Proprietățile mecanice în tensiune, ca și în alte încercări statice, pot fi împărțite în trei grupe principale: caracteristicile de rezistență, plasticitate și vâscozitate. Proprietăți de rezistență - acestea sunt caracteristicile rezistenței materialului eșantion la deformare sau distrugere. Majoritatea caracteristicilor standard de rezistență sunt calculate din poziția anumitor puncte pe diagrama de tracțiune, sub forma unor tensiuni convenționale de tracțiune. În secțiunea 2.3, diagramele au fost analizate în coordonate efort adevărat - deformare adevărată, care caracterizează cel mai precis întărirea prin deformare. În practică, proprietățile mecanice sunt de obicei determinate din curbele de tracțiune primare în coordonate de alungire absolută a sarcinii, care sunt înregistrate automat pe banda grafică a mașinii de testare. Pentru policristale din diferite metale și aliaje, întreaga varietate a acestor curbe la temperaturi scăzute poate fi redusă, la o primă aproximare, la trei tipuri (Fig. 2.44).
Figura 2.44- Tipuri de curbe primare de tracțiune
Diagrama de tracțiune de tip I este tipică pentru probele care eșuează fără deformare plastică vizibilă. O diagramă de tip II este obținută prin întinderea probelor care sunt deformate uniform până la cedare. În cele din urmă, diagrama de tip III este tipică pentru eșantioanele care eșuează după gât ca urmare a concentrat deformare. O astfel de diagramă poate fi obținută și la întinderea probelor care eșuează fără gât (la tensiune la temperatură ridicată); complot bk aici poate fi foarte întins și aproape paralel cu axa de deformare. Creșterea sarcinii până la defecțiune (vezi Fig. 2.44, II) sau la maximum (vezi Fig. 2.44, III) poate fi netedă (linii continue) sau discontinue. În acest din urmă caz, în special, un dinte și un platou de curgere pot apărea pe diagrama de tracțiune (linia punctată în Fig. 2.44, III,III).
În funcție de tipul diagramei, se modifică setul de caracteristici care pot fi calculate din aceasta, precum și semnificația lor fizică. În fig. 2.44 (diagrama de tip III) prezintă punctele caracteristice ale căror ordonate sunt folosite pentru a calcula caracteristicile de rezistență
(σ i = P i/F 0).
După cum puteți vedea, în diagramele celorlalte două tipuri (vezi Fig. 2.44, eu,II) nu toate aceste puncte pot fi reprezentate grafic.
Limita de proporționalitate. Primul punct caracteristic din diagrama tensiunii este punctul p(vezi Fig. 2.45). Forța P nu determină valoarea limită de proporționalitate - stresul pe care materialul eșantion îl poate suporta fără abatere de la legea lui Hooke.
Aproximativ valoarea lui P nu poate fi determinată de punctul în care începe divergența curbei de întindere și continuarea secțiunii drepte (Fig. 2.46).
Figura 2.46- Metode grafice pentru determinarea limitei de proporţionalitate.
Pentru a unifica metodologia și a crește acuratețea calculării limitei de proporționalitate, aceasta se evaluează ca o efort condiționată (σ nu), la care abaterea de la relația liniară dintre sarcină și alungire atinge o anumită valoare. De obicei, toleranța la determinarea σ nu este stabilită prin reducerea tangentei unghiului de înclinare format de tangenta la curba de întindere în punctul p cu axa de deformare, comparativ cu tangenta din sectiunea elastica initiala. Toleranța standard este de 50%, dar sunt posibile și toleranțe de 10% și 25%. Valoarea sa trebuie indicată în desemnarea limitei de proporționalitate - σ nu 50, σ nu 25, σ nu 10.
Cu o scară suficient de mare a diagramei de tensiune primară, valoarea limitei de proporționalitate poate fi determinată grafic direct pe această diagramă (vezi Fig. 2.46). În primul rând, continuați secțiunea dreaptă până când se intersectează cu axa de deformare în punct 0, care este luată drept noua origine a coordonatelor, excluzând astfel secțiunea inițială a diagramei distorsionată din cauza rigidității insuficiente a mașinii. Apoi puteți folosi două metode. Potrivit primei dintre ele, la o înălțime arbitrară în regiunea elastică, se restabilește o perpendiculară AB la axa de sarcină (vezi Fig. 2.46, A), așezați un segment de-a lungul acestuia BC=½ ABși trageți o linie OS.În acest caz, tan α′= tan α/1,5. Dacă acum tragem o tangentă la curba de întindere paralelă OS, apoi punctul de tangență R va determina sarcina necesară P nu.
În a doua metodă, o perpendiculară este coborâtă dintr-un punct arbitrar pe o secțiune dreaptă a diagramei KU(vezi Fig. 2.46, b) pe axa x și împărțiți-l în trei părți egale. Prin punct C iar originea coordonatelor desenează o linie dreaptă și paralelă cu aceasta - o tangentă la curba de întindere. Punct de atingere p corespunde efortului P nu (tg α′= tan α/1,5).
Limita de proporționalitate poate fi determinată cu mai multă acuratețe cu ajutorul manometrelor - dispozitive speciale pentru măsurarea deformațiilor mici.
Limită elastică. Următorul punct caracteristic din diagrama tensiunii primare (vezi Fig. 2.45) este punctul e. Ea corespunde sarcinii cu care condiționalul limită elastică - tensiunea la care alungirea permanentă atinge o valoare dată, de obicei 0,05%, uneori mai puțin - până la 0,005%. Toleranța utilizată în calcul este indicată în desemnarea limitei elastice condiționate σ 0,05, σ 0,01 etc.
Limita elastică caracterizează solicitarea la care apar primele semne de deformare macroplastică. Datorită toleranței mici pentru alungirea permanentă, chiar și σ 0,05 este dificil de determinat cu suficientă precizie din diagrama de tracțiune primară. Prin urmare, în cazurile în care nu este necesară o precizie ridicată, limita elastică este considerată egală cu limita de proporționalitate. Dacă este necesară o evaluare cantitativă precisă a σ 0,05, atunci se folosesc jauze de deformare. Metoda de determinare a σ 0,05 este în multe privințe similară cu cea descrisă pentru σ nu, dar există o diferență fundamentală. Deoarece la determinarea limitei elastice, toleranța este stabilită de mărimea deformației reziduale, după fiecare pas de încărcare este necesar să se descarce proba la solicitarea inițială σ 0 ≤ 10% din σ 0,05 așteptată și apoi se măsoară doar alungirea folosind un extensometru.
Dacă scara de înregistrare a diagramei de tracțiune de-a lungul axei de alungire este de 50:1 sau mai mult și de-a lungul axei de încărcare ≤10 MPa per 1 mm, este permisă o determinare grafică de σ 0,05. Pentru a face acest lucru, un segment este așezat de-a lungul axei extensiilor de la originea coordonatelor Bine= 0,05 l 0 /100 și printr-un punct LA trageți o linie dreaptă paralelă cu secțiunea dreaptă a diagramei (Fig. 2.47). Ordonata punctuala e va corespunde dimensiunii încărcăturii R 0,05, care determină limita elastică condiționată σ 0,05 = P 0,05 /F 0.
Limita de randament. Dacă în diagramă nu există tensiune dentară și platou de cedare, calculați limita de curgere condiționată - efortul la care alungirea permanentă atinge o valoare dată, de obicei 0,2%. În consecință, limita de curgere condiționată este notată σ 0,2. După cum puteți vedea, această caracteristică diferă de limita elastică condiționată numai în valoarea toleranței. Limită
Curgerea caracterizează tensiunea la care are loc o tranziție mai completă la deformarea plastică.
Cea mai precisă estimare a valorii lui σ 0,2 poate fi făcută folosind extensometre. Deoarece toleranța de alungire pentru calcularea rezistenței la rezistență este relativ mare, se determină adesea grafic dintr-o diagramă tensiune-deformare dacă aceasta din urmă este înregistrată la o scară suficient de mare (cel puțin 10:1 de-a lungul axei deformației). Acest lucru se face în același mod ca la calcularea limitei elastice (vezi Fig. 2.47), doar un segment Bine = 0,2l 0 /100.
Limitele condiționate de proporționalitate, elasticitate și fluiditate caracterizează rezistența unui material la deformații mici. Mărimea lor diferă ușor de solicitările reale care îndeplinesc toleranțele de deformare corespunzătoare. Semnificația tehnică a acestor limite este de a estima nivelurile de stres sub care
aceasta sau acea parte poate funcționa fără a fi supusă deformării reziduale (limită de proporționalitate) sau deformarii cu o valoare admisibilă mică determinată de condițiile de funcționare (σ 0,01, σ 0,05, σ 0,2 etc.). Având în vedere că în tehnologia modernă posibilitatea modificărilor reziduale ale dimensiunilor pieselor și structurilor este din ce în ce mai limitată, devine evidentă nevoia urgentă de cunoaștere precisă a limitelor proporționalității, elasticității și fluidității, care sunt utilizate pe scară largă în calculele de proiectare.
Sensul fizic al limitei de proporționalitate a oricărui material este atât de evident încât nu necesită discuții speciale. Într-adevăr, σ nu pentru un monocristal și policristal, un metal omogen și un aliaj heterofazic este întotdeauna solicitarea maximă până la care legea lui Hooke este respectată în timpul tensiunii și deformarea macroplastică nu este respectată. Trebuie amintit că înainte de a se atinge σ nu, deformarea plastică poate începe în granulele individuale ale unei probe policristaline (dacă au o orientare favorabilă și prezența concentratoarelor de tensiuni), ceea ce, totuși, nu va duce la o alungire vizibilă a întreaga probă până când majoritatea boabelor sunt afectate de deformare.
Stadiile inițiale de macroalungire a probei corespund limitei elastice. Pentru un monocristal orientat favorabil, acesta ar trebui să fie aproape de efortul critic de forfecare. Desigur, pentru diferite orientări cristalografice ale unui singur cristal, limita elastică va fi diferită. Într-un policrist cu granulație suficient de fină în absența texturii, limita elastică este izotropă, aceeași în toate direcțiile.
Natura limitei de curgere condiționată a unui policristal este în principiu similară cu natura limitei elastice. Dar limita de curgere este cea mai comună și importantă caracteristică a rezistenței metalelor și aliajelor la deformarea plastică mică. Prin urmare, semnificația fizică a limitei de curgere și dependența acestuia de diverși factori trebuie analizate mai detaliat.
O tranziție lină de la deformarea elastică la cea plastică (fără dinte sau platou de curgere) se observă în timpul tensiunii unor astfel de metale și aliaje, în care există un număr suficient de mare de luxații mobile, libere în starea inițială (înainte de începerea testului). ). Tensiunea necesară pentru a iniția deformarea plastică a policristalelor acestor materiale, estimată prin limita de curgere condiționată, este determinată de forțele de rezistență la mișcarea dislocațiilor în interiorul boabelor, de ușurința transferului deformării peste limitele acestora și de dimensiunea boabele.
Aceiași factori determină valoarea puterea fizică de curgereσ t - efort la care proba este deformată sub acțiunea unei sarcini de întindere aproape constantă P t (vezi Fig. 2.45, zona de randament pe curba punctată). Limita de curgere fizică este adesea numită cea inferioară, spre deosebire de limita de curgere superioară, care este calculată din sarcina corespunzătoare vârfului dintelui de curgere. Și(vezi fig. 2.45): σ t.v = P televizor/ F 0 .
Formarea unui dinte și a unui platou de randament (așa-numitul fenomen de cedare bruscă) arată după cum urmează. Întinderea elastică duce la o creștere lină a rezistenței la deformare până la σ t.v, apoi apare o scădere relativ bruscă a tensiunii la σ t.n și deformarea ulterioară (de obicei 0,1-1%) are loc cu o forță externă constantă - se formează un platou de curgere . În timpul alungirii corespunzătoare acestei zone, proba de-a lungul lungimii de lucru este acoperită cu benzi caracteristice Cernov-Luders, în care este localizată deformarea. Prin urmare, cantitatea de alungire la punctul de curgere (0,1 - 1%) este adesea numită tulpină Chernov-Luders.
Fenomenul de fluiditate bruscă este observat în multe materiale metalice importante din punct de vedere tehnic și, prin urmare, are o mare importanță practică. De asemenea, prezintă un interes teoretic general din punctul de vedere al înțelegerii naturii stadiilor inițiale ale deformării plastice.
În ultimele decenii, s-a demonstrat că un dinte și un platou de randament pot fi obținute prin întinderea monocristalelor și policristalelor de metale și aliaje cu diferite rețele și microstructuri. Cel mai adesea, fluiditatea bruscă este înregistrată la testarea metalelor cu o rețea bcc și a aliajelor bazate pe acestea. Desigur, semnificația practică a fluidității abrupte pentru aceste metale este deosebit de mare și majoritatea teoriilor au fost dezvoltate și în legătură cu caracteristicile acestor metale. Utilizarea conceptelor de dislocare pentru a explica randamentul brusc a fost una dintre primele și foarte fructuoase aplicații ale teoriei dislocației.
Inițial, formarea unui dinte și a unui platou de randament în metalele bcc a fost asociată cu blocarea eficientă a luxațiilor de către impurități. Se știe că într-o rețea bcc, atomii de impurități interstițiale formează câmpuri elastice de stres care nu au simetrie sferică și interacționează cu dislocații de toate tipurile, inclusiv cu cele pur șurub. Chiar și la concentrații scăzute [<10 -1 - 10 -2 % (ат.)] примеси (например, азот и углерод в железе) способны блокировать все дислокации, имеющиеся в металле до деформации. Тогда, по Коттреллу, для начала движения дислокаций и для начала пластического течения необходимо приложить напряжение, гораздо большее, чем это требуется для перемещения дислокаций, свободных от примесных атмосфер. Следовательно, вплоть до момента достижения верхнего предела текучести заблокированные дислокации не могут начать двигаться, и деформация идет упруго. После достижения σ тв по крайней мере часть этих дислокаций (расположенных в плоскости действия максимальных касательных напряжений) отрывается от своих атмосфер и начинает перемещаться, производя пластическую деформацию. Последующий спад напряжений - образование зуба текучести - происходит потому, что свободные от примесных атмосфер и более подвижные дислокации могут скользить некоторое время под действием меньших напряжений σ тн пока их торможение не вызовет начала обычного деформационного упрочнения.
Corectitudinea teoriei lui Cottrell este confirmată de rezultatele următoarelor experimente simple. Dacă deformați o probă de fier, de exemplu până la obiect A(Fig. 2.48), descărcați-l și întindeți-l imediat din nou, apoi nu va apărea un platou de dinte și de randament, deoarece după întinderea preliminară în noua stare inițială, proba conținea multe dislocații mobile lipsite de atmosfere de impurități. Dacă acum după descărcare din punct A păstrați proba la temperatura camerei sau ușor ridicată, de ex. dați timp pentru condensarea impurităților pe luxații, apoi cu o nouă întindere, un dinte și o zonă de cedare vor apărea din nou pe diagramă.
Astfel, teoria lui Cottrell asociază schimbarea bruscă de afaceri cu îmbătrânirea prin deformare – fixarea luxațiilor de către impurități.
Ipoteza lui Cottrell că după deblocare, deformarea plastică, cel puțin inițial, este realizată prin alunecarea acestor luxații „vechi”, dar acum eliberate, s-a dovedit a nu fi universală. Pentru o serie de materiale, s-a stabilit că dislocațiile inițiale pot fi atât de ferm fixate încât deblocarea lor nu are loc și deformarea plastică la locul de curgere are loc datorită mișcării luxațiilor nou formate. În plus, formarea unui dinte și a unui platou de randament se observă în cristale fără dislocare - „muștați”. În consecință, teoria lui Cottrell descrie doar un caz particular, deși important, de schimbare bruscă de afaceri.
Baza teoriei moderne a randamentului omonim, care nu poate fi încă considerată definitiv stabilită, este aceeași poziție prezentată de Cottrell: dintele și platoul de randament sunt cauzate de o creștere bruscă a numărului de luxații mobile la începutul curgere de plastic. Aceasta înseamnă că pentru apariția lor trebuie îndeplinite două condiții: 1) în proba inițială numărul de luxații libere trebuie să fie foarte mic și 2) trebuie să poată crește rapid printr-un mecanism sau altul chiar la începutul deformării plastice. .
Lipsa luxațiilor mobile din proba originală poate fi asociată fie cu perfecțiunea ridicată a substructurii sale (de exemplu, în mustăți), fie cu fixarea majorității luxațiilor existente. Potrivit lui Cottrell, o astfel de fixare poate fi realizată prin formarea de atmosfere de impurități. Sunt posibile și alte metode de fixare, de exemplu, cu particule din a doua fază.
Numărul de dislocații mobile poate crește brusc:
1) Datorită deblocării dislocațiilor fixate anterior (separarea de atmosfere de impurități, ocolirea particulelor prin alunecare transversală etc.);
2) Prin formarea de noi luxaţii;
3) Prin reproducerea lor ca urmare a interacțiunii.
În policristale, limita de curgere depinde în mare măsură de mărimea granulelor. Limitele cerealelor servesc ca bariere eficiente în calea dislocațiilor în mișcare. Cu cât boabele sunt mai fine, cu atât aceste bariere apar mai des pe calea dislocațiilor de alunecare și sunt necesare solicitări mai mari pentru a continua deformarea plastică deja în stadiile inițiale. Ca rezultat, pe măsură ce boabele se rafinează, puterea de curgere crește. Numeroase experimente au arătat că limita de curgere mai mică
σ t.n = σ i + K y d -½ , (2.15)
unde σ i și K y- constantele materialelor la o anumită temperatură de testare și viteză de deformare; d- dimensiunea granulelor (sau subgranulele cu structură poligonizată).
Formula 2.15, numită ecuația Petch-Hall după primii săi autori, este universală și descrie bine influența mărimii granulelor nu numai asupra σ sof, ci și asupra limitei de curgere condiționată și, în general, a oricărei solicitări în regiunea de deformare uniformă. .
Interpretarea fizică a ecuației empirice (2.15) se bazează pe ideile deja discutate despre natura fluidității bruște. Constanta σ i este considerată ca efortul necesar pentru a deplasa dislocațiile în interiorul granulului și termenul K y d -½- ca tensiunea necesară pentru a antrena sursele de dislocare în boabele învecinate.
Valoarea lui σ i depinde de forța Peierls-Nabarro și de obstacolele din calea alunecării dislocațiilor (alte dislocații, atomi străini, particule din faza a doua etc.). Astfel, σ i - „stresul de frecare” - compensează forțele pe care dislocațiile trebuie să le depășească atunci când se deplasează în interiorul bobului. Pentru a determina experimental σ i, puteți utiliza diagrama de tracțiune primară: valoarea lui σ i corespunde punctului de intersecție al curbei de tracțiune extrapolat în regiunea de deformații mici dincolo de zona de curgere cu secțiunea dreaptă a acestei curbe (Fig. 2.49, A). Această metodă de estimare a σ i se bazează pe ideea că aria ius Diagramele de tracțiune sunt rezultatul naturii policristaline a probei întinse; dacă ar fi un singur cristal, atunci curgerea de plastic ar începe la punctul i .
Figura 2.49. Determinarea tensiunii de curgere σ i din diagrama de tracțiune (a) și a dependenței limitei de curgere mai scăzută de dimensiunea granulelor (b).
A doua modalitate de a determina σ i este de a extrapola linia dreaptă σ așa-numita - d -½ la valoare d -½ = 0 (vezi Fig. 2.49, b). Aici se presupune direct că σ i este limita de curgere a unui singur cristal cu aceeași structură intragranulară ca și policristalele.
Parametru K y caracterizează panta dreptei σ t - d- ½. Potrivit lui Cottrell,
K y = σ d(2l) ½,
unde σ d tensiunea necesară pentru a debloca dislocațiile dintr-un bob adiacent (de exemplu, separarea de atmosfera de impurități sau de limita de grăunte); l- distanta de la limita de cereale pana la cea mai apropiata sursa de dislocare.
Prin urmare, K y determină dificultatea transferului deformării de la bob la bob.
Efectul curgerii bruște depinde de temperatura de testare. Modificarea acesteia afectează atât înălțimea dintelui de curgere, lungimea platformei, cât și, cel mai important, valoarea limitei de curgere (fizică) inferioară. Pe măsură ce temperatura testului crește, înălțimea dintelui și lungimea platoului de randament scad de obicei. Acest efect, în special, se manifestă în timpul tensiunii metalelor bcc. Excepție fac aliajele și intervalele de temperatură în care încălzirea duce la blocarea crescută a dislocațiilor sau dificultăți în generarea lor (de exemplu, în timpul îmbătrânirii sau comenzii).
Limita de curgere mai scăzută scade în special la temperaturi când gradul de blocare a dislocării se modifică semnificativ. În metalele bcc, de exemplu, o dependență accentuată de temperatură a σ t.n este observată sub 0,2 T pl, care este tocmai ceea ce determină tendința lor de a se rupe fragile la temperaturi scăzute (vezi secțiunea 2.4). Inevitabilitatea dependenței de temperatură a lui σ tn rezultă din semnificația fizică a componentelor sale. Într-adevăr, σ i ar trebui să depindă de temperatură, deoarece tensiunile necesare pentru a depăși forțele de frecare scad odată cu creșterea temperaturii din cauza ușurinței de ocolire a barierelor prin alunecare laterală și târâre. Gradul de blocare a luxațiilor, care determină valoarea K yși, prin urmare, termenul K y d -½în formula (2.15), ar trebui, de asemenea, să scadă odată cu încălzirea. De exemplu, în metalele bcc acest lucru se datorează estompării atmosferelor de impurități deja la temperaturi scăzute din cauza mobilității mari de difuzie a impurităților interstițiale.
Limita de curgere nominală depinde de obicei mai puțin de temperatură, deși scade în mod natural atunci când metalele pure și aliajele sunt încălzite, în care nu au loc transformări de fază în timpul testării. Dacă au loc astfel de transformări (în special îmbătrânirea), atunci natura modificării limitei de curgere odată cu creșterea temperaturii devine ambiguă. În funcție de modificările structurii, aici este posibilă o scădere sau o creștere, precum și o dependență complexă de temperatură. De exemplu, o creștere a temperaturii de întindere a unui aliaj preîntărit - o soluție solidă suprasaturată - duce inițial la o creștere a limitei de curgere până la un anumit maxim, corespunzător celui mai mare număr de precipitații coerente dispersate ale produselor de descompunere ale soluția solidă care apare în timpul procesului de testare și cu o creștere suplimentară a temperaturii σ 0,2 va scădea din cauza pierderii coerenței particulelor cu matricea și coagulării acestora.
Rezistență la tracțiune. După trecerea punctului sÎn diagrama de tracțiune (vezi Fig. 2.45), proba suferă o deformare plastică intensă, care a fost discutată anterior în detaliu. Până la punctul „c”, partea de lucru a probei își păstrează forma inițială. Alungirea aici este distribuită uniform pe lungimea efectivă. În punctul „în ” această macro-uniformitate a deformării plastice este perturbată. Într-o parte a eșantionului, de obicei lângă dispozitivul de creștere a tensiunii, care era deja în starea inițială sau s-a format în timpul tensiunii (cel mai adesea la mijlocul lungimii calculate), începe localizarea deformării. Ea corespunde unei îngustări locale a secțiunii transversale a probei - formarea unui gât.
Posibilitatea unei deformări uniforme semnificative și a „întârzierii” momentului începerii formării gâtului în materialele plastice se datorează întăririi la deformare. Dacă nu ar fi acolo, atunci gâtul ar începe să se formeze imediat după atingerea punctului de curgere. În stadiul de deformare uniformă, creșterea tensiunii de curgere din cauza călirii prin deformare este complet compensată de alungirea și îngustarea părții calculate a probei. Când creșterea tensiunii din cauza scăderii secțiunii transversale devine mai mare decât creșterea tensiunii din cauza călirii prin deformare, uniformitatea deformării este perturbată și se formează un gât.
Gâtul se dezvoltă din punctul „b” până la distrugerea punctului k(vezi Fig. 2.45), în același timp, forța care acționează asupra probei scade. La sarcina maxima ( P c, Fig. 2.44, 2.45) pe diagrama primară de tracțiune se calculează rezistență temporară(adesea numit rezistență la tracțiune sau rezistența la tracțiune condiționată)
σ în = P b /F 0 .
Pentru materialele care se prăbușesc odată cu formarea unui gât, σ in este efortul condiționat care caracterizează rezistența la deformarea uniformă maximă.
Rezistența finală a unor astfel de materiale σ nu determină. Acest lucru se datorează a două motive. În primul rând, σ este semnificativ mai mică decât tensiunea reală Sîn, acționând în eșantion în momentul atingerii punctului „c” . În acest moment, alungirea relativă a atins deja 10-30%, aria secțiunii transversale a probei F V „F 0 . De aceea
S V =P V /F V > σ în = P V / F 0 .
Dar așa-zisul adevărat punct de rupere S De asemenea, c nu poate servi ca o caracteristică a rezistenței finale, deoarece dincolo de punctul „c” din diagrama de tracțiune (vezi Fig. 2.45), adevărata rezistență la deformare continuă să crească, deși forța scade. Cert este că acest efort pe un site în k este concentrat pe secțiunea transversală minimă a probei în gât, iar aria sa scade mai repede decât forța.
Figura 2. 50- Diagrama efortului de tracțiune adevărat
Dacă rearanjam diagrama tensiunii primare în coordonate S-e sau S-Ψ(Fig. 2.50), atunci rezultă că S creste continuu cu deformarea pana in momentul distrugerii. Curba din fig. 2.50. permite o analiză riguroasă a proprietăților de întărire și rezistență la tracțiune. Diagrama de tensiuni adevărate (vezi Fig. 2.50) pentru materialele care nu reușesc să formeze un gât are o serie de proprietăți interesante. În special, continuarea secțiunii drepte a diagramei dincolo de punctul „c” până la intersecția cu axa tensiunii ne permite să estimăm aproximativ valoarea lui σ in și extrapolarea secțiunii drepte la punctul c, corespunzător lui Ψ = 1 (100%) dă S c= 2S V.
Diagrama din fig. 2.50 este diferit din punct de vedere calitativ de curbele de călire prin deformare considerate anterior, întrucât la analizarea acestora din urmă am discutat doar stadiul deformarii uniforme, la care se păstrează modelul de tensiune uniaxial, adică. Anterior, au fost analizate diagrame ale tensiunilor reale corespunzătoare curbelor de tip II.
În fig. 2.50 este clar că S in si mai ales σ in este mult mai mica adevărată rezistență la rupere (Sk =Pk/Fk) definită ca raportul dintre forța în momentul defecțiunii și aria secțiunii transversale maxime a probei în punctul de defectare Fk. S-ar părea că amploarea S k este cea mai bună caracteristică a rezistenței finale a unui material. Dar este și condiționat. Calcul S k presupune că în momentul defectării operează o schemă de tensiune uniaxială în gât, deși de fapt acolo apare o stare de tensiune volumetrică, care, în general, nu poate fi caracterizată printr-o singură tensiune normală (de aceea deformarea concentrată nu este luată în considerare în teoriile călirii prin deformare). sub tensiune uniaxiala). De fapt, S k determină doar o anumită tensiune longitudinală medie în momentul distrugerii.
Semnificația și semnificația rezistenței temporare, precum și S in si S k se modifică semnificativ la trecerea de la diagrama de tensiune considerată (vezi Fig. 2.44, III) la primele două (vezi Fig. 2.44, I, II). În absența deformării plastice (vezi Fig. 2.44, eu) σ în ≈ Sîn ≈ S k. În acest caz, sarcina maximă înainte de defecțiune este P c determină așa-numita rezistență reală la rupere sau rezistența la fragilitate a materialului. Aici σ nu mai este o caracteristică condiționată, ci o caracteristică care are o anumită semnificație fizică, determinată de natura materialului și de condițiile ruperii fragile.
Pentru materialele cu ductilitate relativ scăzută care dau curba efort-deformare prezentată în Fig. 2.44, II, σ in este stresul condiționat în momentul distrugerii. Aici S V = S kși caracterizează destul de strict rezistența finală a materialului, deoarece proba este deformată uniform în condiții de tensiune uniaxială până la rupere. Diferența dintre valorile absolute ale lui σ în și S depinde de alungirea înainte de rupere nu există o relație directă proporțională între ele.
Astfel, în funcție de tipul și chiar de caracteristicile cantitative ale diagramelor de tensiune de un tip, semnificația fizică a lui σ în, S in si S k se poate schimba semnificativ și uneori fundamental. Toate aceste tensiuni sunt adesea clasificate ca caracteristici ale rezistenței finale sau ale rezistenței la rupere, deși într-un număr de cazuri importante σ în și S de fapt, ele determină rezistența la deformare plastică semnificativă, și nu la distrugere. Prin urmare, când se compară σ în, S in si S k diferite metale și aliaje, trebuie întotdeauna să se țină cont de semnificația specifică a acestor proprietăți pentru fiecare material, în funcție de tipul diagramei tensiuni-deformații ale acestuia.
Formulele derivate în § 2.13 sunt valabile numai atunci când tensiunile din material cauzate de forța critică nu depășesc limita de proporționalitate, adică. când Aceasta rezultă din faptul că derivarea formulelor se bazează pe ecuația diferențială a unei linii elastice, care poate fi utilizată numai în limitele de aplicabilitate ale legii lui Hooke.
Înlocuim valoarea lui okr în condiția okrapt conform formulei (13.13):
Din această ecuație
(14.13)
Partea dreaptă a expresiei (14.13) reprezintă cea mai mică valoare a flexibilității tijei la care formula lui Euler este încă aplicabilă - aceasta este așa-numita flexibilitate finală:
Flexibilitatea maximă depinde numai de proprietățile fizice și mecanice ale materialului tijei - modulul său de elasticitate și limita de proporționalitate.
Condiția (14.13) pentru aplicabilitatea formulelor lui Euler ținând cont de expresia (15.13) poate fi reprezentată ca
Deci, formula lui Euler pentru determinarea forței critice a unei tije comprimate este aplicabilă cu condiția ca flexibilitatea acesteia să fie mai mare decât maximul.
Oferim valoare pentru diverse materiale.
Pentru oțel și deci
Pentru lemn pentru fontă Pentru oțel cu valoare crescută, flexibilitatea finală scade conform expresiei (15.13). În special, pentru unele clase de oțel aliat.
Când flexibilitatea tijei este mai mică decât maximul, efortul critic, dacă este determinat de formula Euler, este mai mare decât limita de proporționalitate sgpc. Deci, de exemplu, cu flexibilitatea unei tije de oțel (din oțel) conform formulei (13.13)
acestea. valoarea este semnificativ mai mare nu numai decât limita de proporționalitate, ci și limita de curgere și rezistența la tracțiune (rezistența la tracțiune).
Forțele critice reale și tensiunile critice pentru tijele a căror flexibilitate este sub limită sunt semnificativ mai mici decât valorile determinate de formula lui Euler. Pentru astfel de tije, tensiunile critice sunt determinate folosind formule empirice.
Profesorul Institutului de Ingineri Feroviari din Sankt Petersburg F. S. Yasinsky a propus o formulă empirică pentru tensiunile critice pentru tijele cu flexibilitate R mai mică decât maximul
(17.13)
unde a și b sunt coeficienți determinați experimental care depind de proprietățile materialului. De exemplu, pentru oțel
Formula (17.13) este aplicabilă pentru tijele din oțel cu conținut scăzut de carbon în flexibilitate, tensiunea este considerată aproximativ constantă și egală cu limita de curgere.
La derivarea formulei lui Euler, s-a presupus că tensiunile centrale de compresiune care apar în secțiunile transversale ale tijei din acțiunea forței critice a cr = R/F, nu depășiți limita de proporționalitate a materialului despre pc. Dacă această condiție nu este îndeplinită, atunci când se determină forța critică nu se poate folosi legea lui Hooke, în ipoteza căreia a fost obținută ecuația diferențială inițială (13.2). Prin urmare, condiție pentru aplicabilitatea formulei lui Eulerîn cazul general are forma
Să notăm cu A valoarea flexibilității la care a ko = o pi:
Atunci condiția de aplicabilitate a formulei lui Euler (13.16) poate fi reprezentată sub forma
Se numește cantitatea determinată de formula (13.17). flexibilitate extremă. Sunt numite tije pentru care condiția (13.18) este îndeplinită tije foarte flexibile.
După cum se poate observa din formula (13.17), flexibilitatea finală depinde de proprietățile materialului: modulul elastic și limita de proporționalitate. Din moment ce pentru otel E= 2,1 10 5 MPa, atunci A depinde de valoarea o pc, adică de calitatea oțelului. De exemplu, pentru unele oțeluri de calitate VStZ care sunt comune în structurile de construcții, valoarea o p este 200n-210 MPa, iar conform formulei (13.17) rezultă Aj = 100. Astfel, pentru oțelurile din clasele indicate, condiția pentru se poate lua în considerare aplicabilitatea formulei Euler
Valoarea maximă de flexibilitate pentru un arbore poate fi luată ca Aj = 70; pentru fontă = 80.
Determinarea teoretică a sarcinilor critice la solicitări care depășesc limita de proporționalitate a materialului este destul de dificilă. În același timp, există un număr mare de studii experimentale privind stabilitatea tijelor care funcționează dincolo de limita de proporționalitate a materialului. Aceste studii au arătat că la un cr o pc există o discrepanță semnificativă între valorile experimentale și teoretice ale forțelor critice calculate folosind formula Euler. În acest caz, formula lui Euler oferă întotdeauna o valoare supraestimată a forței critice.
Pe baza datelor experimentale, diverși autori au propus formule empirice pentru calcularea tensiunilor critice dincolo de limita de proporționalitate a materialului. Cel mai simplu este dependență liniară, propus la începutul secolului XX de omul de știință german L. Tetmeier și independent de acesta de profesorul Institutului de Ingineri de Transport din Sankt Petersburg F.S. Yasinsky:
Unde AȘi b- coeficienți empirici care depind de proprietățile materialului tijei și au dimensiunea tensiunii.
Pentru oțel de calitate VStZ cu o limită de proporționalitate a pc = 200 MPa și o limită de curgere a t = 240 MPa, s-a obținut A= 310 MPa, b= 1,14 MPa.
Pentru unele materiale Sunt utilizate dependențe neliniare X. Deci, de exemplu, pentru lemn (pin, molid, zada) cu X
Pentru fontă la X
Formula Tetmyer-Jasinski (13.20) poate fi utilizată cu condiția ca tensiunile critice calculate folosind această formulă să nu depășească limita de curgere o m pentru un material plastic și rezistența la compresiune o vs pentru un material fragil. Notând în formula (13.20) prin X 2 valoarea flexibilității la care a = A pentru ductil sau o = a pentru fragil
cr t cr soare
materialul poate fi scris condiția de aplicabilitate Formule Tetmeier-Jasinski în formă
unde A se determină prin formula (13.17).
Se numesc tije pentru care condiția (13.23) este îndeplinită tije de flexibilitate medie.
Ținând cont de valorile de mai sus o m,ii1) pentru oțel de calitate VStZ folosind formula (13.20) obținem X 2 ~ 60, iar condiția (13.23) va lua următoarea formă
Tije care X sunt numite tije cu flexibilitate redusă. Ele se pot prăbuși nu ca urmare a pierderii stabilității, ci ca urmare a pierderii rezistenței sub compresie centrală. În acest caz, pentru tijele cu flexibilitate scăzută din materiale ductile și casante, ar trebui să se ia în consecință
În fig. Figura 13.8 prezintă un grafic al dependenței tensiunilor critice de flexibilitate pentru calitatea de oțel VStZ cu o limită de proporționalitate a pc = 200 MPa și o limită de curgere a t = 240 MPa. La X> 100 grafic o OH) reprezentată de hiperbola lui Euler LV,
la 60 X î.Hr., la 0 X 60 - linie orizontală CD. Pentru valori X 100 Hiperbola lui Euler este prezentată sub formă de linie punctată. Din acest grafic este clar că pentru tijele de flexibilitate medie și scăzută, formula Euler oferă valori foarte supraestimate ale tensiunilor critice.
Pentru tijele din material plastic la solicitări critice st, X, valoarea lui st poate fi determinată și folosind dependența pătratică
unde A,j este flexibilitatea maximă, determinată de formula (13.17). Graficul dependenței date este prezentat în Fig. 13,8 curba BC(D, care se abate ușor de la linia întreruptă BCD.
Modulul de elasticitate al primului felul (E) - o constantă fizică a materialului, determinată prin experiment și fiind un coeficient de proporționalitate între tensiuni și deformații:
σ = εE.
Modulul de elasticitate poate fi determinat prin măsurarea probei cu un extensometru (metoda de calcul) sau grafic folosind secțiunea inițială a diagramei efort-deformație.
Metoda de calcul. Eșantionul este încărcat în pași egali cu o sarcină corespunzătoare unei tensiuni egale cu 70-80% din σ pts așteptați. Amploarea etapei de încărcare ar trebui să fie de 5-10% din cea așteptată σ pc. Pe baza rezultatelor testului, se determină creșterea medie în alungire a probei ∆l cp pe treaptă de încărcare ∆Р.
Metoda grafică. Înregistrați diagrama de încărcare a probei în coordonatele „încărcare (ordonată) - deformare (abscisă)”. ∆P și ∆l cp se determină din diagrama din secțiunea de la sarcina P 0 la sarcina corespunzătoare unei tensiuni egale cu 70-80% din σ pc așteptat.
Modul elastic calculate prin formula
Standardele reglementează, de asemenea, determinarea alungirii relative uniforme δ P, lungimea finală de proiectare a probei l K, alungirea relativă a probei după ruptură δ, îngustarea relativă ψ .
Limită de proporționalitateσ pts - tensiunea cea mai mare până la care materialul urmează legea lui Hooke, poate fi determinată prin metode de calcul sau grafice.
Prin metoda de calcul determinat fie folosind un dispozitiv oglindă cu încărcare secvenţială a probei. Încărcarea se efectuează mai întâi în pași mari, iar apoi la o tensiune de 0,65-0,8 din σ pt determinat - în pași mici. R pc se determină la o abatere specificată a deformației de la legea proporționalității, înregistrată de citirile extensometrului.
Grafic R pc se determină din diagrama de tracțiune a mașinii.
De la originea coordonatelor (Fig. 2.7) trageți o linie dreaptă care coincide cu secțiunea liniară inițială a diagramei de tensiune.
La un nivel de sarcină arbitrar, trageți o dreaptă AB paralelă cu axa absciselor, iar pe această linie dreaptă se întinde un segment kn egal cu jumătate din segmentul mk. O linie dreaptă On este trasată prin punctul n și originea coordonatelor și o tangentă CD la diagrama tensiunii este trasată paralel cu aceasta. Punctul de contact determină sarcina necesară R pc.
Fig.2.7. Metode grafice pentru determinarea limitei de proporționalitate folosind o diagramă de tracțiune
Limită de proporționalitate calculate prin formula
Limită elasticăσ 0,05 este cea mai mare tensiune până la care materialul nu primește deformare reziduală. Deoarece deformațiile plastice în cristale individuale apar deja în stadiul foarte incipient al încărcării, valoarea limitei elastice (precum și σ pc) depinde de cerințele de precizie care sunt impuse măsurătorilor efectuate.
Metoda de calcul . Proba este încărcată la o valoare de două ori mai mare decât cea inițială P 0 , iar după ce se menține timp de 5-7 s este descărcată la P 0 . Proba este apoi încărcată la o valoare corespunzătoare la 70-80% din σ 0,05 așteptat. Încărcarea ulterioară se efectuează în etape cu un timp de menținere de 5-7 s la fiecare pas și descărcarea ulterioară la P 0 cu măsurarea alungirii reziduale. Testele sunt oprite dacă alungirea permanentă depășește toleranța specificată. Pe baza rezultatelor testului, se determină sarcina P 0,05
Metoda grafică , σ 0,05 se determină din secțiunea inițială a diagramei sarcină-deformare (Fig. 2.8). Elongațiile sunt determinate într-o secțiune egală cu baza deformatorului.
Pentru a determina P 0,05, valoarea corespunzătoare a alungirii reziduale este calculată ținând cont de baza deformatorului. Valoarea găsită este mărită proporțional cu scara diagramei de-a lungul axei de deformare; segmentul lungimii rezultate 0E este trasat de-a lungul axei x la dreapta originii coordonatelor 0. Din punctul E se trasează o dreaptă EP paralelă cu dreapta 0A. Punctul de intersecție P cu diagrama de tracțiune determină sarcina P 0,05.
Limită elastică calculează folosind formula
Fig.2.8. Determinarea limitei elastice
Limita de curgere fizicăσ t, limita de curgere superioară σ tv și limita de curgere inferioară σ tn sunt determinate din diagrama de tracțiune.
Rata deformării relative la locul de curgere este stabilită în intervalul 0,00025-0,0025 s -1. Dacă o astfel de viteză la locul de producție nu poate fi stabilită, atunci înainte de începerea randamentului, setați rata de încărcare de la 1 la 30 MPa/s.
Este posibil să se determine sarcina Pt printr-o oprire clar exprimată a acului contorului de forță al mașinii, cauzată de alungirea probei fără o creștere vizibilă a sarcinii.
Limite de randament calculate prin formula
În cazurile în care diagrama nu are un platou de curgere clar exprimat (sau un efect de tranziție inițial clar exprimat), tensiunea de curgere este considerată convențional ca fiind valoarea tensiunii la care deformația reziduală σ rest = 0,002 sau 0,2%.
Limita de curgere condiționatăσ 0,2 poate fi determinat prin calcul sau grafic.
Metoda de calcul.σ 0,2 se determină în mod similar cu metoda de calcul pentru determinarea limitei elastice σ 0,05.
Metoda grafică. σ 0,2 - determinată similar cu metoda grafică de determinare a σ 0,05, în punctul de intersecție cu curba de întindere a dreptei KL, paralelă cu secțiunea inițială a curbei și distanțată orizontal de aceasta la o distanță de 0K = 0,2 ( 1 o / 100) în conformitate cu toleranța acceptată (Fig. 2.9).
Orez. 2.9. Determinarea limitei de curgere σ 0,2 din diagrama de tracțiune
Limita de curgere condiționată poate fi determinată grafic dintr-o diagramă scrisă pe o scară pe o mașină, dacă scara aparatului său de diagramă de-a lungul axei de deformare este de cel puțin 50:1.
Când se determină σ 0,2, viteza de încărcare ar trebui să fie de la 1 la 30 MPa/s. Limita de curgere condiționată calculate prin formula
Rezistenta temporara σ in (rezistență la tracțiune). Pentru a determina σв, proba este întinsă sub acțiunea unei sarcini care crește treptat până la defectare. Cea mai mare sarcină premergătoare distrugerii probei, P m ax, corespunde rezistenței temporare.
Rezistenta temporara calculate prin formula
Pentru materialele plastice, caracteristica rezistenței la rupere a unei probe netede sub tensiune este rezistența reală la rupere - adevărată rezistență la tracțiune S k
unde F k este aria secțiunii transversale în punctul de distrugere; P k - forța în momentul distrugerii;
Natura distrugerii determinată de tipul de fractură a probei (Fig. 2.10).
Metalele se caracterizează prin ductilitate ridicată, conductivitate termică și electrică. Au un luciu metalic caracteristic.
Aproximativ 80 de elemente din tabelul periodic al D.I au proprietăți ale metalelor. Mendeleev. Pentru metale, precum și pentru aliajele metalice, în special cele structurale, proprietățile mecanice sunt de mare importanță, principalele fiind rezistența, ductilitatea, duritatea și rezistența la impact.
Sub influența unei sarcini externe, stresul și deformarea apar într-un corp solid. raportat la aria secțiunii transversale inițiale a probei.
Deformare - aceasta este o schimbare a formei și dimensiunii unui corp solid sub influența forțelor externe sau ca urmare a proceselor fizice care au loc în corp în timpul transformărilor de fază, contracției etc. Deformarea poate fi elastic(dispare după ce sarcina este îndepărtată) și plastic(rămâne după ce sarcina este îndepărtată). Cu o sarcină din ce în ce mai mare, deformarea elastică, de regulă, se transformă în plastic, apoi proba se prăbușește.
În funcție de metoda de aplicare a sarcinii, metodele de testare a proprietăților mecanice ale metalelor, aliajelor și altor materiale sunt împărțite în statice, dinamice și alternante.
Putere - capacitatea metalelor de a rezista la deformare sau distrugere sub sarcini statice, dinamice sau alternante. Rezistența metalelor la sarcini statice este testată la tracțiune, compresie, încovoiere și torsiune. Încercarea de tracțiune este obligatorie. Rezistența la sarcini dinamice se evaluează prin rezistența specifică la impact, iar la sarcini alternative - prin rezistența la oboseală.
Pentru a determina rezistența, elasticitatea și ductilitatea, metalele sub formă de probe rotunde sau plate sunt testate pentru tensiune statică. Testele sunt efectuate pe mașini de încercare la tracțiune. În urma încercărilor se obține o diagramă de tracțiune (Fig. 3.1) . Axa de abscisă a acestei diagrame arată valorile deformarii, iar axa ordonatelor arată valorile tensiunii aplicate probei.
Graficul arată că oricât de mică este solicitarea aplicată, aceasta provoacă deformare, iar deformațiile inițiale sunt întotdeauna elastice, iar magnitudinea lor este direct dependentă de efort. Pe curba prezentată în diagramă (Fig. 3.1), deformarea elastică este caracterizată de linie OA si continuarea ei.
Orez. 3.1. Curba de deformare
Deasupra punctului A proporționalitatea dintre stres și deformare este încălcată. Tensiunea cauzează nu numai deformare elastică, ci și reziduală, plastică. Valoarea sa este egală cu segmentul orizontal de la linia întreruptă la curba continuă.
În timpul deformării elastice sub influența unei forțe externe, distanța dintre atomi din rețeaua cristalină se modifică. Îndepărtarea sarcinii elimină cauza care a determinat modificarea distanței interatomice, atomii revin la locurile lor inițiale și deformația dispare.
Deformarea plastică este un proces complet diferit, mult mai complex. În timpul deformării plastice, o parte a cristalului se mișcă față de alta. Dacă sarcina este îndepărtată, partea deplasată a cristalului nu se va întoarce la locația inițială; deformarea va persista. Aceste schimbări sunt evidențiate de examinarea microstructurală. În plus, deformarea plastică este însoțită de zdrobirea blocurilor de mozaic în interiorul boabelor, iar la grade semnificative de deformare, se observă și o schimbare vizibilă a formei boabelor și a amplasării acestora în spațiu, iar între boabe apar goluri (pori). (uneori în interiorul boabelor).
Dependență reprezentată OAV(vezi Fig. 3.1) între tensiunea aplicată extern ( σ ) și deformarea relativă cauzată de aceasta ( ε ) caracterizează proprietăţile mecanice ale metalelor.
· panta dreaptă OA spectacole duritatea metalului, sau o caracteristică a modului în care o sarcină aplicată din exterior modifică distanțele interatomice, care, într-o primă aproximare, caracterizează forțele de atracție interatomică;
· tangenta unghiului de înclinare a dreptei OA proporțional cu modulul elastic (E), care este numeric egal cu câtul efortului împărțit la deformarea elastică relativă:
tensiune, care se numește limita de proporționalitate ( σ pc), corespunde momentului de apariție a deformării plastice. Cu cât metoda de măsurare a deformării este mai precisă, cu atât punctul se află mai jos A;
· în măsurătorile tehnice o caracteristică numită puterea de curgere (σ 0,2). Aceasta este o solicitare care determină o deformare reziduală egală cu 0,2% din lungimea sau altă dimensiune a probei sau a produsului;
tensiune maxima ( σ c) corespunde tensiunii maxime realizate în timpul tensiunii și se numește rezistență temporară sau rezistență la tracțiune .
O altă caracteristică a materialului este cantitatea de deformare plastică care precede ruptura și este definită ca o modificare relativă a lungimii (sau a secțiunii transversale) - așa-numita extensie relativă (δ ) sau îngustare relativă (ψ ), ele caracterizează plasticitatea metalului. Zona sub curbă OAV proporțional cu munca care trebuie cheltuită pentru distrugerea metalului. Acest indicator, determinat în diverse moduri (în principal prin lovirea unei probe tăiate), caracterizează viscozitate metal
Când o probă este întinsă până la punctul de rupere, relațiile dintre forța aplicată și alungirea probei sunt înregistrate grafic (Fig. 3.2), rezultând așa-numitele diagrame de deformare.
Orez. 3.2. Diagrama "forță (tensiune) - alungire"
Deformarea probei atunci când aliajul este încărcat este mai întâi macroelastică, iar apoi treptat și în granule diferite sub sarcini inegale se transformă în plastic, având loc prin forfecare prin mecanismul de dislocare. Acumularea de dislocări ca urmare a deformării duce la întărirea metalului, dar atunci când densitatea lor este semnificativă, în special în zone individuale, apar centre de distrugere, ducând în cele din urmă la distrugerea completă a probei în ansamblu.
Rezistența în timpul încercării la tracțiune este evaluată prin următoarele caracteristici:
1) rezistența la tracțiune;
2) limita de proporționalitate;
3) limita de curgere;
4) limita elastica;
5) modulul elastic;
6) limita de curgere;
7) alungirea relativă;
8) alungire uniformă relativă;
9) îngustare relativă după ruptură.
Rezistență la tracțiune (rezistența la tracțiune sau rezistența la tracțiune) σ în, este tensiunea corespunzătoare sarcinii celei mai mari R Vînainte de distrugerea probei:
σ în = P în /F 0,
Această caracteristică este obligatorie pentru metale.
Limită de proporționalitate (σ pc) – aceasta este tensiunea condiționată R pc, la care începe abaterea de la dependența proporțională a punții dintre deformare și sarcină. Este egal cu:
σ pc = P pc /F 0.
Valori σ pc se măsoară în kgf/mm 2 sau în MPa .
Rezistenta la curgere (σ t) este tensiunea ( R T) în care proba se deformează (curge) fără o creștere vizibilă a sarcinii. Calculat prin formula:
σ t = R T / F 0 .
Limită elastică (σ 0,05) este solicitarea la care alungirea reziduală atinge 0,05% din lungimea secțiunii părții de lucru a probei, egală cu baza extensometrului. Limită elastică σ 0,05 se calculează folosind formula:
σ 0,05 = P 0,05 /F 0 .
Modul elastic (E) – raportul dintre creșterea tensiunii și creșterea corespunzătoare a alungirii în limitele deformației elastice. Este egal cu:
E = Pl 0 /l medie F 0 ,
Unde ∆Р– creșterea sarcinii; l 0– lungimea inițială calculată a probei; m-am căsătorit– increment mediu de alungire; F 0 – aria secțiunii transversale inițiale.
Rezistenta la curgere
(condiţional)
– efort la care alungirea reziduală atinge 0,2% din lungimea secțiunii de probă pe partea sa de lucru, a cărei alungire este luată în considerare la determinarea caracteristicii specificate.
Calculat prin formula:
σ 0,2 = P 0,2 /F 0 .
Limita de curgere condiționată este determinată numai dacă nu există un platou de curgere pe diagrama de tracțiune.
Extensie relativă (dupa despartire) – una dintre caracteristicile plasticității materialelor, egală cu raportul de creștere a lungimii calculate a probei după distrugere ( eu să) la lungimea efectivă inițială ( l 0) în procente:
Alungire uniformă relativă (δ р)– raportul dintre creșterea lungimii secțiunilor din partea de lucru a probei după rupere și lungimea înainte de încercare, exprimat în procente.
Îngustare relativă după ruptură (ψ ), precum și alungirea relativă, este o caracteristică a plasticității materialului. Definit ca raportul de diferență F 0 și minim ( F la) aria secțiunii transversale a probei după distrugerea în zona secțiunii transversale inițiale ( F 0), exprimată în procente:
Elasticitate – proprietatea metalelor de a-și restabili forma anterioară după îndepărtarea forțelor externe care provoacă deformare. Elasticitatea este proprietatea opusă a plasticității.
Foarte des, pentru a determina rezistența, se folosește o metodă simplă, nedistructivă, simplificată - măsurarea durității.
Sub duritate materialul este înțeles ca rezistență la pătrunderea unui corp străin în el, adică, de fapt, duritatea caracterizează și rezistența la deformare. Există multe metode pentru determinarea durității. Cel mai comun este metoda Brinell (Fig. 3.3, a), când corpul de încercare este supus forței R o minge cu un diametru de D. Numărul durității Brinell (HH) este sarcina ( R), împărțit la aria suprafeței sferice a imprimării (diametrul d).
Orez. 3.3. Test de duritate:
a – după Brinell; b – conform lui Rockwell; c – conform lui Vickers
La măsurarea durității metoda Vickers (Fig. 3.3, b) piramida de diamant este presată înăuntru. Măsurând diagonala imprimării ( d), judecați duritatea (HV) materialului.
La măsurarea durității metoda Rockwell (Fig. 3.3, c) indentatorul este un con de diamant (uneori o mică bilă de oțel). Numărul durității este inversul adâncimii de adâncime ( h). Există trei scale: A, B, C (Tabelul 3.1).
|
Metodele la scară Brinell și Rockwell B sunt utilizate pentru materiale moi, metoda la scară Rockwell C pentru materiale dure și metoda la scară Rockwell A și metoda Vickers pentru straturi subțiri (foi). Metodele descrise pentru măsurarea durității caracterizează duritatea medie a aliajului. Pentru a determina duritatea componentelor structurale individuale ale aliajului, este necesar să se localizeze brusc deformarea, să se apasă piramida de diamant într-un anumit loc, aflat pe o secțiune subțire la o mărire de 100 - 400 de ori sub o sarcină foarte mică. (de la 1 la 100 gf), urmată de măsurarea diagonalei indentării la microscop. Caracteristica rezultată ( N) se numește microduritate , și caracterizează duritatea unei anumite componente structurale.
Tabelul 3.1 Condiții de testare la măsurarea durității folosind metoda Rockwell
Condiții de test |
Denumirea t fermitate |
|
R= 150 kgf |
||
Când este testat prin con de diamant și sarcină R= 60 kgf |
||
La apăsarea bilei de oțel și la încărcare R= 100 kgf |
Valoarea HB se măsoară în kgf/mm 2 (în acest caz, unitățile nu sunt adesea indicate) sau în SI - în MPa (1 kgf/mm 2 = 10 MPa).
Viscozitate – capacitatea metalelor de a rezista la sarcini de impact. Vâscozitatea este proprietatea opusă a fragilității. În timpul funcționării, multe piese suferă nu numai sarcini statice, ci sunt supuse și sarcinilor de șoc (dinamice). De exemplu, astfel de sarcini sunt experimentate de roțile locomotivelor și ale vagoanelor la îmbinările șinelor.
Principalul tip de teste dinamice este încărcarea la impact a probelor crestate în condiții de încovoiere. Încărcarea dinamică cu impact se efectuează atât pe șoferele cu impact cu pendul (Fig. 3.4), cât și cu o sarcină în cădere. În acest caz, se determină munca depusă pentru deformarea și distrugerea probei.
În mod obișnuit, în aceste teste, se determină munca specifică cheltuită pentru deformarea și distrugerea probei. Se calculează folosind formula:
KS =K/ S 0 ,
Unde KS– munca specifica; LA– munca totala de deformare si distrugere a probei, J; S 0– secțiunea transversală a probei la locul inciziei, m 2 sau cm 2.
Orez. 3.4. Testarea impactului folosind un tester de impact cu pendul
Lățimea tuturor tipurilor de eșantioane este măsurată înainte de testare. Înălțimea probelor cu o crestătură în formă de U și V este măsurată înainte de testare și cu o crestătură în formă de T după testare. În consecință, munca specifică de deformare a ruperii este notă cu KCU, KCV și KST.
Fragilitate metalele la temperaturi scăzute se numesc fragilitate la rece . Valoarea rezistenței la impact este semnificativ mai mică decât la temperatura camerei.
O altă caracteristică a proprietăților mecanice ale materialelor este rezistența la oboseală. Unele părți (arbori, biele, arcuri, arcuri, șine etc.) în timpul funcționării suferă sarcini care se modifică în mărime sau simultan în mărime și direcție (semn). Sub influența unor astfel de sarcini alternative (vibrații), metalul pare să obosească, rezistența sa scade și piesa este distrusă. Acest fenomen se numește obosit metal, iar fracturile rezultate sunt oboseala. Pentru astfel de detalii trebuie să știți limita de rezistenta, acestea. magnitudinea tensiunii maxime pe care o poate suporta un metal fără distrugere pentru un număr dat de modificări de sarcină (cicluri) ( N).
Rezistenta la uzura - rezistența metalelor la uzură din cauza proceselor de frecare. Aceasta este o caracteristică importantă, de exemplu, pentru materialele de contact și, în special, pentru firul de contact și elementele colectoare de curent ale colectorului de curent de transport electrificat. Uzura constă în separarea particulelor individuale de suprafața de frecare și este determinată de modificările dimensiunilor geometrice sau ale masei piesei.
Rezistența la oboseală și rezistența la uzură oferă cea mai completă imagine a durabilității pieselor din structuri, iar tenacitatea caracterizează fiabilitatea acestor piese.