家脊椎

弾性限界の決定。引張強さの特性。硫黄とリンの不純物

他の静的試験と同様に、引張状態での機械的特性は、次の 3 つの主要なグループに分類できます。 強度、可塑性、粘度特性. 強度特性 - これらは、サンプル材料の変形や破壊に対する耐性の特性です。ほとんどの標準強度特性は、従来の引張応力の形式で、引張図上の特定の点の位置から計算されます。セクション 2.3 では、ひずみ硬化を最も正確に特徴付ける真応力 - 真ひずみの座標で図を分析しました。実際には、機械的特性は通常、荷重絶対伸び座標の一次引張曲線から決定され、試験機のチャートテープに自動的に記録されます。さまざまな金属および合金の多結晶の場合、低温でのこれらの曲線の種類全体は、一次近似的に 3 つのタイプに減らすことができます (図 2.44)。

図2.44- 一次引張曲線の種類

タイプ I の引張線図は、顕著な塑性変形を伴わずに破損したサンプルの典型的なものです。タイプ II ダイアグラムは、破損するまで均一に変形したサンプルを引き伸ばすことによって得られます。最後に、タイプ III の図は、ネッキング後に破損したサンプルの典型的なものです。濃縮変形。このような図は、ネッキングなしで破損したサンプルを (高温引張で) 伸長した場合にも得られます。プロット BKここでは、大きく引き伸ばすことができ、変形軸とほぼ平行になります。故障するまで負荷を増加します (図 2.44 を参照) Ⅱ) または最大まで (図 2.44 を参照) Ⅲ) は、滑らか (実線) または不連続のいずれかになります。特に後者の場合、引張線図上に歯と降伏プラトーが現れることがあります (図 2.44 の点線)。 Ⅲ、Ⅲ).

図の種類に応じて、そこから計算できる一連の特性とその物理的な意味が変わります。図では、 2.44（タイプIII図）は、強度特性を計算するために使用される特性点を示しています。

(σ i = PI/F0).

ご覧のとおり、他の 2 つのタイプの図 (図 2.44 を参照) 私,Ⅱ) これらの点すべてがプロットされるわけではありません。

比例の限界。張力線図上の最初の特徴点は、 p(図 2.45 を参照)。力 P nu が値を決定します 比例限界 - サンプル材料がフックの法則から逸脱することなく耐えることができる応力。

P nu のおおよその値は、伸縮曲線の分岐と直線セクションの継続が始まる点によって決定できます (図 2.46)。

図2.46- 比例の限界を決定するためのグラフィカルな方法。

方法論を統一し、比例限界の計算精度を高めるために、荷重と伸びの線形関係からの偏差が一定の値に達する条件応力 (σ nu) として評価します。通常、σ nu を決定する際の許容誤差は、その点における伸縮曲線の接線によって形成される傾斜角の接線を小さくすることによって設定されます。 p初期弾性セクションの接線と比較した、変形軸との関係。標準公差は 50% ですが、10% および 25% の公差も可能です。その値は、比例制限の指定 (σ nu 50、σ nu 25、σ nu 10) で指定する必要があります。

一次張力線図のスケールが十分に大きい場合、比例限界の値はこの線図上で直接グラフィカルに決定できます (図 2.46 を参照)。まずは直線部分を変形軸と交わる点まで続けます 0, これが座標の新しい原点とみなされ、機械の剛性が不十分なために歪んだ図の最初の部分が除外されます。次に、2 つの方法を使用できます。それらの最初のものによれば、弾性領域内の任意の高さで垂線が復元されます。 AB負荷軸まで (図 2.46 を参照) あ)、それに沿ってセグメントを配置します BC=½ ABそして線を引く OS。この場合、tanα'=tanα/1.5となる。ここで、伸縮曲線に平行に接線を引くと、 OS、次に接点 R必要な負荷が決まります Pぬ。

2番目の方法では、図の直線部分上の任意の点から垂線を下ろします。ク(図 2.46 を参照) b) を x 軸上に配置し、それを 3 つの等しい部分に分割します。ポイントを通して Cそして座標の原点は直線を描き、それに平行に、つまり伸縮曲線の接線を描きます。タッチポイント p努力に相当する Pν(tg α'=tan α/1.5)。

比例の限界は、小さな変形を測定するための特別な装置であるひずみゲージを使用すると、より正確に決定できます。

弾性限界。一次張力線図 (図 2.45 を参照) 上の次の特徴点は、次の点です。 e。条件付きの負荷に対応します。 弾性限界 - 永久伸びが所定の値に達する応力、通常は 0.05%、場合によってはそれ以下、最大 0.005%。計算に使用される許容差は、条件付き弾性限界 σ 0.05、σ 0.01 などの指定で示されます。

弾性限界は、巨塑性変形の最初の兆候が現れる応力を特徴づけます。永久伸びの許容差が小さいため、一次引張線図から σ 0.05 さえも十分な精度で決定することは困難です。したがって、高い精度が要求されない場合には、弾性限界は比例限界と等しいとみなされます。 σ 0.05 の正確な定量的評価が必要な場合は、ひずみゲージが使用されます。 σ 0.05 を決定する方法は、多くの点で σ nu について説明した方法と似ていますが、根本的な違いが 1 つあります。弾性限界を決定する際、公差は残留変形の大きさによって設定されるため、各荷重ステップ後にサンプルを初期応力 σ 0 ≤ 10% (予想される σ 0.05 の 10%) まで除荷し、伸びだけを測定する必要があります。ひずみゲージを使って。

伸び軸に沿った引張線図の記録スケールが 50:1 以上で、荷重軸に沿った値が 1 mm あたり 10 MPa 以下の場合、σ 0.05 のグラフによる決定が許可されます。これを行うには、座標の原点からの延長軸に沿ってセグメントを配置します。 わかりました= 0,05 私 0 /100 および点を通過に図の直線部分に平行な直線を引きます (図 2.47)。座標点 e負荷サイズに対応します R 0.05、条件付き弾性限界を決定します σ 0.05 = P0.05/F0.

収量制限。図に歯張力と降伏プラトーがない場合は、次のように計算します。 条件付き降伏強度 - 永久伸びが所定の値に達する応力、通常は0.2%です。したがって、条件付き降伏強さはσ 0.2 で表されます。ご覧のとおり、この特性は許容値のみが条件付き弾性限界と異なります。限界

降伏は、塑性変形へのより完全な移行が起こる応力を特徴付けます。

σ 0.2 の値の最も正確な推定は、ひずみゲージを使用して行うことができます。耐力を計算するための伸び許容差は比較的大きいため、応力-ひずみ線図が十分に大きなスケール (ひずみ軸に沿って少なくとも 10:1) で記録されている場合は、応力-ひずみ線図からグラフで決定されることがよくあります。これは、弾性限界を計算するときと同じ方法で行われます (図 2.47 を参照)。 わかりました = 0,2l 0 /100.

比例性、弾性、流動性の条件付き制限は、小さな変形に対する材料の耐性を特徴付けます。それらの大きさは、対応する変形許容値を満たす真の応力とはわずかに異なります。これらの制限の技術的な重要性は、ストレスレベルを推定することです。

この部品またはその部品は、残留変形 (比例制限) を受けたり、動作条件によって決定される小さな許容値 (σ 0.01、σ 0.05、σ 0.2 など) による変形を受けることなく動作できます。現代の技術では、部品や構造の寸法に残留変化が生じる可能性がますます制限されていることを考慮すると、設計計算で広く使用されている比例、弾性、流動性の限界についての正確な知識が緊急に必要であることが明らかです。

あらゆる材料の比例限界の物理的意味は非常に明白であるため、特別な議論を必要としません。実際、単結晶および多結晶、均質金属および異相合金の σ nu は常に、引張中にフックの法則が観察される最大応力であり、マクロ塑性変形は観察されません。 σ nu に達する前に、多結晶サンプルの個々の粒子で塑性変形が始まる可能性がありますが (それらが良好な配向を持ち、応力集中部が存在する場合)、ただし、それは顕著な伸びにはつながらないことに注意してください。粒子の大部分が変形の影響を受けるまで、サンプル全体を分析します。

サンプルのマクロ伸びの初期段階は弾性限界に対応します。有利に配向した単結晶の場合、臨界せん断応力に近くなければなりません。当然のことながら、単結晶の結晶方位が異なると、弾性限界も異なります。テクスチャーのない十分に細かい粒子の多結晶では、弾性限界は等方性であり、すべての方向で同じです。

多結晶の条件付き降伏強さの性質は、原理的には弾性限界の性質と似ています。しかし、金属や合金の小さな塑性変形に対する耐性の最も一般的かつ重要な特性は降伏強度です。したがって、降伏応力の物理的意味とそのさまざまな要因への依存性をより詳細に分析する必要があります。

このような金属や合金の引張中に、弾性変形から塑性変形への滑らかな移行（歯や降伏プラトーなし）が観察されます。初期状態（試験開始前）には十分な数の可動性の緩い転位が存在します。）。これらの材料の多結晶の塑性変形を開始するのに必要な応力は、条件付き降伏強度によって推定され、粒子内の転位の移動に対する抵抗力、境界を越える変形の伝達の容易さ、および結晶粒のサイズによって決まります。穀物。

同じ要素が価値を決定します 物理降伏強度σt - ほぼ一定の引張荷重の作用下でサンプルが変形する応力 P t (図 2.45、点線の曲線上の収量面積を参照)。物理的降伏強度は、降伏歯の頂点に対応する荷重から計算される上部降伏強度とは対照的に、下部降伏強度と呼ばれることがよくあります。 そして(図 2.45 を参照): σ t.v = Pテレビ/ F0.

歯と降伏プラトー（いわゆる突然降伏現象）の形成は次のようになります。弾性伸縮により、変形に対する抵抗が σ t.v まで滑らかに増加します。その後、比較的急激な応力の低下が σ t.n まで発生し、その後一定の外力により変形 (通常 0.1 ～ 1%) が発生します。降伏プラトーが形成されます。。この領域に対応する伸長中、サンプルは作業長に沿って特徴的なチェルノフ・ルーダースバンドで覆われ、その中で変形が局所化されます。したがって、降伏点での伸び量 (0.1 ～ 1%) をチェルノフ・ルーダースひずみと呼ぶことがよくあります。

突然の流動現象は、技術的に重要な多くの金属材料で観察されるため、実用上非常に重要です。また、塑性変形の初期段階の性質を理解するという観点から、一般的な理論的に興味深いものです。

ここ数十年で、異なる格子や微細構造をもつ金属や合金の単結晶や多結晶を引き伸ばすことによって、歯と降伏プラトーが得られることが示されてきました。ほとんどの場合、bcc 格子を備えた金属およびそれらに基づく合金をテストすると、突然の流動性が記録されます。当然のことながら、これらの金属における急激な流動性の実用的意義は特に大きく、多くの理論もこれらの金属の特性と関連して展開されている。急激な降伏を説明するために転位の概念を使用することは、転位理論の最初の非常に有益な応用の 1 つでした。

当初、bcc 金属における歯と降伏プラトーの形成は、不純物による転位の効果的なブロックに関連していました。 bcc 格子では、格子間不純物原子が球面対称性を持たない弾性応力場を形成し、純粋にらせん転位を含むあらゆるタイプの転位と相互作用することが知られています。低濃度でも [<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.

コットレルの理論の正しさは、次の簡単な実験の結果によって確認されます。鉄サンプルを尖ったように変形させた場合あ(図 2.48)、荷重を降ろしてすぐに再度伸長すると、新しい初期状態で予備伸長した後、サンプルには不純物雰囲気のない可動転位が多く含まれているため、歯と降伏プラトーは発生しません。今ならポイントから降ろした後あサンプルを室温またはわずかに高い温度に保ちます。転位上の不純物が凝縮するまで時間を置くと、新しいストレッチにより、歯と降伏領域が再び図上に表示されます。

したがって、コットレルの理論は、突然の離職を次のことと関連付けます。 ひずみ時効 - 不純物による転位の固定。

ブロックを解除した後、少なくとも最初は、これらの「古い」転位の滑りによって塑性変形が行われるというコットレルの仮定は、普遍的ではないことが判明した。多くの材料では、初期転位が非常にしっかりと固定されるため、転位のブロック解除が起こらず、新たに形成された転位の移動により降伏点での塑性変形が発生することが確認されています。さらに、歯と降伏プラトーの形成が転位のない結晶、つまり「ウィスカー」で観察されます。したがって、コットレルの理論は、重要ではあるものの、突然の離職という特定のケースのみを説明しています。

同名の降伏に関する現代の理論の基礎は、まだ最終的に確立されたとは考えられていないが、コットレルによって提唱されたものと同じ見解である。つまり、歯と降伏プラトーは、歯の初期における可動転位の数の急激な増加によって引き起こされる。プラスチックの流れ。これは、その外観のためには 2 つの条件が満たされなければならないことを意味します: 1) 最初のサンプルでは自由転位の数は非常に少なくなければなりません、そして 2) 塑性変形の開始時に何らかのメカニズムによって自由転位が急速に増加できなければなりません。。

元のサンプルに可動転位が存在しないことは、その下部構造（たとえばウィスカー）の完成度が高いこと、または既存の転位の大部分が固定されていることと関連付けることができます。コットレルによれば、そのような固定は不純物雰囲気の形成によって達成できるという。例えば第２相の粒子を使用するなど、他の固定方法も可能である。

可動性脱臼の数は急激に増加する可能性があります。

１）以前に固定された転位のブロックが解除されるため（不純物雰囲気からの分離、横方向の滑りによる粒子のバイパスなど）。

2) 新しい転位の形成による。

3) 相互作用の結果としてのそれらの再生産による。

多結晶では、降伏応力は粒子サイズに大きく依存します。粒界は転位の移動に対する効果的な障壁として機能します。粒子が細かくなるほど、滑り転位の経路上でこれらの障壁が発生する頻度が高くなり、初期段階ですでに塑性変形を継続するために必要な応力が大きくなります。その結果、結晶粒が微細化するにつれて降伏強度が増加します。多くの実験により、降伏強度が低いことが示されています。

σ t.n = σ i + K y d -1/2 、 (2.15)

ここで、σ i ときー特定の試験温度およびひずみ速度における材料定数。 d- 粒子サイズ (または多角形構造のサブグレイン)。

最初の著者の名前をとってペッチ・ホール方程式と呼ばれる式 2.15 は普遍的であり、σ sof だけでなく、条件付き降伏強さ、および一般に均一変形領域の応力に対する結晶粒径の影響をよく説明しています。。

経験式 (2.15) の物理的解釈は、突然の流動性の性質についてすでに検討されているアイデアに基づいています。定数 σ i は粒子内で転位を移動させるのに必要な応力と考えられ、次の項は Kyd -1/2- 隣接する粒子の転位源を駆動するのに必要な電圧として。

σ i の値は、パイエルス・ナバロ力と転位の滑りに対する障害物（他の転位、外来原子、第二相の粒子など）に依存します。したがって、σ i (「摩擦応力」) は、転位が粒子内を移動するときに克服しなければならない力を補償します。 σ i を実験的に決定するには、一次引張線図を使用できます。σ i の値は、降伏領域を超えた小さな変形の領域に外挿された引張曲線と、この曲線の直線部分との交点に対応します (図 1)。 2.49、あ）。 σ i を推定するこの方法は、面積 私たち引張図は、引き伸ばされたサンプルの多結晶性の結果です。それが単結晶であれば、その点から塑性流動が始まります。私 .

図2.49。引張線図からの流動応力 σ i の決定 (a)、および結晶粒径に対する下降伏強さの依存性 (b)。

σ i を決定する 2 番目の方法は、直線 σ を外挿することです。いわゆる - d -1/2値に d -1/2 = 0 (図 2.49 を参照) b）。ここでは、σ i が多結晶と同じ粒内構造を持つ単結晶の降伏強度であると直接仮定されます。

パラメータケイ直線 σ t - の傾きを特徴づけます。 d- 1/2。コットレル氏によれば、

ケイ = σ d(2l) 1/2、

ここで、σ d隣接する粒子内の転位のブロックを解除するのに必要な電圧（たとえば、不純物雰囲気または粒界からの分離）。私- 粒界から最も近い転位源までの距離。

したがって、ケイ粒子から粒子への変形の伝達の難しさを決定します。

急激な流れの影響は試験温度に依存します。その変化は、降伏歯の高さ、プラットフォームの長さ、そして最も重要なことに、より低い（物理的）降伏強さの値の両方に影響します。試験温度が上昇すると、通常、歯の高さと降伏プラトーの長さは減少します。この効果は、特に、BCC 金属の張力中に現れます。例外は、加熱によって転位のブロックが増加したり、転位の生成が困難になったりする合金および温度範囲です (たとえば、時効または秩序化中)。

低降伏強度は、転位ブロッキングの程度が大きく変化する温度で特に急激に減少します。たとえば、bcc 金属では、σ t.n の鋭い温度依存性が 0.2 未満で観察されます。 T pl、これはまさに低温での脆性破壊の傾向を決定するものです (セクション 2.4 を参照)。 σ tn の温度依存性の必然性は、その成分の物理的意味からわかります。実際、σ i は温度に依存するはずである。なぜなら、摩擦力に打ち勝つのに必要な応力は、横方向の滑りや這うことによって障壁を迂回するのが容易であるため、温度が上昇すると低下するからである。値を決定する転位のブロックの程度ケイしたがって、この用語は Kyd -1/2式 (2.15) では、加熱とともに減少するはずです。たとえば、bcc 金属では、これは格子間不純物の高い拡散移動度により、低温で既に不純物雰囲気がぼやけるためです。

公称降伏強さは通常、温度にはあまり依存しませんが、試験中に相変態が起こらない純粋な金属や合金が加熱されると自然に低下します。このような変態（特に時効）が起こると、温度の上昇に伴う降伏強度の変化の性質が曖昧になります。構造の変化に応じて、温度の複雑な依存性だけでなく、ここでも低下または上昇する可能性があります。たとえば、過飽和固溶体であるプリハードン合金の引張温度が上昇すると、最初は降伏強度が特定の最大値まで増加します。これは、合金の分解生成物の分散した凝集析出の最大数に対応します。試験プロセス中に固溶体が発生し、温度がさらに上昇すると、マトリックスと粒子の凝集性が失われ、粒子が凝集するため、σ 0.2 は減少します。

抗張力。ポイント通過後 s引張図 (図 2.45 を参照) では、サンプルは激しい塑性変形を受けますが、これについては以前に詳しく説明しました。点「c」までは、サンプルの作業部分は元の形状を維持します。ここでの伸びは有効長に沿って均等に分布します。という時点で、 ” この塑性変形のマクロ均一性は破壊されます。サンプルの一部、通常はすでに初期状態にあるか、張力中に形成された応力上昇部の近く (ほとんどの場合、計算された長さの中央) で、変形の局所化が始まります。これは、サンプルの断面の局所的な狭まり、つまりネックの形成に対応します。

著しく均一な変形が発生し、プラスチック材料のネック形成開始の瞬間が「遅れる」可能性は、ひずみ硬化によるものです。それが存在しない場合、降伏点に到達するとすぐにネックが形成され始めます。均一な変形の段階では、ひずみ硬化による流動応力の増加は、サンプルの計算された部分の伸びと狭まりによって完全に補償されます。断面の減少による応力の増加が歪み硬化による応力の増加よりも大きくなると、変形の均一性が崩れ、ネックが形成されます。

首は点「b」からその点で破壊されるまで成長します。 k(図 2.45 を参照)、同時にサンプルに作用する力は減少します。最大荷重による（ P c、図。一次引張線図上の 2.44、2.45) を計算します。 一時的な抵抗(よく呼ばれます 抗張力または 条件付き引張強さ)

σ in = P b /F 0 .

ネックの形成とともに崩壊する材料の場合、σ in は最大均一変形に対する抵抗を特徴付ける条件応力です。

このような材料の極限強度 σ は決定しません。これには 2 つの理由があります。まず、σ は真の電圧よりも大幅に小さいです。 S点「c」に到達した瞬間にサンプル内で作用します。 . この時点で、相対伸びはすでにサンプルの断面積の 10 ～ 30% に達しています。 F V 「F0.それが理由です

S V =P V /F V > σ in = P V /F0.

しかし、いわゆる本当の限界点 Sまた、引張線図 (図 2.45 を参照) の点「c」を超えると、力は減少しますが、変形に対する真の抵抗は増加し続けるため、c は極限強度の特性として機能することはできません。実際のところ、あるサイトでのこの取り組みは、 k力はネック内のサンプルの最小断面積に集中し、その面積は力よりも速く減少します。

図2.50- 真の引張応力図

一次張力線図を座標に並べ替えると S-eまたは S-Ψ(図 2.50) から、次のことがわかります。 S破壊の瞬間まで変形とともに増加し続けます。図の曲線。 2.50。ひずみ硬化と引張強度特性の厳密な分析が可能になります。ネックを形成できない材料の真応力図 (図 2.50 を参照) には、多くの興味深い特性があります。特に、点「c」を超えて応力軸との交点までの図の直線部分の継続により、σ の値を近似的に推定し、その点までの直線部分を外挿することができます。 c、Ψ = 1 (100%) に対応すると、次のようになります。 S c= 2S V.

図の図。 2.50 は、以前に検討したひずみ硬化曲線とは定性的に異なります。これは、後者を分析するときに、一軸張力パターンが保存される均一変形の段階のみを議論したためです。以前に、タイプ II 曲線に対応する真応力の図が分析されました。

図では、 2.50 それは明らかです S in、特に σ in ははるかに小さい 真の耐引裂性 (S k =P k / F k) 破壊の瞬間の力と破壊点でのサンプルの最大断面積の比として定義されます。 FK。その大きさは S k材料の極限強度の最大の特徴です。しかし、それは条件付きでもあります。計算 S k破損の瞬間に一軸張力スキームがネック内で作用していると仮定していますが、実際には体積応力状態がそこに発生しており、一般に単一の垂直応力によって特徴付けることができません (これが、集中変形がひずみ硬化の理論で考慮されていない理由です)一軸張力下）。実際には、 S k破壊の瞬間における特定の平均長手方向応力のみを決定します。

一時的な抵抗の意味と意義、そして Sと S k考慮された張力線図から移動すると、大幅に変化します (図 2.44 を参照)。 Ⅲ) から最初の 2 つまで (図 2.44 を参照) Ⅰ、Ⅱ）。塑性変形がない場合 (図 2.44 を参照) 私) σ in ≈ S〜で S k。この場合、故障するまでの最大負荷は次のようになります。 P c は、材料のいわゆる実際の引裂抵抗または脆性強度を決定します。ここで、σ はもはや条件付き特性ではなく、材料の性質と脆性破壊の条件によって決定される、特定の物理的意味を持つ特性です。

図に示す応力-ひずみ曲線を示す比較的延性の低い材料の場合。 2.44、 Ⅱ, σ in は破壊の瞬間の条件応力です。ここ S V = S kサンプルは破断に至るまで一軸張力の条件下で均一に変形するため、材料の極限強度を非常に厳密に特徴付けることができます。との σ の絶対値の差 Sは破断するまでの伸びに依存し、それらの間に直接の比例関係はありません。

したがって、あるタイプの張力線図の種類や量的特性に応じて、σ の物理的意味は次のようになります。 Sと S k大きく、時には根本的に変化する可能性があります。これらすべての応力は多くの場合、極限強度または耐破壊性の特性として分類されますが、多くの重要なケースでは σ S実際、破壊に対する抵抗ではなく、重大な塑性変形に対する抵抗を決定します。したがって、σ in を比較すると、 Sと S k金属や合金が異なる場合は、応力-ひずみ線図の種類に応じて、各材料のこれらの特性の特定の意味を常に考慮する必要があります。

2. 弾性限界

3. 降伏強さ

4. 引張強さまたは引張強さ

5. 遮断時電圧

描画。 2.3 – 破断後の円筒形サンプルの図 (a) および破断部位近くのサンプルゾーンの変化 (b)

ダイアグラムが材料の特性のみを反映するように（サンプルのサイズに関係なく）、相対座標（応力-ひずみ）で再配置されます。

任意の座標 i番目このような図（図2.4）の点は、引張力の値（図2.2）をサンプルの元の断面積（）で割ることによって得られ、横軸は絶対値を割ることによって得られます。サンプルの作業部分の元の長さによる伸び ()。特に、図の特徴点については、式(2.3)…(2.7)を用いて縦軸を計算する。

結果の図は次のように呼ばれます。 従来の電圧図 (図2.4)。

この図の慣例は、試験中に変化する現在の断面積からではなく、元の断面積から応力を決定する方法にあります。応力図は、元の引張図のすべての特徴を保持しています。図の特性応力は限界応力と呼ばれ、試験対象の材料の強度特性を反映しています。 (式 2.3…2.7)。この場合に教示される金属の降伏強さは金属の新しい物理的状態に対応するため、物理的降伏強さと呼ばれることに注意してください。

描画。 2.4 – 電圧図

電圧図 (図 2.4) から、次のことが明らかです。

つまり、引張弾性率 Eは、応力図の最初の直線部分の横軸に対する傾斜角の正接に数値的に等しい。これが引張弾性率の幾何学的意味です。

荷重の各瞬間にサンプルに作用する力を、対応する瞬間の断面の真の値に関連付けると、多くの場合、次の文字で示される真の応力の図が得られます。 S(図 2.5、実線)。図の 0-1-2-3-4 のセクションではサンプルの直径がわずかに減少しているため (ネックがまだ形成されていない)、このセクション内の実際の図は従来の図 (破線の曲線) と実質的に一致します。、少し高いところを通過します。

描画。 2.5 – 真の電圧図

真応力図の残りのセクション (図 2.5 のセクション 4-5) を作成するには、引張試験中にサンプルの直径を測定する必要がありますが、常に可能であるとは限りません。サンプルの破断の瞬間に対応する、実際の図 (図 2.5) の点 5() の座標の決定に基づいて、図のこのセクションを作成する近似的な方法があります。まず、真の破壊応力を決定します

ここで、は破断の瞬間にサンプルにかかる力です。

– 破断の瞬間におけるサンプルのネックの断面積。

点の 2 番目の座標 - 相対変形 - には、真の塑性成分と弾性成分の 2 つの成分が含まれます。この値は、試験前後のサンプルの破断点付近の材料の体積が等しい状態から求めることができます (図 2.3)。したがって、単位長さのサンプルの材料の体積は、試験前はに等しく、破断後はに等しくなります。これは、骨折部位付近の単位長さのサンプルの伸びです。本当の変形はここにあるので、、それ。フックの法則を使用して弾性成分を求めます。この場合、点 5 の横座標はに等しくなります。点 4 と点 5 の間に滑らかな曲線を描くと、実際の図の全体像が得られます。

最初の断面の引張線図が明確に定義された降伏プラトーを持たない材料 (図 2.6 を参照) の場合、降伏強さは従来、残留変形が GOST または技術仕様によって確立された値となる応力として定義されます。 GOST 1497–84 によると、この残留変形の値はサンプルの測定長さの 0.2% であり、耐力記号 – で示されます。

引張サンプルを試験するときは、強度特性に加えて、次のような塑性特性も決定されます。 相対的な拡張 破断後のサンプル。元の長さに対する破断後のサンプルの長さの増加の比率として定義されます。

そして 相対的に狭くなる 、次の式で計算されます。

% (2.10)

これらの式では、サンプルの最初に計算された長さと断面積、それぞれ計算された部分の長さと破断後のサンプルの最小断面積です。

相対変形の代わりに、いわゆる対数変形が使用される場合もあります。サンプルを伸ばすとサンプルの長さが変化するため、長さの増加分は ダウンロードではなく、現在の値を参照してください . 伸びの増分を積分すると長さがからに変化すると、金属の対数または真の変形が得られます。

それから – 破断時のひずみ（すなわち、 . = k）意思

また、サンプルの塑性変形が長さに沿って不均一に発生することも考慮する必要があります。

金属の性質に応じて、金属は通常、延性が高い（焼きなまし銅、鉛）、延性がある（低炭素鋼）、脆い（ねずみ鋳鉄）、非常に脆い（白鋳鉄、セラミック）に分類されます。

負荷適用率 V変形ダイアグラムの外観とマテリアルの特性に影響します。 σ T そして σ V 負荷速度の増加とともに増加します。極限強度と破壊点に相当する変形が軽減されます。

従来の機械はひずみ速度を提供します

10 -2 ...10 -5 1/秒

気温が下がるにつれて T ISP パーライト鋼の場合は増加 σ T そして減少します。

オーステナイト鋼、アルそしてティ合金は低下に対して反応が弱くなります T.

温度が上昇すると、一定の応力、すなわち、一定の応力で時間の経過に伴う変形の変化が観察されます。クリープが発生し、> 以上 σ 、それらの< .

通常、クリープには 3 つの段階があります。機械工学の場合、ステージ II が最も重要です。 έ = const (クリープの定常段階)。

さまざまな金属の耐クリープ性を比較するために、クリープ限界という条件付き特性が導入されました。

クリープ限界 σ お願いします は、一定期間内の塑性変形が技術的条件によって確立された値に達する応力と呼ばれます。

「クリープ」という概念とともに、「ストレス緩和」という概念も知られています。

応力緩和のプロセスは、一定の変形の下で発生します。

高い一定の負荷がかかったサンプル Tネッキングを伴う破壊 (延性結晶間破壊) またはネッキングを伴わない破壊 (脆性結晶間破壊) のいずれかになります。 1つ目は低位の場合に典型的なものです Tそして高い σ .

高い材料強度 T長期的な強度限界によって評価されます。

長期的な強度の限界(σ dp)引張サンプルが一定時間後に破損する荷重と元の断面積の比です。

高所で作業する溶接製品を設計する場合 Tを割り当てるときは、次の値によって導かれます [ σ ]:

a) いつ T引張強さの場合は 260 ℃ σ V ;

b) いつ T炭素鋼の場合は 420 ℃ T < 470 о С для стали 12Х1МФ, T< 550 о С для 1Х18Н10Т – на σ T ;

c) より高い T長期的な強度の限界まで σ dp .

記載されている静荷重下での試験方法に加えて、曲げ、ねじり、せん断、圧縮、圧潰、安定性、硬さの試験も行われます。

オイラーの公式を導出する際、臨界力の作用によってロッドの断面に生じる中心圧縮応力 a cr = R/F、 PCに関する材料の比例制限を超えないでください。この条件が満たされない場合、臨界力を決定する際に、元の微分方程式 (13.2) が得られた妥当性の仮定の下で、フックの法則を使用することはできません。したがって、 オイラーの公式が適用できる条件一般的な場合、次のような形式になります。

a ko = o pi となる柔軟性の値を A で表します。

この場合、オイラーの公式 (13.16) の適用条件は次の形式で表すことができます。

式 (13.17) で求められる量をといいます。 極度の柔軟性。条件(13.18)が満たされるロッドを次のように呼びます。 柔軟性の高いロッド。

式 (13.17) からわかるように、究極の柔軟性は材料の特性、つまり弾性率と比例限界に依存します。スチール製なので E= 2.1 10 5 MPa の場合、A は値 o pc、つまり鋼の等級に依存します。たとえば、建築構造物で一般的な一部の VStZ グレード鋼の場合、値 o p は 200n ～ 210 MPa であり、式 (13.17) によれば、Aj = 100 となります。したがって、示されたグレードの鋼の場合、適用条件は次のようになります。オイラーの公式は次のように考えることができます。

ツリーの最大柔軟性値は Aj = 70 と見なされます。鋳鉄の場合 = 80。

材料の比例限界を超える応力における臨界荷重を理論的に決定することは非常に困難です。同時に、材料の比例限界を超えて動作するロッドの安定性についての実験研究が数多く行われています。これらの研究は、オイラーの公式を使用して計算された臨界力の実験値と理論値との間に大きな差異があることを示しました。この場合、オイラーの公式は常に臨界力の過大評価値を与えます。

実験データに基づいて、さまざまな著者が、材料の比例限界を超える臨界応力を計算するための経験式を提案しています。最も単純なものは 線形依存性、 20 世紀初頭にドイツの科学者 L. テトマイヤーによって提案され、彼とは独立してサンクトペテルブルク交通工学研究所の F.S. 教授によって提案されました。ヤシンスキー:

どこあそして b-経験的な係数はロッド材料の特性に依存し、応力の次元を持ちます。

比例限界 a pc = 200 MPa および降伏強度 a t = 240 MPa の鋼グレード VStZ の場合、次の結果が得られました。あ= 310MPa、 b= 1.14MPa。

一部の素材については X 非線形依存関係が使用されます。たとえば、木材（松、トウヒ、カラマツ）の場合、バツ

鋳鉄の場合バツ

Tetmyer-Jasinski の式 (13.20) は、この式を使用して計算された臨界応力がプラスチック材料の降伏強度 o m および脆性材料の圧縮強度 o vs を超えない場合に使用できます。式 (13.20) で次のように表すと、 ×2 a = となる柔軟性の値あ延性の場合は o = a 脆性の場合

cr t cr サン

材料を書くことができます 適用条件次の形式のテトマイヤー・ジャシンスキー式

ここで、A は式 (13.17) によって決定されます。

条件(13.23)が満たされるロッドを呼びます 中程度の柔軟性のロッド。

上記の値を考慮すると、 o m,ii1) 鋼グレード VStZ については、式 (13.20) を使用して得られます。 ×2～ 60、条件 (13.23) は次の形式になります。

ロッド X が呼び出されます 柔軟性の低いロッド。安定性の喪失の結果としてではなく、中央の圧縮による強度の喪失の結果として、それらは崩壊する可能性があります。この場合、延性および脆性材料で作られた柔軟性の低いロッドの場合は、それに応じて次のことを行う必要があります。

図では、図 13.8 は、比例限界 a pc = 200 MPa および降伏強度 a t = 240 MPa の鋼グレード VStZ の柔軟性に対する臨界応力の依存性のグラフを示しています。でバツ> 100 チャート o おお）オイラーの双曲線で表される LV、

60 X BC、0 X 60 - 水平線 CD。値について X 100 オイラーの双曲線は点線で表されます。このグラフから、中程度および低い柔軟性のロッドの場合、オイラーの公式では臨界応力の値が大幅に過大評価されることが明らかです。

臨界応力 st、X のプラスチック材料で作られたロッドの場合、st の値は二次依存性を使用して決定することもできます。

ここで、A,j は式 (13.17) によって決定される最大の柔軟性です。与えられた依存関係のグラフを図に示します。 13.8カーブ BC(D、破線からわずかに逸脱しています BCD。

最初の弾性率種類 (E) - 材料の物理定数。実験によって決定され、応力とひずみの間の比例係数です。

σ = εE。

弾性率は、ひずみゲージを使用してサンプルを測定するか（計算方法）、または応力-ひずみ線図の最初のセクションを使用してグラフを使用して決定できます。

計算方法. サンプルは、予想される σ pts の 70 ～ 80% に等しい電圧に対応する負荷まで、等しいステップで負荷されます。荷重ステップの大きさは、予想の 5 ～ 10% である必要があります。 σ パソコン。試験結果に基づいて、荷重段階 ΔР ごとのサンプルの伸びの平均増分 Δl cp が決定されます。

グラフィック手法. サンプルの荷重図を「荷重 (縦軸) - 変形 (横軸)」という座標で記録します。 ΔP およびΔl cp は、負荷 P 0 から予想される σ pc の 70 ～ 80% に等しい電圧に対応する負荷までのセクションの図から決定されます。

弾性率式で計算される

この規格は、相対均一伸び δ P、サンプルの最終設計長さ l K、破断後のサンプルの相対伸び δ、相対狭まり ψ の決定も規制しています。 .

比例制限σ pts - 材料がフックの法則に従う最大応力は、計算またはグラフによる方法で決定できます。

計算方法別サンプルを順次ロードするミラーデバイスを使用して決定されます。負荷は最初に大きなステップで実行され、次に決定された σ pt から 0.65 ～ 0.8 の電圧で小さなステップで実行されます。Ｒｐｃは、歪みゲージの読み取り値によって記録される、比例の法則からの変形の特定の偏差で決定される。

グラフィカルに R pc は機械の引張線図から決定されます。

座標の原点 (図 2.7) から、張力線図の最初の直線部分と一致する直線を描きます。

任意の荷重レベルで、横軸に平行な直線ABを引き、この直線上に線分mkの半分に等しい線分knを置きます。点nと座標原点を通る直線Onを引き、それに平行に張力線図の接線CDを引きます。接触点によって必要な荷重 P pc が決まります。

図2.7。引張線図を使用して比例限界を決定するグラフィカルな方法

比例制限式で計算される

弾性限界σ 0.05 は、材料が残留変形を受けない最高の応力です。個々の結晶の塑性変形は荷重の非常に初期の段階ですでに現れるため、弾性限界の値 (および σ pc) は、実行される測定に課せられる精度要件によって異なります。

計算方法 . サンプルは初期 P 0 の 2 倍の値にロードされ、5 ～ 7 秒間保持された後、P 0 にアンロードされます。次に、サンプルは、予想される σ 0.05 の 70 ～ 80% に相当する値までロードされます。さらに荷重を各ステップで 5 ～ 7 秒の保持時間で段階的に実行し、その後残留伸びを測定しながら P 0 まで除荷します。永久伸びが指定された許容値を超える場合、試験は中止されます。試験結果に基づいて、荷重 P 0.05 が決定されます。

グラフィック手法 , σ 0.05 は、荷重-ひずみ線図の最初のセクションから決定されます (図 2.8)。伸びは、ひずみ計の底面に等しい断面にわたって測定されます。

P 0.05 を決定するには、ひずみ計のベースを考慮して残留伸びの対応する値を計算します。求められた値は、変形軸に沿った図のスケールに比例して増加します。結果として得られる長さ 0E のセグメントは、座標原点 0 の右側に x 軸に沿ってプロットされます。点 E から、直線 0A に平行な直線 EP が引かれます。引張線図との交点 P により、荷重 P 0.05 が決まります。

弾性限界式を使用して計算します

図2.8。弾性限界の決定

物理降伏強度σ t 、上部降伏強さ σ tv 、および下部降伏強さ σ tn は、引張線図から決定されます。

降伏点での相対変形速度は 0.00025 ～ 0.0025 s -1 の範囲に設定されます。降伏点でそのような速度を確立できない場合は、降伏が始まる前に荷重速度を 1 ～ 30 MPa/s に設定します。

荷重の顕著な増加がなく、サンプルの伸びによって機械の力計の針が明確に停止することによって、荷重 Pt を決定することができます。

収量制限式で計算される

図上に明確に定義された降伏プラトーがない (または明確に表現された初期遷移効果) 場合、降伏応力は従来、残留変形 σrest = 0.002 または 0.2% となる応力値とみなされます。

条件付き降伏強さσ 0.2 は計算またはグラフによって決定できます。

計算方法。σ ０．２は、弾性限界σ ０．０５を求める計算方法と同様に求められる。

グラフィック手法. σ 0.2 - σ 0.05 を決定するためのグラフィカルな方法と同様に決定され、直線 KL の伸縮曲線との交点で、曲線の最初のセクションに平行で、そこから水平方向に 0K = 0.2 の距離だけ離れた位置にあります。 1 o / 100) 許容公差に従ってください (図 2.9)。

米。 2.9. 引張線図からの降伏強さσ 0.2 の決定

条件付き降伏強さは、変形軸に沿った作図装置の縮尺が少なくとも 50:1 であれば、機械に記録された縮尺図からグラフで決定できます。

σ 0.2 を決定する場合、負荷速度は 1 ～ 30 MPa/s としてください。 条件付き降伏強さ式で計算される

一時抵抗 σ in （抗張力）。 σв を決定するために、サンプルは破損するまで徐々に増加する荷重の作用下で引き伸ばされます。サンプルの破壊に先立つ最大の荷重 P m ax は、一時的な抵抗に対応します。

一時的な抵抗式で計算される

プラスチック材料の場合、引張下での滑らかなサンプルの耐破壊性の特性が真の耐破壊性です。 真の引張強さ S k

ここで、F k は破壊点での断面積です。 P k - 破壊の瞬間の力。

破壊の性質サンプルの破壊の種類によって決定されます (図 2.10)。

現在、材料サンプルをテストする方法はいくつかあります。同時に、最も単純で最も明らかな試験の 1 つは引張 (引張) 試験であり、これにより材料の比例限界、降伏強度、弾性率、その他の重要な特性を決定することができます。材料の応力状態の最も重要な特性は変形であるため、サンプルの既知の寸法とサンプルに作用する荷重に対する変形値を決定することで、材料の上記の特性を確立することができます。

ここで、なぜ材料の抵抗を単純に測定できないのかという疑問が生じるかもしれません。実際のところ、絶対に弾性のある材料は、特定の限界、つまり抵抗を超えた後にのみ崩壊しますが、それは理論上でのみ存在します。実際には、ほとんどの材料は弾性と塑性の両方の特性を持っていますが、これらの特性がどのようなものであるかを金属の例を使用して以下に検討します。

金属の引張試験は、GOST 1497-84に従って実行されます。この目的のために、標準サンプルが使用されます。試験手順は次のようになります。サンプルに静荷重を加え、サンプルの絶対伸びを測定します。 Δl、その後、負荷が特定のステップ値だけ増加し、サンプルの絶対伸びが再度決定されます。得られたデータに基づいて、伸びと荷重のグラフが作成されます。このグラフは応力線図と呼ばれます。

図318.1。鋼サンプルの応力図。

この図には 5 つの特徴的な点が示されています。

1. 比例の限界 Rp(A点)

比例限界に達したときのサンプル断面の法線応力は次のようになります。

σ p = P p /F o (318.2.1)

比例制限は、図上の弾性変形の領域を制限します。このセクションでは、変形は応力に正比例し、フックの法則で表されます。

R p = kΔl (318.2.2)

ここで、k は剛性係数です。

k = EF/l (318.2.3)

ここで、l はサンプルの長さ、F は断面積、E はヤング率です。

弾性率

材料の弾性特性の主な特性は、ヤング率 E (第一種弾性率、引張弾性率)、第二種弾性率 G (せん断弾性率)、およびポアソン比 μ (横方向弾性率) です。変形係数）。

ヤング率 E は、比例範囲内の垂直応力と相対ひずみの比を示します。

ヤング率も、標準引張サンプルを試験するときに経験的に決定されます。材料の垂直応力は力を初期断面積で割った値に等しいため、次のようになります。

σ = Р/F о (318.3.1), (317.2)

相対伸び ε - 初期長さに対する絶対変形の比

ε pr = Δl/l o (318.3.2)

この場合、フックの法則によるヤング率は次のように表すことができます。

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

図318.2。いくつかの金属合金の応力図

ポアソン比 μ は、横ひずみと縦ひずみの比を示します。

荷重の影響下では、サンプルの長さが増加するだけでなく、考慮中の断面の面積も減少します（弾性変形領域の材料の体積が一定のままであると仮定すると、サンプルの長さが増加すると、断面積が減少します)。円形の断面を持つサンプルの場合、断面積の変化は次のように表すことができます。

ε ポップ = Δd/d o (318.3.4)

ポアソン比は次の式で表すことができます。

μ = ε ポップ /ε pr (318.3.5)

せん断弾性率 G はせん断応力の比を示します Tシアー角まで

せん断弾性率 G は、試験片のねじりを試験することによって実験的に決定できます。

角度変形中、考慮中のセクションは直線的には動きませんが、特定の角度、つまり最初のセクションに対するシフト角度 γ で動きます。せん断応力は、力をその力が作用する平面内の面積で割ったものに等しいため、次のようになります。

T=Р/F (318.3.6)

傾斜角の正接は絶対変形の比として表すことができます。 Δl絶対変形が記録された場所から回転が行われた相対点までの距離 h に変換します。

tgγ = Δl/h (318.3.7)

せん断角の値が小さい場合、せん断弾性率は次の方程式で表すことができます。

G= T/γ = Ph/FΔl (318.3.8)

ヤング率、せん断弾性率、およびポアソン比は、次の関係によって相互に関連付けられます。

E = 2(1 + μ)G (318.3.9)

定数 E、G、μ の値は表 318.1 に示されています。

表318.1。一部の材料の弾性特性の近似値

注記：弾性率は一定の値ですが、さまざまな建材の製造技術は変化するため、現在有効な規制文書に従って弾性率のより正確な値を明確にする必要があります。コンクリートの弾性率はコンクリートの種類によって異なるため、ここでは示しません。

弾性特性は、応力図上で点 A によって制限される弾性変形の制限内でさまざまな材料に対して決定されます。一方、応力図上ではさらにいくつかの点を特定できます。

2. 弾性限界Ру

弾性限界に達したときのサンプル断面の法線応力は次のようになります。

σ y = Р y /F o (318.2.4)

弾性限界は、発生する塑性変形が技術的条件によって正規化された特定の小さな値 (たとえば、0.001%、0.01% など) 内に収まる領域を制限します。弾性限界は公差 σ 0.001、σ 0.01 などに従って指定される場合があります。

3. 降伏強さРt

σ t = Р t /F o (318.2.5)

荷重が大幅に増加せずに変形が増加する図の領域 (降伏状態) を制限します。この場合、サンプルの全体積全体にわたって内部結合の部分的な破壊が発生し、重大な塑性変形が発生します。サンプル材料は完全には破壊されませんが、その初期の幾何学的寸法は不可逆的な変化を受けます。サンプルの研磨された表面では、降伏値が観察されます - せん断線 (V.D. チェルノフ教授によって発見されました)。金属が異なると、これらの線の傾斜角度は異なりますが、40 ～ 50 度の範囲になります。この場合、蓄積された位置エネルギーの一部は、内部結合の部分的な破壊に不可逆的に費やされます。引張試験を行う場合、降伏上限と降伏下限を区別するのが一般的です。それぞれ、有効荷重のほぼ一定の値で塑性（残留）変形が増加する最高応力と最低応力です。

応力図は降伏強度が低いことを示しています。ほとんどの材料では、この制限が材料の標準抵抗として採用されます。

材料によっては、顕著な収率プラトーが存在しないものもあります。これらの場合、条件付き降伏強さ σ 0.2 は、サンプルの残留伸びが ε ≈ 0.2% の値に達する応力とみなされます。

4. 引張強さP max (仮強度)

極限強度に達したときのサンプル断面の垂直応力は次のようになります。

σ in = P max /F o (318.2.6)

降伏上限 (応力図には示されていない) を超えると、材料は再び荷重に耐え始めます。最大の力 P max では、材料の内部結合の完全な破壊が始まります。この場合、塑性変形が 1 か所に集中し、いわゆるネックがサンプルに形成されます。

最大荷重時の応力は、材料の引張強度または引張強度と呼ばれます。

表 318.2 ～ 318.5 は、いくつかの材料のおおよその強度値を示しています。

表318.2一部の建築材料の圧縮強度 (一時強度) のおおよその限界。

注記: 金属および合金の場合、引張強さの値は規制文書に従って決定する必要があります。一部の鋼種の一時抵抗の値を表示できます。

表318.3。一部のプラスチックのおおよその強度限界 (引張強さ)

表318.4。一部の繊維のおおよその引張強度

表318.5。一部の木材種のおおよその強度限界

5. 物質の破壊 P r

応力図を見ると、荷重が減少するにつれて材料の破壊が起こるようです。この印象は、「ネック」の形成の結果として、「ネック」の領域のサンプルの断面積が大きく変化するために作成されます。変化する断面積に応じて低炭素鋼で作られたサンプルの応力図を作成すると、検討中のセクションの応力が一定の限界まで増加することがわかります。

図318.3。応力図: 2 - 初期断面積との関係、1 - ネック領域の変化する断面積との関係。

それにもかかわらず、強度の計算には元の幾何学的形状の変更がほとんど含まれないため、元の断面の面積に関連して材料の強度特性を考慮する方がより正確です。

金属の機械的特性の 1 つは、ネック領域の断面積の相対変化 ψ であり、パーセントで表されます。

ψ = 100(F o - F)/F o (318.2.7)

ここで、F o はサンプルの初期断面積（変形前の断面積）、F は「ネック」領域の断面積です。 ψ の値が大きいほど、材料の塑性特性がより顕著になります。 ψ の値が小さいほど、材料の脆弱性は大きくなります。

サンプルの引き裂かれた部分を合計してその伸びを測定すると、破断後は弾性変形が消失し、塑性変形だけが残るため、図の伸びよりも小さいことがわかります（線分NLの長さによる）。。塑性変形 (伸び) の量も、材料の機械的特性の重要な特性です。

弾性を超えて破壊に至るまでの全体的な変形は、弾性成分と塑性成分で構成されます。材料に降伏強度 (図 318.1 では、降伏強度と引張強度の間の点) を超える応力を加えてから荷重を解除すると、サンプルには塑性変形が残りますが、しばらくしてから再荷重すると、この場合、塑性変形の結果としてのサンプルの幾何学的形状の変化は、いわば内部結合の作用の結果となり、変化した幾何学的形状が初期状態となるため、弾性限界はより高くなります。 1つ。材料をロードおよびアンロードするこのプロセスを数回繰り返すと、材料の強度特性が向上します。

図318.4。加工硬化時の応力線図（傾斜直線は除荷と繰返し荷重に対応）

繰り返しの静的荷重によって得られる材料の強度特性の変化は、加工硬化と呼ばれます。ただし、冷間硬化によって金属の強度が増加すると、その塑性特性は低下し、脆弱性が増加するため、通常は比較的小さな硬化が有用であると考えられます。

変形の仕事

材料の粒子間の相互作用による内部力が大きいほど、材料の強度は高くなります。したがって、材料の単位体積あたりの伸び抵抗の値がその強度の特性となることができます。この場合、引張強さは断面のみを特徴付けるため、特定の材料の強度特性を網羅する特性ではありません。破断が発生すると、相互接続は断面積全体にわたって破壊され、塑性変形時に発生するせん断時には、局所的な相互接続のみが破壊されます。これらの接続を破壊するには、一定量の内部相互作用力の仕事が費やされます。これは、変位に費やされる外部力の仕事に等しいです。

A = РΔl/2 (318.4.1)

ここで、1/2 は荷重の静的作用の結果であり、適用時に 0 から P まで増加します (平均値 (0 + P)/2)。

弾性変形中、力の仕事は三角形OABの面積によって決まります(図318.1を参照)。サンプルの変形と破壊に費やされた総作業量:

A = ηР max Δl max (318.4.2)

ここで、ηは図の完全性の係数であり、曲線AMと直線OA、MN、ONによって制限された図全体の面積と、辺が0Pの長方形の面積の比率に等しくなります。 max (P 軸に沿った) および Δl max (図 318.1 の点線)。この場合、三角形MNLの面積によって決定される仕事（弾性変形に関連する）を差し引く必要があります。

サンプルの塑性変形と破壊に費やされる作業は、材料の脆弱性の程度を決定する重要な特性の 1 つです。

圧縮ひずみ

圧縮変形は引張変形と似ています。最初に弾性変形が発生し、これに弾性限界を超えた塑性変形が追加されます。圧縮時の変形と破壊の性質を図に示します。 318.5:

図318.5

a - プラスチック材料の場合。 b - 壊れやすい材料の場合。 c - 木目に沿った木材、d - 木目に沿った木材。

圧縮試験は、破壊の瞬間を記録することが難しいため、プラスチック材料の機械的特性を決定するのにはあまり便利ではありません。金属の機械的試験方法は、GOST 25.503-97 によって規制されています。圧縮をテストする場合、サンプルの形状と寸法が異なる場合があります。さまざまな材料の引張強さのおおよその値を表 318.2 ～ 318.5 に示します。

材料に一定の応力で荷重がかかると、ほぼ瞬間的な弾性変形に加えて、追加の弾性変形が徐々に加えられます。荷重が完全に取り除かれると、弾性変形は応力の減少に比例して減少し、追加の弾性変形はよりゆっくりと消えます。

一定の応力下で生じる追加の弾性変形は、除荷後すぐに消えず、弾性残効と呼ばれます。

材料の機械的特性の変化に対する温度の影響

物質が凝集した状態は固体状態だけではありません。固体は、特定の温度と圧力の範囲でのみ存在します。温度の上昇により固体から液体への相転移が起こり、その転移プロセス自体を溶融と呼びます。融点は、材料の他の物理的特性と同様、多くの要因に依存し、実験的に決定されます。

表318.6。一部の物質の融点

注記: 表は大気圧における融点を示しています(ヘリウムを除く)。

表 318.1 ～ 318.5 に示されている材料の弾性および強度特性は、原則として +20 ℃の温度で測定されます。GOST 25.503-97 では、+10 ～ +35 ℃の温度範囲での金属サンプルの試験が許可されています。。

温度が変化すると、物体の位置エネルギーが変化します。これは、内部相互作用力の値も変化することを意味します。したがって、材料の機械的特性は温度の絶対値だけでなく、その作用の持続時間にも依存します。ほとんどの材料では、加熱すると強度特性 (σ p、σ t、および σ v) が減少しますが、材料の可塑性は増加します。温度が下がると強度特性は増加しますが、同時に脆さも増加します。加熱すると、ヤング率 E が減少し、ポアソン比が増加します。温度が下がると、逆のプロセスが起こります。