорости деформации;
динамические,
при которых нагрузка на образец возрастает мгновенно
при большой скорости деформации;
—
повторно-переменные (или циклические), усталостные,
при которых
изменяются величина и направление действия нагрузки. По результатам
испытаний определяют число циклов до разрушения при разных значениях напряжений
или то предельное напряжение, которое образец выдерживает без разрушения в
течение опреленного
числа циклов нагружения.
Кроме того,
проводят испытания на
ползучесть и
длительную прочность
при повышенных температурах с целью определения жаропрочности металла или
сплава.
При
статических, динамических и усталостных испытаниях, а также
при испытаниях на твердость и жаропрочность определяют
стандартные механические свойства металлов и сплавов: прочностные характеристики
— предел пропорциональности, продел упругости, предел текучести, временное
сопротивление,
пластические
характеристики — относительное удлинение и относительное сужение, а также
твердость, ударную вязкость, предел
выносливости, предел ползучести или предел длительной прочности.
Испытание на растяжение
При испытании на растяжение, согласно ГОСТ
1497, определяют сопротивление металла малым пластическим деформациям,
характеризующееся пределом пропорциональности σпц, пределам упругости
σу и пределом текучести σт (или σ0,2),
а также сопротивление значительным пластическим деформациям, которое выра жают
временным сопротивлением σв.
При растяжении
определяют и пластичность металла, то есть величину
пластической деформации до разрушения, которая может
быть оценена относительным удлинением образца
δ
и его
относительным
сужением ψ (после разрыва образца).
Для испытания
на растяжение используют стандартные образцы
(см. ниже). Машина для испытаний снабжена устройством, записывающим
диаграмму растяжения.
Диаграмма
растяжения показывает зависимость между растягивающей
нагрузкой, действующей на образец, и его деформацией.
На
диаграмме по оси ординат записывают нагрузку
Р,
а по оси абсцисс —
абсолютное удлинение образца Δl
(Δl =
lх
—
lо, где lх
и lо — текущая
(в данный момент времени) и начальная длины образца) — Рис.
1
Рис. 1. Схема
диаграммы растяжения: изменение удлинения образца в зависимости от нагрузки
Кривая
изменения абсолютного удлинения Δl
в зависимости
от
прилагаемой нагрузки
Р
при растяжении состоит из прямолинейного
участка
ОА
и криволинейного
АВ,
отвечающего переходу в область
пластических (остаточных) деформаций и характеризуемой постепенным уменьшением
тангенса угла наклона кривой к оси
абсцисс (см. Рис.
1).
Пластической
называют деформацию, остающуюся после снятия
нагрузки
(кроме
того, наблюдается обратимая пластическая деформация,
которая,
как и упругая, исчезает после снятия нагрузки).
Величина остаточной деформации в момент раз
рушения (удлинение, сужение) служит мерой пластичности материала.
Если величина пластической деформации до разрушении мала,
то материал называют хрупким. Пластическая деформация
предшествует любому виду разрушения (вязкому или квазихрупкому),
но при квазихрупком разрушении она весьма мала, локализована
в микро- и субмикрообъемах и не выявляется при обычных
методах измерения макродеформации. В этом последнем
случае
необходимо изыскание такиx
условий
испытания (скорости нагружения,температуры испытании и т. п.), при которых
можно было
бы выявить пластичность материала.
Для
возможности сравнения результатов
испытаний различных но размерам образцов целесообразно установить связь между
удельными и относительными величинами, т. е. между условным напряжением
σ,
равным
P/F0,
где
P
—
растягивающая нагрузка (сила),
F0
—
плошадь поперечного сечения образца до испытания, и относительным удлинением
δ, равным Δl/I0,
где Δl
— абсолютное уд- шпение образца;
I0
— длина образца до испытания. Так как значении
Р
и Δl
делятся
на постоянные для данных условий испытания величины,
то вид диаграммы, приведенной на Рис.
1, не меняется
(отличается только масштабом) при переходе от координат
P
– Δl
к
координатам
σ
—
δ.
Напряжения
ниже точки
А
практически не вызывают измеримой остаточной деформации и относительно этой
точки могут быть
установлены (с определенным допуском на точность измеряемых деформаций) предел
упругости
σу,
а также предел пропорциональности σпц.
Здесь и далее напряжения получаются делением соответствующей нагрузки на
F0
—
плошадь поперечного сечения образца до испытания.
Предел
упругости
σу
— условное напряжение, соответствующее появлению остаточных деформаций
определенной заданной величины (0,05; 0,001; 0,003; 0,005%); допуск на
остаточную деформацию указывается в индексе при σу.
Предел
пропорциональности
σпц
— условное напряжение, соответствущее
отклонениям от линейного хода кривой деформации (от
закона Гука), задаваемым определенным допуском (например, увеличением тангенса
угла наклона кривой деформации к оси напряжения на 25 или 50% при переходе от
прямолинейного участка к криволинейному).
Следует
отметить, что для реальных
поликристоллических металлов
определение
σу
и σпц
представляет значительные методические
трудности, так как предусматривает измерение очень малых
деформаций.
Поэтому на практике чаще обращаются к такой характеристике,
как условный предел текучести.
Условный
предел текучести
— это условное напряжение, при котором
остаточная деформация достигает определенной величина (обычно
0,2%
от рабочей длины образца; тогда условный
предел текучести
обозначают как
σ0,2).
Величину
σ0,2
определяют,
правило, для материалов, у которых на диаграмме отсутвует
площадка или зуб текучести.
В тех случаях,
когда диаграмма растяжения имеет площадку текучести
(Рис.
2,
а),
измеряют
физический
предел текучести
σт,
условное напряжение, соответствующее наименьшей нагрузке
площадки текучести, когда деформация образца происходит
увеличения нагрузки. Иногда распространение деформации по
длине образцов из пластичных материалов при напряжениях, отвечающих
площадке текучести, носит волнообразный характер:
вначале образуется местное утонение сечения, затем это
утононение
переходит на соседний объем материала и этот процесс разшнми ся
до тех пор, пока в результате распространения такой волны
не возникает
общее равномерное удлинение, отвечающее площадке
текучести. Когда имеется зуб текучести (Рис.
2,
б),
вводят
понятия
о верхнем σвт
и нижнем σнт
пределах текучести.
Рис. 2. Схемы
диаграмм растяжения металлов, дающих площадку (а) зуб
(б)
текучести
Если при
испытании образцов, например на растяжение, не
возникает локализованной деформации (не образуется шейки
—
местное сужение поперечного сечения), то образец из хрупких металлов
разрушается при какой-то максимальной нагрузке, отвечающей точке
В
на Рис.
1. Деление этой нагрузки на площадь начального поперечного сечения дает
разрушающее напряжение, называемое
временным
сопротивлением
σb
(это условное напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, выдерживаемой образцом).
В тех случаях, когда окончание растяжения сопровождается
местным утонением
образца (образованием шейки), диаграмма
растяжения имеет вид, изображенный на Рис.
2, т. е. нагрузка
в момент разрыва пластичного металла и напряжение, отнесенное
к исходному сечению (в точке
D),
могут
быть меньше, чем напряжение в какой-то предыдущий момент растяжения. Но и и этом
случае временное сопротивление определяется применительно
к точке
В,
т. е. относительно максимальной нагрузки, момент достижения которой практически
совпадает с началом образования шейки в образце из пластичного материала. Появление
шейки определяет переход от равномерной деформации всей рабочей части
образца к сосредоточенной деформации в определенном сечении.
При переходе в
область пластических деформаций (правее точки
Ана диаграмме
Рис.
1) изменения поперечного сечения образца
становятся уже значительными и отнесение нагрузки к исходному
(до деформации) сечению
F0
дает лишь условные напряжения.
Если учитывать изменение сечения при деформации и относить
нагрузку не к исходному сечению, а к сечению в каждый данный момент деформации
Fx,
то
получают
истинные
напряжения.
Эти последние,
естественно, отличаются от условных напряжений и тем
больше, чем пластичнее материал (чем сильнее изменяется сечение
в ходе деформации относительно исходного). Соответственно
изменяется вид диаграммы растяжения, которая схематично
показана на Рис.
3. В случае хрупких материалов (чугун, литые алюминиевые
сплавы и др.) различие между истинными и условными напряжениями может быть
небольшим.
По
диаграмме
растяжения, как было отмечено выше, можно судить
и о пластичности металла, которая характеризуется относительным
удлинением после разрыва
δ
и относительным сужением
площади
сечения у образца.
Под
относительным
удлинением
δ понимают отношение абсолютного
удлинения образца после разрыва Δl
= lк — lо (где lк — конечная
длина образца) к его начальной расчетной длине
lо,
выри женное в процентах, т. е.
δ
= (lк
— lо)*100%/lо
В случае
испытания «коротких» (пятикратных) образцов (см.
ниже)
относительное удлинение обозначают
δ5,
в случае
«длинных»
(десятикратных) –
δ10.
Относительное
сужение после разрыва
ψ
представляет собой
oтношение
уменьшения площади поперечного сечения разорванного
образца
ΔF=
F0
—
FK
(где
FK
—
минимальная площадь поперечного сечения образца после его разрыва) к
первоначальной площади
поперечного сечения
Fo,
выраженное в процентах, т. е.
Ψ
= (F0
—
FK)*100%/
F0
При расчете
режимов обжатий в процессах обработки меча им» давлением чаще всего используют
показатель
δ.
Тангенс угла
наклона прямой
ОА
к оси абсцисс (см. Рис.
1)
характеризует
модуль
упругости материала
Е
= σ/
δ
(где
δ
— относительная
деформация, равная Δl/l0).
Модуль упругости E определяет
жесткость материала:
интенсивность увеличения напряжения
по мере увеличении упругой деформации. Физический
смысл
Е
сводится к тому, что он
характеризует сопротивляемость
металла упругой деформации.
Модуль упругости
практически не зависит от структуры
металла и определяется
силами межатомной связи.
Все другие механические свойства
являются структурно чувствительными
и изменяются в зависимости
от структуры в широких
пределах.
Рис. 3. Условное изображение диаграммы растяжения (сплошная линия) и диаграммы
истинных напряжений (штриховая линия)
Следует
отметить, что закон пропорциональности между напряжением и деформацией является
справедливым лишь в первом приближении. При точных измерениях даже при небольших
напряжениях в упругой области наблюдаются отклонения от закона
пропорциональности. Это явление называют
неупругостъю.
Оно
проявляется в том, что деформация, оставаясь обратимой, отстает
по фазе
от дей