Механические свойства материалов. Диаграммы растяжения и сжатия. (Лекция 4)

Пластичность – способность материалов получать значительные остаточные деформации, не разрушаясь.

Упругость – способность материалов восстанавливать первоначальные форму и размеры после снятия действия нагрузки

Твёрдость – способность материалов сопротивляться проникновению в него другого тела, не разрушаясь.

Механические характеристики материала необходимы для инженерных расчётов и определяются экспериментально путем испытания стандартных образцов на растяжение, сжатие, кручение, изгиб, срез, смятие и т.д.

или

где:

- первоначальная длина рабочей части образца;

- первоначальный диаметр рабочей части образца.

Регистрационная аппаратура: тензометры – приборы, регистрирующие деформацию.

Специальное устройство – осциллограф – вычерчивает график зависимости между F и Δl.

Получаемый график носит название первичной диаграммы растяжения.

- сила пропорциональности;

- сила упругости;

- сила текучести;

- максимальная сила, выдерживаемая образцом до разрушения;

- сила в момент разрыва.

О

Е

Для этого используют следующие соотношения:

где:

А0

– первоначальная площадь образца.

Основные характерные точки:

- предел пропорциональности;

- предел упругости;

- предел текучести;

- предел прочности;

- напряжение в момент разрыва.

σу – предел упругости – напряжение, до которого закон Гука выполняется с незначительным отклонением, деформации считаются упругими.

σт – предел текучести – напряжение, при котором при постоянной нагрузке наблюдается заметный рост остаточных (пластических) деформаций, не исчезающих после снятия нагрузки.

σв – предел прочности (временное сопротивление) – максимальное напряжение, которое может выдержать образец до разрушения;

σр – напряжение, при котором происходит фактическое разрушение образца.

В – точка, соответствующая пределу упругости.

ОВ – область упругих (обратимых) деформаций.

С – точка, соответствующая наступлению предела текучести.

СD – площадка текучести.

DE – зона упрочнения (пологий криволинейный участок).

Если на участке DE произвести разгрузку образца, например, из точки К,

то диаграмма разгрузки будет линейна

и прямая разгрузки KL параллельна участку ОА.

Если затем произвести повторную нагрузку образца, то он покажет значение предела текучести выше первоначального.

При повторном нагружении площадка текучести исчезает, исчерпывается пластичность материала, и он становится более хрупким. Это явление называется наклепом (или нагартовкой), оно связано с изменением микроструктуры кристаллической решетки стали.

KLK – петля гистерезиса (разгрузка и повторная нагрузка образца).

Е – наивысшая точка диаграммы, соответствующая пределу прочности.

ВСDE – участок общей текучести.

ЕМ – зона местной текучести.

М – точка разрушения образца.

σв

Если учитывать это явление, то можно определить истинное напряжение в момент разрыва образца:

До предела прочности истинная и условная диаграммы практически совпадают.

где: Aш – площадь «шейки».

ЕA′ – участок диаграммы, построенный с учетом изменения площади поперечного сечения образца.

Пунктиром обозначена истинная диаграмма растяжения образца.

σв – предел прочности.

Основные характеристики пластичности материала:

– относительное удлинение

– относительное сужение.

Пример:

для стали марки ВСт3

δ =20÷28% ,

ψ = 60÷70% .

Для них в расчетах на прочность принимается

условный предел текучести

σ0,2 ,

Хрупкость – способность материала разрушаться без образования заметных остаточных деформаций.

Хрупкость – понятие, обратное пластичности.

чугун

α =45°

Разрушение чугунного образца при сжатии начинается с образования трещин под углом 450 к образующей, что вызывается максимальными касательными напряжениями.

При этом на поверхности образуются заметные наклонные полосы, называемые полосами Людерса-Чернова.

Стальной образец при сжатии приобретает бочкообразную форму и сплющивается.

Удлинение при разрушении для серого чугуна составляет приблизительно 0,5÷0,6% от первоначальной длины образца.

«бочёнок»

При испытании на сжатие пластичных материалов невозможно зафиксировать предел текучести и предел прочности. Предел текучести принимается равным условному.

Способ Виккерса

Способ Роквелла

Способ Бринелля

Способы определения твердости

где:

F – сила вдавливания индентора,

(F = 2500 Н);

D – диаметр индентора;

d – диаметр отпечатка.

Способ применяется для материалов малой твердости
(НВ< 4000 МПа).

F