Hranice ťahového diagramu úmernosti medze klzu pružnosti. Vlastnosti pevnosti v ťahu. Diagram napätia materiálu

Pri odvodzovaní Eulerovho vzorca sa predpokladalo, že centrálne tlakové napätia vznikajúce v prierezoch tyče pôsobením kritickej sily a cr = P / F, neprekračujú hranicu proporcionality materiálu o PC. Ak táto podmienka nie je splnená, nemožno pri určovaní kritickej sily použiť Hookov zákon, za predpokladu platnosti ktorého bola získaná pôvodná diferenciálna rovnica (13.2). teda podmienkou použiteľnosti Eulerovho vzorca vo všeobecnom prípade má tvar

Označme A, hodnotu flexibility, pri ktorej a ko = o pi:

Potom môže byť podmienka použiteľnosti pre Eulerov vzorec (13.16) reprezentovaná ako

Volá sa hodnota určená vzorcom (13.17). maximálna flexibilita. Vyvolajú sa tyče, pre ktoré je splnená podmienka (13.18). prúty s veľkou flexibilitou.

Ako je zrejmé zo vzorca (13.17), konečná flexibilita závisí od vlastností materiálu: od modulu pružnosti a od hranice proporcionality. Keďže pre oceľ E\u003d 2,1 10 5 MPa, potom A, závisí od hodnoty o pc, to znamená od triedy ocele. Napríklad pre niektoré ocele triedy VStZ bežné v stavebných konštrukciách je hodnota o c 200n-210 MPa a podľa vzorca (13.17) sa získa Aj \u003d 100. Pre ocele týchto tried je teda podmienka pre použiteľnosť Eulerovho vzorca možno zvážiť

Limitnú hodnotu flexibility pre strom možno brať ako Aj = 70; pre liatinu = 80.

Teoretická definícia kritických zaťažení pri napätiach presahujúcich úmernú medzu materiálu je pomerne náročná. Zároveň existuje veľké množstvo experimentálnych štúdií stability tyčí pracujúcich za hranicou materiálovej proporcionality. Tieto výskumy ukázali, že na začiatku existuje významný nesúlad medzi experimentálnymi a teoretickými hodnotami kritických síl vypočítaných podľa Eulerovho vzorca. V tomto prípade Eulerov vzorec vždy dáva nadhodnotenú hodnotu kritickej sily.

Na základe experimentálnych údajov navrhli rôzni autori empirické vzorce na výpočet kritických napätí za hranicou proporcionality materiálu. Najjednoduchší je lineárna závislosť, navrhol začiatkom 20. storočia nemecký vedec L. Tetmayer a nezávisle od neho aj profesor petrohradského inštitútu železničných inžinierov F.S. Yasinsky:

Kde A A b- empirické koeficienty, ktoré závisia od vlastností materiálu tyče a majú rozmer napätia.

Pre oceľ triedy VStZ s limitom proporcionality a pc = 200 MPa a medzou klzu a t = 240 MPa, A= 310 MPa, b= 1,14 MPa.

Pre niektoré materiály s Používa sa X nelineárnych závislostí. Takže napríklad pre strom (borovica, smrek, smrekovec) s X

Pre liatinu X

Tetmayerov-Yasinskyho vzorec (13.20) možno použiť za predpokladu, že kritické napätia vypočítané z tohto vzorca nepresiahnu medzu klzu o t pre plastový materiál a konečná pevnosť v tlaku okolo slnka pre krehký materiál. Označenie vo vzorci (13.20) cez X 2 hodnota flexibility, pri ktorej a = A pre plast alebo o \u003d a pre krehké

cr t cr slnko

materiál, môžete napísať podmienka použiteľnosti Vzorce Tet-mayer-Yasinsky vo forme

kde A, je určené vzorcom (13.17).

Vyvolajú sa tyče, pre ktoré je splnená podmienka (13.23). prúty strednej pružnosti.

Vzhľadom na vyššie uvedené hodnoty o t, u1) pre oceľ triedy VStZ podľa vzorca (13.20) dostaneme X2~ 60 a podmienka (13.23) má nasledujúci tvar

Tyče, ktoré majú X sa nazývajú tyče s nízkou flexibilitou. Môžu sa zrútiť nie v dôsledku vybočenia, ale v dôsledku straty pevnosti pri centrálnom stlačení. V tomto prípade pre tyče s nízkou flexibilitou z tvárnych a krehkých materiálov by sa malo vziať, resp.

Na obr. 13.8 ukazuje graf závislosti kritických napätí od pružnosti pre VStZ oceľ s limitom proporcionality a pc \u003d 200 MPa a medzou klzu a t \u003d 240 MPa. O X Približne > 100 grafov och) reprezentovaný Eulerovou hyperbolou lv,

pri 60 X BC, pri 0 X 60 - vodorovná čiara CD. Pre hodnoty X 100 Eulerova hyperbola je znázornená bodkovanou čiarou. Z tohto grafu je vidieť, že pre prúty strednej a nízkej ohybnosti dáva Eulerov vzorec značne nadhodnotené hodnoty kritických napätí.

Pre tyče vyrobené z plastu pri kritických napätiach st, X možno hodnotu st určiť aj pomocou kvadratickej závislosti

kde A,j - konečná flexibilita určená vzorcom (13.17). Graf danej závislosti je na obr. krivka 13,8 BC(D, ktorá sa mierne odchyľuje od prerušovanej čiary BCD.

K dnešnému dňu existuje niekoľko metód na testovanie vzoriek materiálov. Zároveň jedny z najjednoduchších a najodhaliteľnejších sú ťahové (ťahové) skúšky, ktoré umožňujú určiť medzu proporcionality, medzu klzu, modul pružnosti a ďalšie dôležité charakteristiky materiálu. Keďže najdôležitejšou charakteristikou namáhaného stavu materiálu je deformácia, stanovenie hodnoty deformácie pre známe rozmery vzorky a zaťaženia pôsobiace na vzorku umožňuje stanoviť vyššie uvedené charakteristiky materiálu.

Tu môže vzniknúť otázka: prečo nie len určiť odolnosť materiálu? Faktom je, že absolútne elastické materiály, ktoré sa zrútia až po prekonaní určitej hranice – odolnosti, existujú len teoreticky. V skutočnosti má väčšina materiálov elastické aj plastické vlastnosti, aké sú tieto vlastnosti, zvážime nižšie na príklade kovov.

Ťahové skúšky kovov sa vykonávajú v súlade s GOST 1497-84. Na tento účel sa používajú štandardné vzorky. Skúšobný postup vyzerá asi takto: na vzorku sa aplikuje statické zaťaženie, určí sa absolútne predĺženie vzorky Δl, potom sa zaťaženie zvýši o nejakú skokovú hodnotu a opäť sa určí absolútne predĺženie vzorky atď. Na základe získaných údajov sa vykreslí graf predĺženia verzus zaťaženie. Tento graf sa nazýva diagram napätia.

Obrázok 318.1. Diagram napätia pre vzorku ocele.

Na tomto diagrame vidíme 5 charakteristických bodov:

1. Hranica proporcionality R p(bod A)

Normálne napätia v priereze vzorky pri dosiahnutí limitu úmernosti sa budú rovnať:

σ p \u003d P p / F o (318.2.1)

Proporcionálny limit obmedzuje oblasť elastických deformácií v diagrame. V tomto úseku sú deformácie priamo úmerné napätiam, čo vyjadruje Hookov zákon:

P p \u003d kΔl (318.2.2)

kde k je faktor tuhosti:

k = EF/l (318.2.3)

kde l je dĺžka vzorky, F je plocha prierezu, E je Youngov modul.

Modul pružnosti

Hlavnými charakteristikami elastických vlastností materiálov sú Youngov modul E (modul pružnosti prvého druhu, modul pružnosti v ťahu), modul pružnosti druhého druhu G (modul v šmyku) a Poissonov koeficient μ (koeficient priečnej deformácie).

Youngov modul E ukazuje pomer normálových napätí k relatívnym deformáciám v rámci úmernosti

Youngov modul sa tiež stanovuje empiricky pri skúšaní štandardných ťahových vzoriek. Pretože normálové napätia v materiáli sa rovnajú sile delenej počiatočnou plochou prierezu:

σ \u003d približne P / F (318.3.1), (317.2)

a relatívne predĺženie ε - pomer absolútnej deformácie k počiatočnej dĺžke

ε pr \u003d Δl / l o (318.3.2)

potom Youngov modul podľa Hookovho zákona možno vyjadriť nasledovne

E \u003d σ / ε pr \u003d Pl o / F o Δl \u003d tg α (318.3.3)

Obrázok 318.2. Diagramy napätia niektorých kovových zliatin

Poissonov pomer μ ukazuje pomer priečnych deformácií k pozdĺžnym

Pod vplyvom zaťaženia sa nielen zväčšuje dĺžka vzorky, ale aj plocha uvažovaného prierezu sa zmenšuje (za predpokladu, že objem materiálu v oblasti elastických deformácií zostáva konštantný, potom sa dĺžka zväčšuje vzorky vedie k zmenšeniu plochy prierezu). Pre vzorku s okrúhly rez, zmenu prierezovej plochy možno vyjadriť takto:

ε pop \u003d Δd / d o (318.3.4)

Potom Poissonov pomer možno vyjadriť nasledujúcou rovnicou:

μ = ε pop /ε pr (318.3.5)

Modul G v šmyku ukazuje pomer šmykového napätia T na uhol strihu

Modul pružnosti v šmyku G možno určiť empiricky pri skúšaní vzoriek na krútenie.

Pri uhlových deformáciách sa uvažovaný úsek nepohybuje lineárne, ale pod určitým uhlom - šmykovým uhlom γ k počiatočnému rezu. Pretože šmykové napätia sa rovnajú sile delenej plochou, v ktorej sila pôsobí:

T= P/F (318.3.6)

a dotyčnica uhla sklonu môže byť vyjadrená absolútnym pomerom deformácie Δl do vzdialenosti h od miesta upevnenia absolútnej deformácie po bod, okolo ktorého bola rotácia vykonaná:

tgγ = ∆l/h (318.3.7)

potom pre malé hodnoty uhla šmyku možno modul šmyku vyjadriť nasledujúcou rovnicou:

G= T/y = Ph/FAl (318.3.8)

Youngov modul, modul pružnosti v šmyku a Poissonov pomer súvisia podľa nasledujúceho vzťahu:

E = 2(1 + u)G (318.3.9)

Hodnoty konštánt E, G a µ sú uvedené v tabuľke 318.1

Tabuľka 318.1. Smerné hodnoty elastických vlastností niektorých materiálov

Poznámka: Moduly pružnosti sú konštantné hodnoty, avšak výrobné technológie sú rôzne stavebné materiály zmenu a presnejšie hodnoty modulov pružnosti treba špecifikovať podľa aktuálne platných regulačných dokumentov. Modul pružnosti betónu závisí od triedy betónu, a preto sa tu neuvádza.

Elastické charakteristiky sa stanovujú pre rôzne materiály v medziach elastických deformácií, ohraničených bodom A na diagrame napätia, pričom na diagrame napätia je možné rozlíšiť niekoľko ďalších bodov:

2. Pružný limit Р y

Normálne napätia v priereze vzorky, keď sa dosiahne medza pružnosti, sa budú rovnať:

σ y \u003d P y / F o (318.2.4)

Limit pružnosti obmedzuje oblasť, na ktorej sú vznikajúce plastické deformácie v rámci určitej malej hodnoty, normalizovanej technické údaje(napr. 0,001 %; 0,01 % atď.). Niekedy sa medza pružnosti označuje podľa tolerancie σ 0,001, σ 0,01 atď.

3. Medza klzu P t

σ t \u003d P t / F o (318.2.5)

Obmedzuje úsek diagramu, v ktorom sa deformácia zvyšuje bez výrazného zvýšenia zaťaženia (stav klzu). V tomto prípade dochádza k čiastočnému pretrhnutiu vnútorných väzieb v celom objeme vzorky, čo vedie k výrazným plastickým deformáciám. Materiál vzorky nie je úplne zničený, ale jeho počiatočný geometrické rozmery prejsť nezvratnými zmenami. Na vyleštenom povrchu vzoriek sú pozorované prietokové obrazce - šmykové čiary (objavené profesorom V. D. Černovom). Pre rôzne kovy sú uhly sklonu týchto čiar rôzne, ale sú v rozmedzí 40-50 o. V tomto prípade je časť nahromadenej potenciálnej energie nenávratne vynaložená na čiastočné pretrhnutie vnútorných väzieb. Pri ťahovej skúške je zvykom rozlišovať hornú a dolnú medzu klzu - respektíve najväčšie a najmenšie z napätí, pri ktorých sa plastická (zvyšková) deformácia zvyšuje pri takmer konštantnej hodnote pôsobiaceho zaťaženia.

Diagramy napätia ukazujú nižšiu medzu klzu. Práve tento limit pre väčšinu materiálov sa berie ako normatívna odolnosť materiálu.

Niektoré materiály nemajú výraznú medzu klzu. Pre nich sa za podmienenú medzu klzu σ 0,2 považuje napätie, pri ktorom zvyškové predĺženie vzorky dosiahne hodnotu ε ≈ 0,2 %.

4. Pevnosť v ťahu P max (pevnosť v ťahu)

Normálne napätia v priereze vzorky po dosiahnutí pevnosti v ťahu budú rovné:

σ v \u003d P max / F o (318.2.6)

Po prekonaní Horná hranica tekutosť (nie je znázornená v diagramoch napätia), materiál opäť začne odolávať zaťaženiu. Pri maximálnej sile P max začína úplná deštrukcia vnútorných väzieb materiálu. V tomto prípade sa plastické deformácie sústreďujú na jedno miesto, čím sa vo vzorke vytvorí takzvaný krk.

Napätie pri maximálnom zaťažení sa nazýva pevnosť v ťahu alebo pevnosť v ťahu materiálu.

V tabuľkách 318.2 - 318.5 sú uvedené približné hodnoty pevnosti v ťahu pre niektoré materiály:

Tabuľka 318.2 Približné hranice pevnosti v tlaku (pevnosti v ťahu) niektorých stavebných materiálov.

Poznámka: Pre kovy a zliatiny by sa mala hodnota pevnosti v ťahu určiť podľa normatívne dokumenty. Hodnotu dočasnej odolnosti pre niektoré druhy ocele je možné zobraziť.

Tabuľka 318.3. Približné pevnosti v ťahu (pevnosti v ťahu) pre niektoré plasty

Tabuľka 318.4. Približná pevnosť v ťahu pre niektoré vlákna

Tabuľka 318.5. Približná pevnosť v ťahu pre niektoré druhy stromov

5. Zničenie materiálu Р р

Ak sa pozriete na diagram napätia, zdá sa, že zničenie materiálu nastáva, keď sa zaťaženie znižuje. Tento dojem vzniká, pretože v dôsledku vytvorenia „krku“ sa plocha prierezu vzorky v oblasti „krku“ výrazne mení. Ak vytvoríme diagram napätia pre vzorku mäkkej ocele v závislosti od meniacej sa plochy prierezu, uvidíme, že napätia v uvažovanom priereze sa zvýšia na určitú hranicu:

Obrázok 318.3. Diagram napätia: 2 - vo vzťahu k počiatočnej prierezovej ploche, 1 - vo vzťahu k meniacej sa ploche prierezu v krčnej oblasti.

Napriek tomu je správnejšie zvážiť pevnostné charakteristiky materiálu vo vzťahu k ploche počiatočného úseku, pretože zmeny v počiatočnom geometrickom tvare sa pri výpočtoch pevnosti počítajú len zriedka.

Jednou z mechanických vlastností kovov je relatívna zmena ψ plochy prierezu v oblasti krku, vyjadrená v percentách:

ψ = 100 (Fo - F)/Fo (318.2.7)

kde Fo - počiatočná plocha prierezu vzorky (plocha prierezu pred deformáciou), F - plocha prierezu v "krku". Čím väčšia je hodnota ψ, tým výraznejšie sú plastické vlastnosti materiálu. Čím menšia je hodnota ψ, tým väčšia je krehkosť materiálu.

Ak spočítame zlomené časti vzorky a zmeriame jej predĺženie, vyjde nám, že je menšie ako predĺženie v diagrame (o dĺžku segmentu NL), keďže po pretrhnutí elastické deformácie zmiznú a ostanú len plastické deformácie. . Veľkosť plastickej deformácie (predĺženie) je tiež dôležitou charakteristikou mechanických vlastností materiálu.

Za hranicou pružnosti až po zlom sa celková deformácia skladá z elastických a plastických zložiek. Ak sa materiál privedie do napätí presahujúcich medzu klzu (na obr. 318.1 je určitý bod medzi medzou klzu a pevnosťou v ťahu) a potom sa odľahčí, potom plastické deformácie zostanú vo vzorke, ale po opätovnom zaťažení po určitom čase, medza pružnosti sa zvýši, pretože v tomto prípade sa zmena geometrického tvaru vzorky v dôsledku plastickej deformácie stane výsledkom pôsobenia vnútorných väzieb a zmenený geometrický tvar sa stane počiatočným jeden. Tento proces nakladania a vykladania materiálu sa môže niekoľkokrát opakovať, pričom sa zvýšia pevnostné vlastnosti materiálu:

Obrázok 318.4. Diagram napätia pri kalení (šikmé priame čiary zodpovedajú vykladaniu a opätovnému zaťaženiu)

Takáto zmena pevnostných vlastností materiálu, získaná opakovaným statickým zaťažením, sa nazýva deformačné spevnenie. Avšak so zvyšujúcou sa pevnosťou kovu deformačným spevnením sa jeho plastické vlastnosti znižujú a jeho krehkosť sa zvyšuje, takže relatívne malé mechanické spevnenie sa všeobecne považuje za užitočné.

Deformačná práca

Pevnosť materiálu je tým vyššia, čím väčšie sú vnútorné sily vzájomného pôsobenia častíc materiálu. Preto hodnota odolnosti proti predĺženiu na jednotku objemu materiálu môže slúžiť ako charakteristika jeho pevnosti. V tomto prípade pevnosť v ťahu nie je vyčerpávajúcou charakteristikou pevnostných vlastností daného materiálu, pretože charakterizuje iba prierezy. Pri pretrhnutí dochádza k deštrukcii prepojení po celej ploche prierezu a pri šmykoch, ku ktorým dochádza pri akejkoľvek plastickej deformácii, dochádza k deštrukcii len lokálnych prepojení. Prerušenie týchto väzieb si vyžaduje určitú prácu vnútorné sily vzájomného pôsobenia, ktoré sa rovná práci vonkajších síl vynaložených na posunutie:

A \u003d РΔl / 2 (318.4.1)

kde 1/2 je výsledkom statického pôsobenia zaťaženia, ktoré sa v čase jeho pôsobenia zvyšuje z 0 na P (priemerná hodnota (0 + P) / 2)

Pri elastickej deformácii je práca síl určená oblasťou trojuholníka OAB (pozri obr. 318.1). Celková práca vynaložená na deformáciu vzorky a jej zničenie:

A = ηP max Δl max (318.4.2)

kde η je koeficient úplnosti diagramu, ktorý sa rovná pomeru plochy celého diagramu, ohraničeného krivkou AM a priamkami OA, MN a ON, k ploche \u200b\ u200bobdĺžnik so stranami 0Р max (pozdĺž osi P) a Δl max (prerušovaná čiara na obr. 318.1). V tomto prípade je potrebné odpočítať prácu určenú plochou trojuholníka MNL (vzťahujúcu sa na elastické deformácie).

Práca vynaložená na plastickú deformáciu a deštrukciu vzorky je jednou z dôležitých vlastností materiálu, ktorá určuje stupeň jeho krehkosti.

Kompresná deformácia

Deformácie v tlaku sú podobné deformáciám v ťahu: najprv vznikajú elastické deformácie, ku ktorým sa za hranicou pružnosti pridávajú plastické. Charakter deformácie a lomu pod tlakom je znázornený na obr. 318,5:

Obrázok 318.5

a - pre plastové materiály; b - pre krehké materiály; c - pre strom pozdĺž vlákien, d - pre strom cez vlákna.

Tlakové skúšky sú menej vhodné na stanovenie mechanických vlastností plastových materiálov z dôvodu obtiažnosti stanovenia momentu porušenia. Metódy mechanického skúšania kovov upravuje GOST 25.503-97. Pri testovaní kompresie sa tvar vzorky a jej rozmery môžu líšiť. Orientačné hodnoty pevnosti v ťahu pre rôzne materiály sú uvedené v tabuľkách 318.2 - 318.5.

Ak je materiál zaťažený konštantným napätím, potom sa k takmer okamžitej elastickej deformácii postupne pridáva ďalšia elastická deformácia. Po úplnom odstránení zaťaženia elastická deformácia klesá úmerne s klesajúcim napätím a dodatočná elastická deformácia mizne pomalšie.

Výsledná dodatočná elastická deformácia pri konštantnom namáhaní, ktorá nezmizne ihneď po odľahčení, sa nazýva elastický následný efekt.

Vplyv teploty na zmenu mechanických vlastností materiálov

Pevné skupenstvo nie je jediným agregovaným stavom hmoty. Pevné látky existujú iba v určitom rozsahu teplôt a tlakov. Zvýšenie teploty vedie k fázový prechod z pevného do kvapalného stavu a samotný proces prechodu sa nazýva topenie. Body topenia ako ostatné fyzicka charakteristika materiály závisia od mnohých faktorov a sú tiež určené empiricky.

Tabuľka 318.6. Teploty topenia niektorých látok

Poznámka: V tabuľke sú uvedené teploty topenia pri atmosférickom tlaku (okrem hélia).

Elastické a pevnostné charakteristiky materiálov uvedené v tabuľkách 318.1-318.5 sa zvyčajne určujú pri teplote +20 ° C. GOST 25.503-97 umožňuje testovanie vzoriek kovov v teplotnom rozsahu od +10 do +35 ° C.

Pri zmene teploty sa mení potenciálna energia telesa, čo znamená, že sa mení aj hodnota vnútorných síl vzájomného pôsobenia. Preto mechanické vlastnosti materiálov závisia nielen od absolútnej hodnoty teploty, ale aj od doby jej pôsobenia. Pri väčšine materiálov pri zahrievaní klesajú pevnostné charakteristiky (σ p, σ t a σ c), zatiaľ čo plasticita materiálu stúpa. S poklesom teploty sa zvyšujú pevnostné charakteristiky, ale zvyšuje sa krehkosť. Pri zahrievaní sa Youngov modul E znižuje a Poissonov pomer sa zvyšuje. Keď teplota klesne, dôjde k opačnému procesu.

Obrázok 318.6. Vplyv teploty na mechanické vlastnosti uhlíkovej ocele.

Pri zahrievaní neželezných kovov a ich zliatin ich pevnosť okamžite klesá a pri teplote blízkej 600 °C sa prakticky stráca. Výnimkou je aluminotermický chróm, ktorého pevnosť v ťahu sa zvyšuje so zvyšujúcou sa teplotou a pri teplote rovnajúcej sa 1100 ° C dosahuje maximum σ za 1100 \u003d 2σ za 20.

Charakteristiky ťažnosti medi, zliatin medi a horčíka so zvyšujúcou sa teplotou klesajú, zatiaľ čo charakteristiky hliníka sa zvyšujú. Pri zahrievaní plastov a gumy prudko klesá ich pevnosť v ťahu a pri ochladzovaní sa tieto materiály stávajú veľmi krehkými.

Vplyv rádioaktívneho ožiarenia na zmenu mechanických vlastností

Vystavenie žiareniu ovplyvňuje rôzne materiály rôzne. Ožarovanie materiálov anorganického pôvodu vo svojom vplyve na mechanické vlastnosti a charakteristiky plasticity je podobné znižovaniu teploty: so zvýšením dávky rádioaktívneho ožiarenia sa zvyšuje pevnosť v ťahu a najmä medza klzu a charakteristiky plasticity sa znižujú.

Ožarovanie plastov vedie aj k zvýšeniu krehkosti a ožarovanie má odlišný vplyv na pevnosť v ťahu týchto materiálov: na niektoré plasty (polyetylén) nemá takmer žiadny vplyv, u iných spôsobuje výrazné zníženie pevnosti v ťahu (katamen) a v iných zvyšuje pevnosť v ťahu (selektrón ).

2. Elastický limit

3. Medza klzu

4. Pevnosť v ťahu alebo pevnosť v ťahu

5. Napätie pri prestávke

Kreslenie. 2.3 - Pohľad na valcovú vzorku po lomu (a) a zmenu zóny vzorky v blízkosti miesta lomu (b)

Aby diagram odrážal iba vlastnosti materiálu (bez ohľadu na veľkosť vzorky), je prestavaný v relatívnych súradniciach (napätie-deformácia).

Ľubovoľné ordináty i-tý body takéhoto diagramu (obr. 2.4) sa získajú vydelením hodnôt ťahovej sily (obr. 2.2) počiatočnou plochou prierezu vzorky () a úsečky sú získaná vydelením absolútneho predĺženia pracovnej časti vzorky jej počiatočnou dĺžkou (). Najmä pre charakteristické body diagramu sa ordináty vypočítajú pomocou vzorcov (2.3) ... (2.7).

Výsledný diagram sa nazýva diagram podmieneného napätia (obr. 2.4).

Konvencia diagramu spočíva v spôsobe stanovenia napätia nie podľa aktuálnej plochy prierezu, ktorá sa počas skúšky mení, ale podľa pôvodnej - Diagram napätia zachováva všetky znaky pôvodného diagramu ťahu. Charakteristické napätia v diagrame sa nazývajú medzné napätia a odrážajú pevnostné vlastnosti testovaného materiálu. (vzorce 2.3…2.7). Všimnite si, že medza klzu kovu uvedená v tomto prípade zodpovedá novému fyzikálnemu stavu kovu, a preto sa nazýva fyzikálna medza klzu.

Kreslenie. 2.4 - Diagram napätia

Z diagramu napätia (obr. 2.4) je vidieť, že

t.j. modul v ťahu Ečíselne sa rovná dotyčnici uhla sklonu počiatočného priameho úseku diagramu napätia k osi x. V tom - geometrický význam modul v ťahu.

Ak porovnáme sily pôsobiace na vzorku v každom momente zaťaženia so skutočnou hodnotou prierezu v zodpovedajúcom časovom okamihu, potom dostaneme diagram skutočných napätí, často označovaných písmenom S(obr. 2.5, plná čiara). Pretože sa priemer vzorky v časti diagramu 0-1-2-3-4 nevýznamne zmenšuje (krk sa ešte nevytvoril), skutočný diagram v tejto časti sa prakticky zhoduje s podmieneným diagramom (prerušovaná krivka) , prechádzajúci o niečo vyššie.

Kreslenie. 2.5 - Diagram skutočných napätí

Konštrukcia zvyšnej časti diagramu skutočného napätia (časť 4-5 na obr. 2.5) si vyžaduje meranie priemeru vzorky počas skúšky ťahom, čo nie je vždy možné. Na zostavenie tohto úseku diagramu existuje približná metóda, založená na určení súradníc bodu 5 () skutočného diagramu (obr. 2.5), zodpovedajúceho momentu prasknutia vzorky. Najprv sa určí skutočný medzný stres

kde je sila pôsobiaca na vzorku v momente jej prasknutia;

je plocha prierezu v hrdle vzorky v momente pretrhnutia.

Druhá súradnica bodovej relatívnej deformácie zahŕňa dve zložky - skutočnú plastickú - a elastickú -. Hodnotu možno určiť z podmienky rovnosti objemov materiálu v blízkosti miesta pretrhnutia vzorky pred a po skúške (obr. 2.3). Takže pred testovaním bude objem materiálu vzorky jednotkovej dĺžky rovný , a po pretrhnutí . Tu je predĺženie vzorky jednotkovej dĺžky v blízkosti miesta prasknutia. Keďže skutočná deformácia je tu, a , To . Elastická zložka sa nachádza podľa Hookovho zákona: . Potom sa úsečka bodu 5 bude rovnať . Nakreslením hladkej krivky medzi bodmi 4 a 5 získame úplný pohľad na skutočný diagram.

Pre materiály, ktorých diagram napätia v počiatočnom reze nemá výraznú medzu klzu (pozri obr. 2.6), je medza klzu podmienene definovaná ako napätie, pri ktorom je zvyšková deformácia hodnotou stanovenou GOST alebo technickými podmienkami. Podľa GOST 1497–84 je táto hodnota trvalej deformácie 0,2 % dĺžky meranej vzorky a podmienená medza klzu označené symbolom - .

Pri skúšaní vzoriek na ťah sa okrem pevnostných charakteristík stanovujú aj charakteristiky plasticity, medzi ktoré patrí relatívne rozšírenie vzorka po roztrhnutí, definovaná ako pomer prírastku dĺžky vzorky po roztrhnutí k jej pôvodnej dĺžke:

A relatívne zúženie , vypočítané podľa vzorca

% (2.10)

V týchto vzorcoch - počiatočná odhadovaná dĺžka a plocha prierezu vzorky, - dĺžka vypočítanej časti a minimálna plocha prierezu vzorky po pretrhnutí.

Namiesto relatívnej deformácie sa v niektorých prípadoch používa takzvaná logaritmická deformácia. Pretože sa dĺžka vzorky mení, keď sa vzorka naťahuje, dĺžka sa zvyšuje dl sa nevzťahujú na , ale na aktuálnu hodnotu . Ak integrujeme prírastky rozšírenia pri zmene dĺžky z na potom dostaneme logaritmickú alebo skutočnú deformáciu kovu

Potom – napätie pri pretrhnutí (t.j. . = k) bude

.

Treba brať do úvahy aj to, že plastická deformácia vo vzorke prebieha po jej dĺžke nerovnomerne.

V závislosti od povahy kovu sa podmienečne delia na veľmi tvárne (žíhaná meď, olovo), tvárne (nízkouhlíkové ocele), krehké (sivá liatina) a veľmi krehké (biela liatina, keramika).

Miera aplikácie zaťaženia V deformovať ovplyvňuje vzhľad diagramu a vlastnosti materiálu. σ T A σ V sa zvyšuje so zvyšujúcou sa rýchlosťou zaťaženia. Redukujú sa deformácie zodpovedajúce pevnosti v ťahu a bodu lomu.

Bežné stroje poskytujú rýchlosť deformácie

10 -2 …10 -5 1/sek.

S klesajúcou teplotou T španielčina pre perlitické ocele sa zvyšuje σ T a znižuje sa.

austenitické ocele, Al A Ti zliatiny menej reagujú na zníženie T.

Pri zvyšovaní teploty sa deformácie s časom menia pri konštantných napätiach, t.j. dochádza k tečeniu a potom > σ , témy< .

Zvyčajne existujú tri stupne tečenia. Pre strojárstvo je najväčší záujem o II. stupeň, kde έ = const (ustálené štádium tečenia).

Na porovnanie odolnosti proti tečeniu rôznych kovov sa zavádza podmienená charakteristika - medza tečenia.

limit dotvarovania σ pl nazývané napätie, pri ktorom plastická deformácia za dané časové obdobie dosiahne hodnotu stanovenú technickými podmienkami.

Spolu s pojmom „plazenie“ je známy aj pojem „uvoľnenie stresu“.

Proces relaxácie napätia prebieha pri konštantných deformáciách.

Vzorka pri konštantnom zaťažení pri vysokej T môže zlyhať buď s vytvorením krčka (duktilný interkryštalický lom), alebo bez neho (krehký transkryštalický lom). Prvý je charakteristický pre nižšie T a vysoké σ .

Vysoká pevnosť materiálu T hodnotená hranicou dlhodobej pevnosti.

Pevnosť v ťahu(σdp) je pomer zaťaženia, pri ktorom sa ťahová vzorka po určitom čase zrúti, k počiatočnej ploche prierezu.

Pri navrhovaní zváraných výrobkov pracujúcich na vyvýšenom mieste T, sa riadia nasledujúcimi veličinami pri priraďovaní [ σ ]:

a) pri T 260 o C pre maximálnu pevnosť σ V ;

b) kedy T 420 ° C pre uhlíkové ocele T < 470 о С для стали 12Х1МФ, T< 550 о С для 1Х18Н10Т – на σ T ;

c) pri vyššej T na hranicu dlhodobej sily σ dp .

Okrem vyššie uvedených skúšobných metód pri statickom zaťažení sa vykonávajú aj skúšky ohybom, krútením, šmykom, tlakom, drvením, stabilitou a tvrdosťou.

Ťahové vlastnosti, rovnako ako pri iných statických skúškach, možno rozdeliť do troch hlavných skupín: pevnostné, plastické a viskozitné charakteristiky. Pevnostné vlastnosti - to sú charakteristiky odolnosti materiálu vzorky voči deformácii alebo deštrukcii. Väčšina štandardných pevnostných charakteristík sa vypočítava z polohy určitých bodov na diagrame ťahu vo forme podmienených ťahových napätí. V časti 2.3 sú analyzované diagramy v súradniciach skutočné napätie - skutočná deformácia, ktoré najpresnejšie charakterizujú deformačné spevnenie. V praxi sa mechanické vlastnosti zvyčajne určujú z kriviek primárneho napätia v súradniciach zaťaženie - absolútne predĺženie, ktoré sa automaticky zaznamenávajú na pásku skúšobného stroja. Pre polykryštály rôznych kovov a zliatin je možné celú škálu týchto kriviek pri nízkych teplotách zredukovať v prvom priblížení na tri typy (obr. 2.44).

Obrázok 2.44- Typy kriviek primárneho roztiahnutia

Ťahový diagram typu I je typický pre vzorky, ktoré zlyhávajú bez výraznej plastickej deformácie. Diagram typu II sa získa naťahovaním vzoriek, ktoré sú rovnomerne deformované až do porušenia. Nakoniec, diagram typu III je typický pre vzorky, ktoré po zhrdzovaní zlyhajú v dôsledku koncentrovaný deformácií. Takýto diagram možno získať aj v prípade naťahovania vzoriek, ktoré zlyhávajú bez vytvorenia krčka (pri vysokoteplotnom naťahovaní); zápletka bk tu môže byť silne natiahnutý a takmer rovnobežný s osou deformácie. Nárast zaťaženia do momentu zničenia (pozri obr. 2.44, II) alebo maximálne (pozri obr. 2.44, III) môžu byť hladké (plné čiary) alebo prerušované. Najmä v druhom prípade sa na diagrame napätia môže objaviť zub a medza prieťažnosti (bodkovaná čiara na obr. 2.44, III, III).

V závislosti od typu diagramu sa mení súbor charakteristík, ktoré sa z neho dajú vypočítať, ako aj ich fyzikálny význam. Na obr. 2.44 (diagram typu III) sú vynesené charakteristické body, pozdĺž ktorých súradníc sú vypočítané pevnostné charakteristiky

(σ i = Pi/Fo).

Ako vidíte, na schémach ďalších dvoch typov (pozri obr. 2.44, ja,II) nie všetky tieto body je možné vykresliť.

Hranica proporcionality. Prvým charakteristickým bodom na diagrame roztiahnutia je bod p(Pozri obrázok 2.45). Sila P nu určuje hodnotu proporcionálna medza - namáhanie, ktoré materiál vzorky znesie bez toho, aby sa odchýlil od Hookovho zákona.

Orientačne možno hodnotu P nu určiť podľa bodu, kde začína divergencia krivky naťahovania a pokračovanie priameho úseku (obr. 2.46).

Obrázok 2.46- Grafické spôsoby určenia hranice proporcionality.

Pre zjednotenie metodiky a zlepšenie presnosti výpočtu hranice úmernosti sa odhaduje ako podmienené napätie (σ nu), pri ktorom odchýlka od lineárneho vzťahu medzi zaťažením a predĺžením dosiahne určitú hodnotu. Zvyčajne sa tolerancia pri určovaní σ nu nastavuje znížením dotyčnice uhla sklonu tvoreného dotyčnicou ku krivke napätia v bode p s osou deformácie v porovnaní s dotyčnicou v počiatočnom pružnom reze. Štandardná tolerancia je 50%, 10% a 25% tolerancie sú tiež možné. Jeho hodnota by mala byť uvedená v označení hranice proporcionality - σ nu 50, σ nu 25, σ nu 10.

Pri dostatočne veľkej mierke primárneho napínacieho diagramu možno hodnotu limitu proporcionality určiť graficky priamo na tomto diagrame (viď obr. 2.46). Najprv pokračujte v priamom úseku, kým sa v bode nepretína s osou deformácie 0, ktorý sa berie ako nový počiatok súradníc, čím sa vylučuje počiatočná časť diagramu skreslená v dôsledku nedostatočnej tuhosti stroja. Potom môžete použiť dve metódy. Podľa prvého z nich sa v ľubovoľnej výške v rámci elastickej oblasti obnoví kolmica AB k osi zaťaženia (pozri obr. 2.46, A), položte pozdĺž nej segment BC =½ AB a nakreslite čiaru OS. V tomto prípade tg α′= tg α/1,5. Ak teraz paralelne nakreslíme dotyčnicu k krivke natiahnutia OS, potom kontaktné miesto R určiť požadované zaťaženie P nu .

V druhej metóde sa kolmica spustí z ľubovoľného bodu priamočiarej časti diagramu. KU(pozri obr. 2.46, b) na osi x a rozdeľte ho na tri rovnaké časti. Cez bodku C a počiatok súradníc nakreslite priamku a rovnobežnú s ňou - dotyčnicu ku krivke naťahovania. bod dotyku p zodpovedá úsiliu P nu (tan α'= tan α/1,5).

Hranicu proporcionality môžete presnejšie určiť pomocou tenzometrov - špeciálnych zariadení na meranie malých deformácií.

Elastický limit. Ďalším charakteristickým bodom na diagrame primárneho roztiahnutia (pozri obr. 2.45) je bod e. Zodpovedá zaťaženiu, podľa ktorého sa vypočíta podmienečný medza pružnosti - napätie, pri ktorom zvyškové predĺženie dosiahne danú hodnotu, zvyčajne 0,05%, niekedy menej - až 0,005%. Tolerancia použitá pri výpočte je uvedená v označení podmieneného limitu pružnosti σ 0,05, σ 0,01 atď.

Hranica pružnosti charakterizuje napätie, pri ktorom sa objavujú prvé známky makroplastickej deformácie. Kvôli malej tolerancii pre zvyškové predĺženie je ťažké s dostatočnou presnosťou určiť z diagramu primárneho napätia aj σ 0,05. Preto v prípadoch, keď vysoká presnosť sa nevyžaduje, medza pružnosti sa považuje za rovnajúcu sa proporcionálnej hranici. Ak sa vyžaduje presné kvantitatívne posúdenie σ 0,05, potom sa použijú tenzometre. Postup na určenie σ 0,05 je do značnej miery podobný postupu opísanému pre σ nu , ale je tu jeden zásadný rozdiel. Keďže pri určovaní medze pružnosti je tolerancia špecifikovaná hodnotou zvyškovej deformácie, po každom zaťažovacom stupni je potrebné vzorku odľahčiť na počiatočné napätie σ 0 ≤ 10 % predpokladaného σ 0,05 a potom už len merať predĺženie pomocou tenzometra.

Ak je mierka zaznamenávania diagramu ťahu pozdĺž osi predĺženia 50:1 alebo viac a pozdĺž osi zaťaženia ≤10 MPa na 1 mm, je povolené grafické určenie σ 0,05. Na tento účel sa položí segment pozdĺž osi predĺženia od začiatku súradníc OK= 0,05 l 0/100 a cez bodku TO nakreslite priamku rovnobežnú s priamočiarym rezom diagramu (obr. 2.47). Bodová súradnica e bude zodpovedať zaťaženiu R 0,05, ktorá určuje podmienenú medzu pružnosti σ 0,05 = P 0,05/Fo.

Limit výnosu. Pri absencii diagramu rozťahovania zubov a platformy výnosu vypočítajte podmienená medza klzu - napätie, pri ktorom zvyškové predĺženie dosiahne danú hodnotu, zvyčajne 0,2 %. V súlade s tým je podmienená medza klzu označená σ 0,2. Ako je možné vidieť, táto charakteristika sa líši od podmieneného elastického limitu iba hodnotou tolerancie. Limit

Prieťažnosť charakterizuje napätie, pri ktorom dochádza k úplnejšiemu prechodu k plastickej deformácii.

Najpresnejší odhad hodnoty σ 0,2 je možné urobiť pomocou tenzometrov. Pretože tolerancia predĺženia pre výpočet menovitej medze klzu je pomerne veľká, často sa určuje graficky z diagramu ťahu, ak je tento zaznamenaný v dostatočne veľkej mierke (najmenej 10:1 pozdĺž osi deformácie). Robí sa to rovnakým spôsobom ako pri výpočte medze pružnosti (pozri obr. 2.47), len segment OK = 0,2l 0/100.

Podmienené limity proporcionality, pružnosti a prieťažnosti charakterizujú odolnosť materiálu voči malým deformáciám. Ich hodnota sa mierne líši od skutočných napätí zodpovedajúcich zodpovedajúcim toleranciám deformácie. Technický význam týchto limitov je posúdiť úrovne napätia, pod ktorými

jedna alebo druhá časť môže pracovať bez toho, aby bola vystavená trvalej deformácii (limit proporcionality) alebo deformovaná nejakou malou prípustnou hodnotou určenou prevádzkovými podmienkami (σ 0,01, σ 0,05, σ 0,2 atď.). Vzhľadom na to, že v moderných technológiách je možnosť reziduálnej zmeny rozmerov dielov a konštrukcií stále prísnejšie obmedzená, naliehavá potreba presného poznania limitov proporcionality, pružnosti a plynulosti, ktoré sú široko používané v konštrukčných výpočtoch, sa stáva jasný.

Fyzikálny význam limitu proporcionality akéhokoľvek materiálu je taký zrejmý, že nevyžaduje špeciálnu diskusiu. V skutočnosti σ nu pre jedno- a polykryštál, homogénny kov a heterofázovú zliatinu je vždy maximálne napätie, do ktorého je dodržaný Hookov zákon počas ťahu a makroplastická deformácia nie je pozorovaná. Treba mať na pamäti, že pred dosiahnutím σ nu v jednotlivých zrnách polykryštalickej vzorky (pri ich priaznivej orientácii, prítomnosti koncentrátorov napätia) môže začať plastická deformácia, ktorá však nevedie k výraznému predĺženiu celej vzorky. kým väčšina zŕn nie je pokrytá deformáciou.

Počiatočné štádiá makroelongácie vzorky zodpovedajú hranici pružnosti. Pre priaznivo orientovaný monokryštál by mal byť blízko kritickému šmykovému napätiu. Prirodzene, pre rôzne kryštalografické orientácie monokryštálu bude medza pružnosti rôzna. V dostatočne jemnozrnnom polykryštále pri absencii textúry je medza pružnosti izotropná, rovnaká vo všetkých smeroch.

Povaha podmienenej medze klzu polykryštálu je v princípe podobná povahe medze pružnosti. Ale práve medza klzu je najbežnejšou a najdôležitejšou charakteristikou odolnosti kovov a zliatin s malou plastickou deformáciou. Preto je potrebné podrobnejšie analyzovať fyzikálny význam medze klzu a jej závislosť od rôznych faktorov.

Plynulý prechod od elastickej k plastickej deformácii (bez zuba a medzného plató) sa pozoruje pri ťahu takých kovov a zliatin, v ktorých je v počiatočnom stave (pred testovaním) dostatočne veľký počet pohyblivých, voľných dislokácií. Napätie potrebné na nástup plastickej deformácie polykryštálov týchto materiálov, odhadnuté prostredníctvom podmienenej medze klzu, je určené silami odporu voči pohybu dislokácií vo vnútri zŕn, ľahkosťou prenosu deformácie cez ich hranice a veľkosť zŕn.

Tieto faktory tiež určujú hodnotu fyzikálna medza klzuσ t - napätie, pri ktorom sa vzorka deformuje pôsobením takmer konštantného ťahového zaťaženia P t (pozri obr. 2.45, medza klzu na bodkovanej krivke). Fyzická medza klzu sa často označuje ako dolná medza klzu, na rozdiel od hornej medze klzu, vypočítaná zo zaťaženia zodpovedajúceho vrcholu klzu. A(pozri obr. 2.45): σ t.v = P t.v / F0.

Vytvorenie zuba a platformy výnosu (takzvaný fenomén ostrého výnosu) vyzerá navonok nasledujúcim spôsobom. Elastické napätie vedie k plynulému nárastu odolnosti proti deformácii až do σ t.v, potom k pomerne prudkému poklesu napätí na σ t. Počas predĺženia zodpovedajúceho tejto oblasti je vzorka v pracovnej dĺžke pokrytá charakteristickými Chernov-Luders pásmi, v ktorých je lokalizovaná deformácia. Preto sa hodnota predĺženia na medzi klzu (0,1 – 1 %) často nazýva Chernov-Ludersova deformácia.

Fenomén ostrej tekutosti je pozorovaný v mnohých technicky dôležitých kovových materiáloch a má preto veľký praktický význam. Je všeobecne teoreticky zaujímavý aj z hľadiska pochopenia podstaty počiatočných štádií plastickej deformácie.

V posledných desaťročiach sa ukázalo, že zub a medzu klzu možno získať naťahovaním jedno- a polykryštálov kovov a zliatin s rôznymi mriežkami a mikroštruktúrami. Najčastejšie sa ostrá tekutosť zaznamenáva pri testovaní kovov s mriežkou bcc a zliatin na nich založených. Prirodzene, praktický význam náhlej tekutosti pre tieto kovy je obzvlášť veľký a väčšina teórií bola tiež vyvinutá vo vzťahu k vlastnostiam týchto kovov. Použitie konceptov dislokácie na vysvetlenie náhlej tekutosti bolo jednou z prvých a veľmi plodných aplikácií teórie dislokácie.

Spočiatku bola tvorba zuba a plató výnosu v bcc kovoch spojená s účinným blokovaním dislokácií nečistotami. Je známe, že atómy intersticiálnych nečistôt v bcc mriežke tvoria polia elastických napätí, ktoré nemajú sférickú symetriu a interagujú s dislokáciami všetkých typov, vrátane čisto skrutkových dislokácií. Aj pri nízkych koncentráciách [<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.

Správnosť Cottrellovej teórie potvrdzujú výsledky nasledujúcich jednoduchých experimentov. Ak je vzorka železa deformovaná napríklad do bodu A(obr. 2.48), vyložte ju a ihneď znova natiahnite, potom zub a medza klzu nevzniknú, pretože po predbežnom natiahnutí v novom počiatočnom stave vzorka obsahovala veľa pohyblivých dislokácií zbavených prímesových atmosfér. Ak teraz po vyložení z bodu A vzorku udržujte pri izbovej alebo mierne zvýšenej teplote, t.j. aby sa dal čas na kondenzáciu nečistôt na dislokáciách, potom s novým napätím sa v diagrame opäť objaví zub a plató.

Cottrellova teória teda spája náhlu tekutosť s deformačné starnutie - prichytenie dislokácií nečistotami.

Cottrellov návrh, že po odblokovaní sa plastická deformácia, prinajmenšom spočiatku, uskutoční skĺznutím týchto „starých“, ale teraz od nečistôt zbavených dislokácií, sa ukázal ako neuniverzálny. Pre množstvo materiálov sa zistilo, že počiatočné dislokácie môžu byť tak silne fixované, že nedôjde k ich odblokovaniu a v dôsledku pohybu novovytvorených dislokácií dochádza k plastickej deformácii na medzi klzu. Okrem toho sa v kryštáloch bez dislokácie - "fúzy" pozoruje tvorba zuba a plató výnosu. V dôsledku toho Cottrellova teória opisuje iba konkrétny, aj keď dôležitý prípad náhlej tekutosti.

Základom modernej teórie menovitého výťažku, ktorú ešte nemožno považovať za definitívne stanovenú, je rovnaký postoj, ktorý predložil Cottrell: zub a plató výťažnosti sú spôsobené prudkým nárastom počtu mobilných dislokácií na začiatku r. plastický tok. To znamená, že pre ich vznik musia byť splnené dve podmienky: 1) počet voľných dislokácií v počiatočnej vzorke musí byť veľmi malý a 2) musí byť schopný rýchlo narastať jedným alebo druhým mechanizmom na samom začiatku plastickej deformácie. .

Nedostatok mobilných dislokácií v pôvodnej vzorke môže súvisieť buď s vysokou dokonalosťou jej subštruktúry (napríklad vo fúzoch), alebo s prichytením väčšiny existujúcich dislokácií. Podľa Cottrella je možné takéto prichytenie dosiahnuť vytváraním atmosfér nečistôt. Možné sú aj iné spôsoby fixácie, napríklad časticami druhej fázy.

Počet mobilných dislokácií sa môže prudko zvýšiť:

1) V dôsledku odblokovania predtým zafixovaných dislokácií (oddelenie od atmosfére nečistôt, obchádzanie častíc krížovým sklzom atď.);

2) tvorbou nových dislokácií;

3) Ich reprodukciou v dôsledku interakcie.

V polykryštáloch medza klzu silne závisí od veľkosti zrna. Hranice zŕn slúžia ako účinné bariéry pohyblivých dislokácií. Čím je zrno jemnejšie, tým častejšie sa tieto bariéry vyskytujú v dráhe kĺzavých dislokácií a na pokračovanie plastickej deformácie aj v jej počiatočných štádiách sú potrebné vysoké napätia. Výsledkom je, že keď sa zrno rafinuje, zvyšuje sa medza klzu. Početné experimenty ukázali, že nižšia medza klzu

σ t.n. = σ i + K y d -½, (2.15)

kde σ i a K y - materiálové konštanty pri určitej skúšobnej teplote a rýchlosti deformácie; d- veľkosť zrna (alebo podzrnka v prípade polygonizovanej štruktúry).

Vzorec 2.15, podľa svojich prvých autorov nazývaný Petch-Hallova rovnica, je univerzálny a dobre popisuje vplyv veľkosti zrna nielen na σso, ale aj na podmienenú medzu klzu a vo všeobecnosti akékoľvek napätie v oblasti rovnomernej deformácie. .

Fyzikálna interpretácia empirickej rovnice (2.15) vychádza z už uvažovaných predstáv o povahe ostrej tekutosti. Konštanta σ i sa považuje za napätie potrebné na pohyb dislokácií vo vnútri zrna a pojem K y d -½- ako napätie potrebné na poháňanie zdrojov dislokácie v susedných zrnách.

Hodnota σ i závisí od Peierlsovej-Nabarrovej sily a prekážok dislokačného sklzu (iné dislokácie, cudzie atómy, častice druhej fázy atď.). Teda σ i – „trecie napätie“ – kompenzuje sily, ktoré musia prekonávať dislokácie pri pohybe vo vnútri zrna. Na experimentálne určenie σ i môžete použiť diagram primárneho napätia: hodnota σ i zodpovedá priesečníku krivky napätia extrapolovanej do oblasti malých deformácií za medzou klzu s priamym úsekom tejto krivky (obr. 2,49, A). Táto metóda odhadu σ i je založená na predstave, že graf ius diagramy napätia sú výsledkom polykryštalickej povahy natiahnutej vzorky; ak by to bol monokryštál, potom by plastický tok začínal v bode i .

Obrázok 2.49. Stanovenie prietokového napätia σ i podľa ťahového diagramu (a) a závislosti nižšej medze klzu od veľkosti zrna (b).

Druhý spôsob určenia σ i - extrapolácia priamky σ tzv - d-½ až do hodnoty d-½ = 0 (pozri obr. 2.49, b). Tu sa priamo predpokladá, že σ i je medza klzu monokryštálu s rovnakou intragranulárnou štruktúrou ako polykryštály.

Parameter K y charakterizuje sklon priamky σ t - d- ½ . Podľa Cottrella,

K y = σ d(2l) ½ ,

kde σ d napätie potrebné na odblokovanie dislokácií v susednom zrne (napríklad odtrhnutie od atmosféry nečistôt alebo od hranice zŕn); l je vzdialenosť od hranice zŕn k najbližšiemu zdroju dislokácie.

teda K y určuje náročnosť prenosu deformácie zo zrna na zrno.

Účinok prudkého prúdenia závisí od testovacej teploty. Jeho zmena ovplyvňuje tak výšku zuba, ako aj dĺžku plošiny, a čo je najdôležitejšie, hodnotu nižšej (fyzickej) medze klzu. Keď sa testovacia teplota zvyšuje, výška zuba a dĺžka plató vo všeobecnosti klesá. Takýto efekt sa prejavuje najmä pri napínaní bcc kovov. Výnimkou sú zliatiny a teplotné rozsahy, v ktorých zahrievanie zvyšuje blokovanie dislokácií alebo bráni ich tvorbe (napríklad pri starnutí alebo usporiadaní).

Nižšia medza klzu je obzvlášť výrazne znížená pri takých teplotách, keď sa výrazne mení stupeň blokovania dislokácií. Napríklad v bcc kovoch je pozorovaná ostrá teplotná závislosť σt.n. pod 0,2 T pl, čo práve spôsobuje ich sklon ku krehkému lomu pri nízkych teplotách (pozri časť 2.4). Nevyhnutnosť teplotnej závislosti σ t vyplýva z fyzikálneho významu jej zložiek. σ i musí skutočne závisieť od teploty, pretože napätia potrebné na prekonanie trecích síl klesajú so zvyšujúcou sa teplotou v dôsledku ľahkého obchádzania bariér krížovým kĺzaním a dotvarovaním. Stupeň blokovania dislokácií, ktorý určuje hodnotu K y a preto ten termín K y d -½ vo vzorci (2. 15), by sa mala pri zahrievaní tiež znižovať. Napríklad v bcc kovoch je to spôsobené rozmazávaním atmosfér nečistôt už pri nízkych teplotách v dôsledku vysokej difúznej mobility intersticiálnych nečistôt.

Podmienená medza klzu je zvyčajne menej závislá od teploty, aj keď prirodzene klesá, keď sa čisté kovy a zliatiny zahrievajú, v ktorých počas testovania nedochádza k fázovým premenám. Ak k takýmto premenám (najmä starnutiu) dôjde, potom sa povaha zmeny medze klzu so zvyšujúcou sa teplotou stáva nejednoznačnou. V závislosti od zmien v štruktúre je tu možný pokles aj nárast a komplexná závislosť od teploty. Napríklad zvýšenie teploty v ťahu vopred vytvrdenej zliatiny - presýteného tuhého roztoku, vedie najskôr k zvýšeniu medze klzu až do určitého maxima zodpovedajúceho najväčšiemu množstvu dispergovaných koherentných precipitátov produktov rozkladu pevnej látky. roztoku, ku ktorému dôjde počas testovania, a s ďalším zvýšením teploty sa σ 0,2 zníži v dôsledku straty koherencie častíc s matricou a ich koagulácie.

Pevnosť v ťahu. Po prejdení bodu s v ťahovom diagrame (pozri obr. 2.45) je vo vzorke silná plastická deformácia, ktorá bola predtým podrobne zvažovaná. Pracovná časť vzorky si až do bodu „c“ zachováva svoj pôvodný tvar. Predĺženie je tu rovnomerne rozdelené pozdĺž efektívnej dĺžky. V bode „v ” táto makrojednotnosť plastickej deformácie je narušená. V niektorej časti vzorky, zvyčajne v blízkosti koncentrátora napätia, ktorý bol už v počiatočnom stave alebo sa vytvoril pri ťahu (najčastejšie v strede vypočítanej dĺžky), začína lokalizácia deformácie. Zodpovedá miestnemu zúženiu prierezu vzorky - tvorbe krčka.

Možnosť výraznej rovnomernej deformácie a „oneskorenia“ momentu začiatku tvorby hrdla v plastových materiáloch sú spôsobené deformačným spevnením. Ak by tam nebol, potom by sa hrdlo začalo vytvárať ihneď po dosiahnutí medze klzu. V štádiu rovnomernej deformácie je nárast prietokového napätia v dôsledku deformačného spevnenia plne kompenzovaný predĺžením a zúžením vypočítanej časti vzorky. Keď sa zvýšenie napätia v dôsledku zmenšenia prierezu stane väčším ako zvýšenie napätia v dôsledku mechanického spevnenia, naruší sa rovnomernosť deformácie a vytvorí sa hrdlo.

Krk sa vyvíja od bodu "v" až po deštrukciu v bode k(pozri obr. 2.45), súčasne sa zníži sila pôsobiaca na vzorku. Podľa maximálneho zaťaženia ( P c, obr. 2.44, 2.45) na diagrame primárneho napínania vypočítajte dočasný odpor(často nazývané pevnosť v ťahu alebo podmienená pevnosť v ťahu)

σ v = Pb /F0 .

Pre materiály, ktoré zlyhávajú vytvorením hrdla, je σ in podmienené napätie charakterizujúce odolnosť voči maximálnej rovnomernej deformácii.

Konečná pevnosť takýchto materiálov σ in neurčuje. Dôvodom sú dva dôvody. Po prvé, σ je oveľa menšie ako skutočný stres S in, pôsobiaci vo vzorke v momente dosiahnutia bodu „in“ . V tomto okamihu relatívne predĺženie dosiahne 10-30%, plocha prierezu vzorky F V „F0. Preto

S V =P V /F V > σ v = P V / F0 .

Ale takzvaná skutočná pevnosť v ťahu S c tiež nemôže slúžiť ako charakteristika konečnej pevnosti, pretože za bodom „c“ v diagrame ťahu (pozri obr. 2.45) skutočná odolnosť voči deformácii stále rastie, hoci sila klesá. Faktom je, že toto úsilie na stránke v k sa sústreďuje na minimálnu časť vzorky v hrdle a jej plocha klesá rýchlejšie ako sila.

Obrázok 2. 50- Diagram skutočných napätí v ťahu

Ak prebudujeme primárny úsekový diagram v súradniciach S-e alebo S-Ψ (obr. 2.50), ukazuje sa, že S rastie kontinuálne s deformáciou až do momentu deštrukcie. Krivka na obr. 2,50. umožňuje dôslednú analýzu vlastností deformačného spevnenia a pevnosti v ťahu. Skutočný diagram napätia (pozri obrázok 2.50) pre materiály s krkovým zlyhaním má množstvo zaujímavých vlastností. Najmä pokračovanie priamočiareho rezu diagramu za bod „c“ k priesečníku s osou napätia umožňuje približne odhadnúť hodnotu σ in a extrapoláciu priamočiareho rezu do bodu c zodpovedajúce Ψ = 1 (100 %) dáva S c= 2S V.

Schéma na obr. 2,50 je kvalitatívne odlišná od predtým uvažovaných kriviek deformačného spevnenia, keďže pri ich analýze sme diskutovali len o štádiu rovnomernej deformácie, pri ktorej je zachovaná schéma jednoosového napätia, t.j. predtým boli analyzované skutočné diagramy napätia zodpovedajúce krivkám typu II.

Na obr. 2,50 to ukazuje S v a ešte viac σ v oveľa menej skutočná odolnosť proti roztrhnutiu (Sk = Pk / Fk) definovaný ako pomer sily v momente porušenia k maximálnej ploche prierezu vzorky v mieste porušenia Fk. Zdalo by sa, že magnitúda Sk je najlepšou charakteristikou konečnej pevnosti materiálu. Ale je to aj podmienené. Kalkulácia Sk predpokladá, že v momente lomu pôsobí v krčku jednoosová schéma napätia, hoci v skutočnosti tam vzniká objemový stav napätia, ktorý sa vôbec nedá charakterizovať jedným normálovým napätím (preto sa v teóriách neuvažuje so sústredenou deformáciou). deformačné spevnenie v jednoosovom ťahu). V skutočnosti, Sk určuje len určité priemerné pozdĺžne napätie v momente porušenia.

Význam a význam dočasného odporu, ako aj S v a Sk sa výrazne zmení pri prechode z uvažovaného diagramu napínania (pozri obr. 2.44, III) k prvým dvom (pozri obr. 2.44, I,II). Pri absencii plastickej deformácie (pozri obr. 2.44, ja) σ v ≈ S v ≈ Sk. V tomto prípade maximálne zaťaženie pred poruchou P c určuje takzvanú skutočnú odolnosť proti roztrhnutiu alebo krehkú pevnosť materiálu. Tu už σ in nie je podmienená, ale charakteristika, ktorá má určitý fyzikálny význam, určený povahou materiálu a podmienkami krehkého lomu.

Pre materiály s relatívne nízkou ťažnosťou, pričom krivka napínania znázornená na obr. 2.44 II, σ in je podmienené napätie v momente deštrukcie. Tu S V = Sk a celkom presne charakterizuje medzu pevnosti materiálu, pretože vzorka je rovnomerne deformovaná v podmienkach jednoosového napätia až do prasknutia. Rozdiel v absolútnych hodnotách σ v a S c závisí od predĺženia pred porušením, nie je medzi nimi priamy úmerný vzťah.

V závislosti od typu a dokonca aj kvantitatívnych charakteristík ťahových diagramov jedného typu, fyzikálny význam σ v, S v a Sk môže výrazne a niekedy aj zásadne zmeniť. Všetky tieto napätia sa často označujú ako charakteristiky konečnej pevnosti alebo odolnosti proti lomu, hoci v mnohých dôležitých prípadoch σ v a S v skutočnosti určiť odolnosť voči výraznej plastickej deformácii a nie voči zničeniu. Preto pri porovnaní σ v, S v a Sk rôzne kovy a zliatiny, treba vždy brať do úvahy špecifický význam týchto vlastností pre každý materiál v závislosti od typu jeho diagramu napätia.

- - ťahové napätie, pri ktorom v podmienkach krátkodobého zaťaženia začína nevratná plastická deformácia výstuže, v MPa, N/mm2. [Terminologický slovník pre betón a železobetón. Federal State Unitary Enterprise "Výskumné centrum" Stavebné "NIIZHB nich. A. A... Encyklopédia pojmov, definícií a vysvetlení stavebných materiálov

elastický limit- Charakteristika deformačných vlastností elastických materiálov vyjadrená najvyšším napätím, pri ktorých vznikajú zvyškové deformácie, ktorých hodnoty nepresahujú hodnoty povolené technickými podmienkami [Terminologický slovník pre ... ... Technická príručka prekladateľa

ELASTICKÝ LIMIT- (medza pružnosti) najvyššie napätie, pri ktorom teleso ešte nedostáva zvyškové deformácie. V praxi sa za medzu pružnosti považuje napätie, pri ktorom zvyšková deformácia po odstránení zaťaženia nepresiahne určitú ... ... Marine Dictionary

Elastický limit- Limit pružnosti Limit pružnosti. Maximálne napätie, ktoré materiál vydrží bez plastickej deformácie, ktorá zostane po úplnom uvoľnení napätia. Materiál prekračuje medzu pružnosti, keď je zaťaženie dostatočné na to, aby spôsobilo... ... Slovník hutníckych pojmov

elastický limit- tamprumo riba statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. elastický limit; medza pružnosti vok. Elastizitätsgrenze, rus. medza pružnosti, mpranc. medza elasticity, f; limite d'elasticité, f; limite élastique, f … Fizikos terminų žodynas

elastický limit- podmienené napätie zodpovedajúce vzhľadu po odľahčení nevýznamnej zvyškovej deformácie, zvyčajne rovnajúcej sa 0,05 %. Pozri tiež: Fyzikálna medza klzu ... Encyklopedický slovník hutníctva

ELASTICKÝ LIMIT- mechanické vlastnosti materiálov: napätie, pri ktorom zvyškové deformácie po prvýkrát dosiahnu určitú hodnotu, vyznačujúce sa určitou hodnotou. tolerancia stanovená technikom. podmienky (napr. 0,001; 0,005; 0,03 %), určené bu. P. at. limity...... Veľký encyklopedický polytechnický slovník

ELASTICKÝ LIMIT- charakteristika deformačných vlastností elastických materiálov, vyjadrená najväčším napätím, pri ktorom sa objavujú zvyškové deformácie, ktorých hodnoty neprekračujú hranice povolené technickými podmienkami (bulharský jazyk; bulharský) ... ... Stavebný slovník

ELASTICKÝ LIMIT- napätie, pri ktorom zvyškové deformácie po prvýkrát dosiahnu určitú malú hodnotu, charakterizovanú určitou toleranciou stanovenou technickými podmienkami (napríklad 0,001; 0,003; 0,005; 0,03%) ... Slovník hydrogeológie a inžinierskej geológie

ELASTICKÝ LIMIT- podmienené napätie zodpovedajúce vzhľadu po vyložení nevýznamnej zvyškovej deformácie, zvyčajne rovnajúcej sa 0,05% ... Hutnícky slovník

knihy

• Optická metóda na štúdium napätí. , E. Cocker. Kniha Cockera a Fylona "Optická metóda výskumu stresu" má veľký vedecký a praktický význam. Autori tejto knihy, poprední odborníci v oblasti teórie pružnosti a ...