Elastības robežas noteikšana. Stiepes izturības raksturojums. Sēra un fosfora piemaisījumi
Spriegojuma mehāniskās īpašības, tāpat kā citos statiskajos testos, var iedalīt trīs galvenajās grupās: stiprības, plastiskuma un viskozitātes raksturlielumi. Stiprības īpašības - tie ir parauga materiāla izturības pret deformāciju vai iznīcināšanu raksturlielumi. Lielākā daļa standarta stiprības raksturlielumu tiek aprēķināti no noteiktu punktu atrašanās vietas stiepes diagrammā parasto stiepes spriegumu veidā. 2.3. sadaļā tika analizētas diagrammas koordinātēs patiesais spriegums - patiesais deformācija, kas visprecīzāk raksturo deformācijas sacietēšanu. Praksē mehāniskās īpašības parasti nosaka pēc primārajām stiepes līknēm slodzes absolūtās pagarinājuma koordinātēs, kuras automātiski tiek ierakstītas testēšanas iekārtas diagrammas lentē. Dažādu metālu un sakausējumu polikristāliem visu šo līkņu daudzveidību zemās temperatūrās var reducēt līdz trīs veidiem (2.44. att.).
2.44. attēls- Primāro stiepes līkņu veidi
I tipa stiepes diagramma ir raksturīga paraugiem, kas sabojājas bez ievērojamas plastiskas deformācijas. II tipa diagrammu iegūst, izstiepjot paraugus, kas ir vienmērīgi deformēti līdz atteicei. Visbeidzot, III tipa diagramma ir raksturīga paraugiem, kuriem pēc izgriešanas neizdodas koncentrēts deformācija. Šādu diagrammu var iegūt arī, izstiepjot paraugus, kas neizdodas bez kakla (augstas temperatūras spriegumā); sižetu bkšeit tas var būt ļoti izstiepts un gandrīz paralēls deformācijas asij. Slodzes palielināšana līdz atteicei (sk. 2.44. att., II) vai maksimāli (sk. 2.44. att., III) var būt gludas (vienpārtrauktas līnijas) vai pārtrauktas. Jo īpaši pēdējā gadījumā stiepes diagrammā var parādīties zobs un ražas plato (punktēta līnija 2.44. attēlā, III,III).
Atkarībā no diagrammas veida mainās raksturlielumu kopums, ko var aprēķināt no tās, kā arī to fiziskā nozīme. Attēlā 2.44 (III tipa diagramma) parāda raksturīgos punktus, kuru ordinātas izmanto stiprības raksturlielumu aprēķināšanai
(σ i = P i / F 0).
Kā redzat, pārējo divu veidu diagrammās (skat. 2.44. att., es,II) nevar attēlot visus šos punktus.
Proporcionalitātes robeža. Pirmais raksturīgais punkts spriegojuma diagrammā ir punkts lpp(skat. 2.45. att.). Spēks P nu nosaka vērtību proporcionalitātes robeža - spriegums, ko parauga materiāls var izturēt bez novirzēm no Huka likuma.
Aptuvenu P nu vērtību var noteikt pēc punkta, kur sākas stiepes līknes novirze un taisnā posma turpinājums (2.46. att.).
2.46. attēls- Grafiskās metodes proporcionalitātes robežas noteikšanai.
Lai unificētu metodiku un palielinātu proporcionalitātes robežas aprēķināšanas precizitāti, tas tiek novērtēts kā nosacīts spriegums (σ nu), pie kura novirze no lineārās attiecības starp slodzi un pagarinājumu sasniedz noteiktu vērtību. Parasti pielaide, nosakot σ nu, tiek iestatīta, samazinot slīpuma leņķa tangensu, ko veido stiepes līknes pieskare punktā. lpp ar deformācijas asi, salīdzinot ar tangensu sākotnējā elastīgajā griezumā. Standarta pielaide ir 50%, bet ir iespējamas arī 10% un 25% pielaides. Tās vērtība jānorāda proporcionalitātes robežas apzīmējumā - σ nu 50, σ nu 25, σ nu 10.
Ar pietiekami lielu primārās spriegojuma diagrammas mērogu proporcionalitātes robežas vērtību var noteikt grafiski tieši uz šīs diagrammas (sk. 2.46. att.). Pirmkārt, turpiniet taisno posmu, līdz tas punktā krustojas ar deformācijas asi 0, kas tiek ņemts par jauno koordinātu sākumpunktu, tādējādi izslēdzot sākotnējo diagrammas sadaļu, kas izkropļota mašīnas nepietiekamas stingrības dēļ. Pēc tam varat izmantot divas metodes. Saskaņā ar pirmo no tiem patvaļīgā augstumā elastīgajā reģionā tiek atjaunots perpendikuls AB uz slodzes asi (skat. 2.46. att., A), novietojiet gar to segmentu BC =½ AB un novelciet līniju OS.Šajā gadījumā iedegums α′= iedegums α/1,5. Ja tagad paralēli novelkam stiepes līknes tangensu OS, tad pieskares punkts R noteiks nepieciešamo slodzi P nu.
Otrajā metodē perpendikuls tiek nolaists no patvaļīga punkta diagrammas taisnā posmā KU(skat. 2.46. att., b) uz x ass un sadaliet to trīs vienādās daļās. Caur punktu C un koordinātu izcelsme novelk taisnu līniju, bet paralēli tai - stiepšanās līknes pieskari. Pieskāriena punkts lpp atbilst piepūlei P nu (tg α′= tan α/1,5).
Proporcionalitātes robežu precīzāk var noteikt, izmantojot deformācijas mērierīces - īpašas ierīces nelielu deformāciju mērīšanai.
Elastības robeža. Nākamais raksturīgais punkts primārās spriegojuma diagrammā (sk. 2.45. att.) ir punkts e. Tas atbilst slodzei, ar kuru nosacītais elastības robeža - spriegums, pie kura pastāvīgais pagarinājums sasniedz noteiktu vērtību, parasti 0,05%, dažreiz mazāk - līdz 0,005%. Aprēķinos izmantotā pielaide norādīta nosacītās elastības robežas apzīmējumā σ 0,05, σ 0,01 utt.
Elastības robeža raksturo spriegumu, pie kura parādās pirmās makroplastiskās deformācijas pazīmes. Tā kā pastāvīgā pagarinājuma pielaide ir maza, no primārās stiepes diagrammas ir grūti pietiekami precīzi noteikt pat σ 0,05. Tāpēc gadījumos, kad nav nepieciešama augsta precizitāte, elastības robeža tiek pieņemta vienāda ar proporcionalitātes robežu. Ja nepieciešams precīzs kvantitatīvs novērtējums σ 0,05, tad izmanto deformācijas mērītājus. Metode σ 0,05 noteikšanai daudzējādā ziņā ir līdzīga tai, kas aprakstīta attiecībā uz σ nu, taču ir viena būtiska atšķirība. Tā kā, nosakot elastības robežu, pielaide tiek noteikta pēc atlikušās deformācijas lieluma, pēc katra slogošanas posma ir nepieciešams izkraut paraugu līdz sākotnējam spriegumam σ 0 ≤ 10% no paredzamā σ 0,05 un tikai pēc tam izmērīt pagarinājumu. izmantojot deformācijas mērītāju.
Ja stiepes diagrammas ierakstīšanas mērogs gar pagarinājuma asi ir 50:1 vai vairāk un gar slodzes asi ≤10 MPa uz 1 mm, ir atļauta grafiskā σ 0,05 noteikšana. Lai to izdarītu, gar paplašinājumu asi no koordinātu sākuma tiek noteikts segments labi= 0,05 l 0 /100 un caur punktu UZ novelkam taisni paralēli diagrammas taisnajai daļai (2.47. att.). Ordinātu punkts e atbildīs kravas izmēram R 0,05, kas nosaka nosacīto elastības robežu σ 0,05 = P 0,05 / F 0 .
Ražas limits. Ja diagrammā nav zobu nospriegojuma un ražas plato, aprēķiniet nosacītā tecēšanas robeža - spriegums, pie kura pastāvīgais pagarinājums sasniedz noteiktu vērtību, parasti 0,2%. Attiecīgi nosacītā tecēšanas robeža tiek apzīmēta ar σ 0,2. Kā redzat, šis raksturlielums atšķiras no nosacītās elastības robežas tikai ar pielaides vērtību. Ierobežot
Raža raksturo spriegumu, pie kura notiek pilnīgāka pāreja uz plastisko deformāciju.
Visprecīzāko vērtību σ 0,2 var aprēķināt, izmantojot deformācijas mērītājus. Tā kā pagarinājuma pielaide izturības aprēķināšanai ir salīdzinoši liela, to bieži nosaka grafiski no sprieguma-deformācijas diagrammas, ja tā ir reģistrēta pietiekami lielā mērogā (vismaz 10:1 gar deformācijas asi). Tas tiek darīts tāpat kā, aprēķinot elastības robežu (sk. 2.47. att.), tikai segments labi = 0,2l 0/100.
Proporcionalitātes, elastības un plūstamības nosacītās robežas raksturo materiāla izturību pret nelielām deformācijām. To lielums nedaudz atšķiras no patiesajiem spriegumiem, kas atbilst attiecīgajām deformācijas pielaidēm. Šo ierobežojumu tehniskā nozīme ir novērtēt stresa līmeni, zem kura
šī vai cita daļa var darboties, nepakļaujoties paliekošai deformācijai (proporcionalitātes robežai) vai deformējoties ar nelielu pieļaujamo vērtību, ko nosaka ekspluatācijas apstākļi (σ 0,01, σ 0,05, σ 0,2 utt.). Ņemot vērā, ka mūsdienu tehnoloģijās arvien vairāk tiek ierobežotas detaļu un konstrukciju izmēru atlikušo izmaiņu iespējas, kļūst skaidra nepieciešamība pēc precīzām zināšanām par projektēšanas aprēķinos plaši izmantotajām proporcionalitātes, elastības un plūstamības robežām.
Jebkura materiāla proporcionalitātes robežas fiziskā nozīme ir tik acīmredzama, ka par to nav nepieciešama īpaša diskusija. Patiešām, σ nu vienkristālam un polikristālam, viendabīgam metālam un heterofāzes sakausējumam vienmēr ir maksimālais spriegums, līdz kuram spriedzes laikā tiek ievērots Huka likums un netiek novērota makroplastiskā deformācija. Jāatceras, ka pirms σ nu sasniegšanas atsevišķos polikristāliska parauga graudos (ja tiem ir labvēlīga orientācija un sprieguma koncentratoru klātbūtne) var sākties plastiskā deformācija, kas tomēr neizraisīs ievērojamu graudu pagarinājumu. visu paraugu, līdz lielāko daļu graudu ietekmē deformācija.
Parauga makropagarinājuma sākuma stadijas atbilst elastības robežai. Labvēlīgi orientētam monokristālam tam jābūt tuvu kritiskajam bīdes spriegumam. Protams, viena kristāla dažādām kristalogrāfiskajām orientācijām elastības robeža būs atšķirīga. Pietiekami smalkgraudainā polikristālā, ja nav tekstūras, elastības robeža ir izotropiska, visos virzienos vienāda.
Polikristāla nosacītā tecēšanas robeža principā ir līdzīga elastības robežas raksturam. Bet tieši tecēšanas robeža ir visizplatītākā un svarīgākā metālu un sakausējumu izturības pret nelielām plastiskām deformācijām īpašība. Tāpēc ir sīkāk jāanalizē tecēšanas sprieguma fiziskā nozīme un atkarība no dažādiem faktoriem.
Vienmērīga pāreja no elastīgās deformācijas uz plastisko deformāciju (bez zoba vai ražības plato) tiek novērota tādu metālu un sakausējumu stiepes laikā, kuros sākotnējā stāvoklī (pirms testa sākuma) ir pietiekami daudz kustīgu, vaļīgu dislokāciju. ). Spriegumu, kas nepieciešams, lai uzsāktu šo materiālu polikristālu plastisko deformāciju, ko aprēķina pēc nosacītās tecēšanas robežas, nosaka pretestības spēki pret dislokāciju kustību graudos, deformācijas pārnešanas vieglums pāri to robežām un graudu lielums. graudus.
Tie paši faktori nosaka vērtību fiziskā tecēšanas robežaσ t - spriegums, pie kura paraugs tiek deformēts gandrīz nemainīgas stiepes slodzes P iedarbībā t (sk. 2.45. att., ienesīguma laukums uz punktētās līknes). Fizisko tecēšanas robežu bieži sauc par zemāko atšķirībā no augšējās tecēšanas robežas, ko aprēķina no slodzes, kas atbilst tecēšanas zoba virsotnei Un(skat. 2.45. att.): σ t.v = P t.v/ F 0 .
Zoba veidošanās un ražas plato (tā sauktā pēkšņās ražas parādība) izskatās šādi. Elastīgā stiepšanās noved pie vienmērīga deformācijas pretestības pieauguma līdz σ t.v, tad notiek salīdzinoši straujš sprieguma kritums līdz σ t.n un sekojoša deformācija (parasti 0,1-1%) notiek ar nemainīgu ārējo spēku - veidojas ražas plato. . Šim laukumam atbilstošās pagarināšanas laikā paraugs darba garumā tiek pārklāts ar raksturīgām Černova-Ludersa joslām, kurās lokalizējas deformācija. Tāpēc pagarinājuma apjomu tecēšanas punktā (0,1 - 1%) bieži sauc par Černova-Ludera celmu.
Pēkšņas plūstamības fenomens ir novērojams daudzos tehniski svarīgos metāliskajos materiālos, un tāpēc tam ir liela praktiska nozīme. Tas ir arī vispārēji teorētiski interesants no plastiskās deformācijas sākuma stadiju būtības izpratnes viedokļa.
Pēdējās desmitgadēs ir pierādīts, ka zobu un ražas plato var iegūt, izstiepjot metālu un sakausējumu vienkristālus un polikristālus ar dažādiem režģiem un mikrostruktūrām. Visbiežāk pēkšņa plūstamība tiek reģistrēta, pārbaudot metālus ar bcc režģi un uz tiem balstītus sakausējumus. Protams, pēkšņas plūstamības praktiskā nozīme šiem metāliem ir īpaši liela, un lielākā daļa teoriju ir izstrādātas arī saistībā ar šo metālu īpašībām. Dislokācijas jēdzienu izmantošana, lai izskaidrotu pēkšņu ražu, bija viens no pirmajiem un ļoti auglīgajiem dislokācijas teorijas pielietojumiem.
Sākotnēji zoba un ražas plato veidošanās bcc metālos bija saistīta ar efektīvu dislokāciju bloķēšanu ar piemaisījumiem. Ir zināms, ka bcc režģī intersticiālie piemaisījumu atomi veido elastīgus sprieguma laukus, kuriem nav sfēriskas simetrijas un kas mijiedarbojas ar visu veidu dislokācijām, ieskaitot tīri skrūvējamus. Pat zemās koncentrācijās [<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.
Kotrela teorijas pareizību apstiprina šādu vienkāršo eksperimentu rezultāti. Ja jūs deformējat dzelzs paraugu, piemēram, līdz punktam A(2.48. att.), izkrauj un nekavējoties izstiepj vēlreiz, tad zoba un ražas plato neveidosies, jo pēc iepriekšējas izstiepšanas jaunajā sākuma stāvoklī paraugā bija daudz kustīgu dislokāciju, kas brīva no piemaisījumu atmosfērām. Ja tagad pēc izkraušanas no punkta A turiet paraugu istabas vai nedaudz paaugstinātā temperatūrā, t.i. dodiet laiku piemaisījumu kondensācijai uz dislokācijām, tad ar jaunu stiepšanu diagrammā atkal parādīsies zobs un ražas laukums.
Tādējādi Kotrela teorija pēkšņu apgrozījumu saista ar celmu novecošana - dislokāciju fiksācija ar piemaisījumiem.
Kotrela pieņēmums, ka pēc atbloķēšanas plastiskā deformācija vismaz sākotnēji tiek veikta, bīdot šīs “vecos”, bet tagad atbrīvotās dislokācijas, izrādījās ne universāls. Vairākiem materiāliem ir konstatēts, ka sākotnējās dislokācijas var tikt fiksētas tik stingri, ka nenotiek to atbloķēšanās un rodas plastiskā deformācija izplūdes vietā jaunizveidoto dislokāciju pārvietošanās dēļ. Turklāt bez dislokācijas kristālos - “ūsās” tiek novērota zoba veidošanās un ražas plato. Līdz ar to Kotrela teorija apraksta tikai konkrētu, kaut arī svarīgu pēkšņas apgrozījuma gadījumu.
Mūsdienu teorijas par tāda paša vārda ražu, kuru vēl nevar uzskatīt par galīgi izveidotu, pamatā ir Kotrela izvirzītā nostāja: zobu un ražas plato izraisa straujš mobilo dislokāciju skaita pieaugums gada sākumā. plastmasas plūsma. Tas nozīmē, ka to izskatam ir jāievēro divi nosacījumi: 1) sākotnējā paraugā brīvo dislokāciju skaitam jābūt ļoti mazam, un 2) tam jāspēj ātri palielināties ar vienu vai otru mehānismu jau plastiskas deformācijas sākumā. .
Mobilo dislokāciju trūkums sākotnējā paraugā var būt saistīts vai nu ar tā apakšstruktūras augsto pilnību (piemēram, ūsās), vai arī ar lielākās daļas esošo dislokāciju nostiprināšanu. Pēc Kotrela teiktā, šādu fiksāciju var panākt, veidojot piemaisījumu atmosfēru. Iespējamas arī citas fiksācijas metodes, piemēram, ar otrās fāzes daļiņām.
Mobilo dislokāciju skaits var strauji palielināties:
1) Sakarā ar iepriekš piesprausto dislokāciju atbloķēšanu (atdalīšana no piemaisījumu atmosfērām, daļiņu apiešana ar šķērsvirziena slīdēšanu utt.);
2) Caur jaunu dislokāciju veidošanos;
3) Ar to atražošanu mijiedarbības rezultātā.
Polikristālos tecēšanas spriegums ir ļoti atkarīgs no graudu izmēra. Graudu robežas kalpo kā efektīvi šķēršļi dislokāciju pārvietošanai. Jo smalkāki graudi, jo biežāk šīs barjeras rodas slīdēšanas dislokāciju ceļā un ir nepieciešami lielāki spriegumi, lai plastiskā deformācija turpinātos jau tās sākumposmā. Tā rezultātā, graudiem rafinējot, palielinās tecēšanas robeža. Daudzi eksperimenti ir parādījuši, ka zemāka tecēšanas robeža
σ t.n = σ i + K y d -½ , (2.15)
kur σ i un K y- materiāla konstantes pie noteiktas pārbaudes temperatūras un deformācijas ātruma; d- graudu izmērs (vai apakšgrauda ar poligonizētu struktūru).
Formula 2.15, kas pēc tās pirmajiem autoriem saukta par Petch-Hall vienādojumu, ir universāla un labi apraksta graudu lieluma ietekmi ne tikai uz σ sof, bet arī uz nosacīto tecēšanas robežu un kopumā jebkuru spriegumu vienmērīgas deformācijas apgabalā. .
Empīriskā vienādojuma (2.15) fizikālā interpretācija balstās uz jau aplūkotajiem priekšstatiem par pēkšņas plūstamības būtību. Konstante σ i tiek uzskatīta par spriegumu, kas nepieciešams, lai pārvietotu dislokācijas graudā, un terminu K y d -½- kā spriegums, kas nepieciešams, lai vadītu dislokācijas avotus blakus esošajos graudos.
σ i vērtība ir atkarīga no Peierls-Nabarro spēka un šķēršļiem dislokāciju slīdēšanai (citas dislokācijas, sveši atomi, otrās fāzes daļiņas utt.). Tādējādi σ i - "berzes spriegums" - kompensē spēkus, kas dislokācijām jāpārvar, pārvietojoties grauda iekšpusē. Lai eksperimentāli noteiktu σ i, varat izmantot primāro stiepes diagrammu: σ i vērtība atbilst stiepes līknes krustpunktam, kas ekstrapolēts nelielu deformāciju apgabalā ārpus ienesīguma laukuma ar šīs līknes taisno posmu (att. 2,49, A). Šī σ i novērtēšanas metode balstās uz domu, ka laukums ius Stiepes diagrammas ir izstieptā parauga polikristāliskā rakstura rezultāts; ja tas būtu viens kristāls, tad punktā sāktos plastmasas plūsma i .
2.49. attēls. Plūsmas sprieguma σ i noteikšana no stiepes diagrammas (a) un zemākās tecēšanas robežas atkarības no graudu izmēra (b).
Otrs veids, kā noteikt σ i, ir ekstrapolēt taisni σ tā saukto - d - ½ uz vērtību d -½ = 0 (sk. 2.49. att., b). Šeit tiek tieši pieņemts, ka σ i ir viena kristāla tecēšanas robeža ar tādu pašu intragranulāro struktūru kā polikristāliem.
Parametrs K y raksturo taisnes slīpumu σ t - d- ½. Pēc Kotrela teiktā,
K y = σ d(2l) ½,
kur σ d spriegums, kas nepieciešams, lai atbloķētu dislokācijas blakus graudos (piemēram, atdalīšana no piemaisījumu atmosfēras vai no graudu robežas); l- attālums no graudu robežas līdz tuvākajam dislokācijas avotam.
Tādējādi K y nosaka grūtības pārnest deformāciju no grauda uz graudu.
Pēkšņas plūsmas ietekme ir atkarīga no testa temperatūras. Tās izmaiņas ietekmē gan ražas zoba augstumu, gan platformas garumu, gan, pats galvenais, zemākās (fiziskās) tecēšanas robežas vērtību. Palielinoties testa temperatūrai, parasti samazinās zobu augstums un ražas plato garums. Šis efekts jo īpaši izpaužas bcc metālu sasprindzinājuma laikā. Izņēmums ir sakausējumi un temperatūras diapazoni, kuros karsēšana izraisa pastiprinātu dislokāciju bloķēšanu vai grūtības to veidošanā (piemēram, novecošanas vai pasūtīšanas laikā).
Zemākā tecēšanas robeža īpaši strauji samazinās temperatūrā, kad būtiski mainās dislokācijas bloķēšanas pakāpe. Piemēram, bcc metālos σ t.n krasa atkarība no temperatūras tiek novērota zem 0,2 T pl, kas ir tieši tas, kas nosaka to tendenci uz trauslumu zemā temperatūrā (sk. 2.4. sadaļu). σ tn temperatūras atkarības neizbēgamība izriet no tā sastāvdaļu fizikālās nozīmes. Patiešām, σ i jābūt atkarīgam no temperatūras, jo spriegumi, kas nepieciešami, lai pārvarētu berzes spēkus, samazinās, palielinoties temperatūrai, jo ir viegli apiet šķēršļus ar sānu slīdēšanu un rāpošanu. Dislokāciju bloķēšanas pakāpe, kas nosaka vērtību K y un līdz ar to arī termins K y d -½ formulā (2.15), arī jāsamazinās ar karsēšanu. Piemēram, bcc metālos tas ir saistīts ar piemaisījumu atmosfēras izplūšanu jau zemās temperatūrās intersticiālo piemaisījumu augstās difūzijas mobilitātes dēļ.
Nominālā tecēšanas robeža parasti mazāk atkarīga no temperatūras, lai gan tā dabiski samazinās, karsējot tīrus metālus un sakausējumus, kuros testēšanas laikā nenotiek fāzu pārvērtības. Ja šādas pārvērtības (īpaši novecošanās) notiek, tad tecēšanas robežas izmaiņu raksturs, pieaugot temperatūrai, kļūst neskaidrs. Atkarībā no struktūras izmaiņām šeit ir iespējama lejupslīde vai kāpums, kā arī sarežģīta atkarība no temperatūras. Piemēram, iepriekš sacietēta sakausējuma - pārsātināta cieta šķīduma - stiepes temperatūras paaugstināšanās sākotnēji noved pie tecēšanas robežas palielināšanās līdz noteiktam maksimumam, kas atbilst lielākajam sadalīšanās produktu izkliedēto koherento nokrišņu skaitam. cietais šķīdums, kas rodas testēšanas procesā, un ar tālāku temperatūras paaugstināšanos σ 0,2 samazināsies, jo samazinās daļiņu saskaņotība ar matricu un to koagulācija.
Stiepes izturība. Pēc punkta nokārtošanas s Stiepes diagrammā (sk. 2.45. att.) paraugā notiek intensīva plastiskā deformācija, kas iepriekš tika detalizēti apspriesta. Līdz punktam “c” parauga darba daļa saglabā sākotnējo formu. Pagarinājums šeit ir vienmērīgi sadalīts visā efektīvā garumā. Punktā “in ” šī plastiskās deformācijas makrovienmērība tiek izjaukta. Kādā parauga daļā, parasti pie spriegumu pacēlāja, kas jau bija sākuma stāvoklī vai izveidojās spriedzes laikā (visbiežāk aprēķinātā garuma vidū), sākas deformācijas lokalizācija. Tas atbilst parauga šķērsgriezuma lokālai sašaurināšanai - kakla veidošanās.
Būtiskas vienmērīgas deformācijas iespēja un kakliņa veidošanās sākuma brīža “aizkavēšana” plastmasas materiālos ir saistīta ar deformācijas sacietēšanu. Ja tā nebūtu, kakls sāktu veidoties uzreiz pēc ienesīguma punkta sasniegšanas. Vienmērīgas deformācijas stadijā plūsmas sprieguma pieaugumu deformācijas sacietēšanas dēļ pilnībā kompensē aprēķinātās parauga daļas pagarinājums un sašaurināšanās. Sprieguma pieaugumam šķērsgriezuma samazināšanās dēļ kļūstot lielākam par spriedzes pieaugumu deformācijas sacietēšanas dēļ, tiek izjaukta deformācijas vienmērīgums un veidojas kakls.
Kakls attīstās no punkta “b” līdz iznīcināšanai punktā k(skat. 2.45. att.), tajā pašā laikā samazinās spēks, kas iedarbojas uz paraugu. Pēc maksimālās slodzes ( P c, att. 2.44, 2.45) primārajā stiepes diagrammā tiek aprēķināti pagaidu pretestība(bieži sauc stiepes izturība vai nosacītā stiepes izturība)
σ in = P b / F 0 .
Materiāliem, kas sabrūk, veidojot kaklu, σ in ir nosacītais spriegums, kas raksturo izturību pret maksimālo vienmērīgu deformāciju.
Šādu materiālu galīgā izturība σ nenosaka. Tas ir divu iemeslu dēļ. Pirmkārt, σ ir ievērojami mazāks par patieso spriegumu S in, darbojoties izlasē punkta “c” sasniegšanas brīdī . Uz šo brīdi relatīvais pagarinājums jau ir sasniedzis 10-30%, parauga šķērsgriezuma laukums F V "F 0. Tāpēc
S V =P V /F V > σ in = P V / F 0 .
Bet tā sauktais patiesais lūzuma punkts S c arī nevar kalpot par robežstiprības raksturlielumu, jo aiz punkta “c” stiepes diagrammā (sk. 2.45. att.) patiesā deformācijas pretestība turpina pieaugt, lai gan spēks samazinās. Fakts ir tāds, ka šīs pūles vietnē k ir koncentrēts uz minimālo parauga šķērsgriezumu kaklā, un tā laukums samazinās ātrāk nekā spēks.
2. attēls. 50- Patiesā stiepes sprieguma diagramma
Ja primāro spriegojuma diagrammu pārkārtosim koordinātēs S-e vai S-Ψ(2.50. att.), tad izrādās, ka S nepārtraukti palielinās ar deformāciju līdz iznīcināšanas brīdim. Līkne attēlā. 2.50. ļauj veikt stingru deformācijas sacietēšanas un stiepes izturības īpašību analīzi. Patiesajai spriegumu diagrammai (sk. 2.50. att.) materiāliem, kuriem neizdodas izveidot kaklu, ir vairākas interesantas īpašības. Jo īpaši diagrammas taisnās daļas turpinājums aiz punkta “c” līdz krustojumam ar sprieguma asi ļauj aptuveni novērtēt σ vērtību un ekstrapolēt taisno posmu uz punktu. c, kas atbilst Ψ = 1 (100%), dod S c= 2S V.
Diagramma attēlā. 2,50 kvalitatīvi atšķiras no iepriekš aplūkotajām deformācijas sacietēšanas līknēm, jo, analizējot pēdējās, mēs runājām tikai par vienmērīgas deformācijas stadiju, kurā tiek saglabāts vienpusējais spriedzes modelis, t.i. Iepriekš tika analizētas patieso spriegumu diagrammas, kas atbilst II tipa līknēm.
Attēlā 2.50 skaidrs, ka S in un jo īpaši σ in ir daudz mazāks patiesa izturība pret plīsumiem (S k =P k / F k) definēta kā spēka attiecība bojājuma brīdī pret maksimālo parauga šķērsgriezuma laukumu bojājuma vietā Fk. Šķiet, ka lielums S k ir materiāla galīgās stiprības labākā īpašība. Bet tas ir arī nosacīts. Aprēķins S k pieņem, ka atteices brīdī kaklā darbojas vienass spriedzes shēma, lai gan faktiski tur rodas tilpuma sprieguma stāvoklis, ko parasti nevar raksturot ar vienu normālu spriegumu (tāpēc deformācijas sacietēšanas teorijās nav aplūkota koncentrēta deformācija vienpusējā spriegumā). Patiesībā, S k nosaka tikai noteiktu vidējo garenspriegumu iznīcināšanas brīdī.
Pagaidu pretestības nozīme un nozīme, kā arī S un S k būtiski mainīties, pārejot no aplūkotās spriegojuma diagrammas (sk. 2.44. att., III) uz pirmajiem diviem (sk. 2.44. att., I,II). Ja nav plastiskās deformācijas (sk. 2.44. att., es) σ in ≈ S in ≈ S k. Šajā gadījumā maksimālā slodze pirms atteices ir P c nosaka materiāla tā saukto faktisko plīsuma pretestību jeb trauslumu. Šeit σ vairs nav nosacīts raksturlielums, bet gan īpašība, kurai ir noteikta fiziska nozīme, ko nosaka materiāla raksturs un trauslā lūzuma apstākļi.
Salīdzinoši zemas elastības materiāliem, kas dod sprieguma-deformācijas līkni, kas parādīta attēlā. 2,44, II, σ in ir nosacītais spriegums iznīcināšanas brīdī. Šeit S V = S k un diezgan stingri raksturo materiāla galīgo izturību, jo paraugs ir vienmērīgi deformēts vienpusējas spriedzes apstākļos līdz pārrāvumam. σ absolūto vērtību atšķirība un S ir atkarīgs no pagarinājuma pirms atteices; starp tiem nav tiešas proporcionālas attiecības.
Tādējādi atkarībā no viena veida spriegojuma diagrammu veida un pat kvantitatīvajiem raksturlielumiem σ fiziskā nozīme ir, S un S k var būtiski mainīties un dažkārt arī fundamentāli. Visi šie spriegumi bieži tiek klasificēti kā galīgās stiprības vai lūzuma izturības raksturlielumi, lai gan vairākos svarīgos gadījumos σ in un S patiesībā tie nosaka izturību pret ievērojamu plastisko deformāciju, nevis iznīcināšanu. Tāpēc, salīdzinot σ in, S un S k dažādiem metāliem un sakausējumiem, vienmēr jāņem vērā šo īpašību īpašā nozīme katram materiālam atkarībā no tā sprieguma-deformācijas diagrammas veida.
2. Elastības robeža
3. Ražas spēks
4. Stiepes izturība vai stiepes izturība
5. Spriegums pārtraukumā
Zīmējums. 2.3 – Skats uz cilindrisku paraugu pēc lūzuma (a) un parauga zonas izmaiņām lūzuma vietas tuvumā (b)
Lai diagramma atspoguļotu tikai materiāla īpašības (neatkarīgi no parauga lieluma), tā tiek pārkārtota relatīvās koordinātēs (spriegums-deformācija).
Patvaļīgas ordinātas i-thšādas diagrammas punktus (2.4. att.) iegūst, dalot stiepes spēka vērtības (2.2. att.) ar parauga sākotnējo šķērsgriezuma laukumu (), un abscisu, dalot absolūto. parauga darba daļas pagarinājums pēc sākotnējā garuma (). Jo īpaši diagrammas raksturīgajiem punktiem ordinātas aprēķina, izmantojot formulas (2.3)…(2.7).
Iegūto diagrammu sauc parastā sprieguma diagramma (2.4. att.).
Diagrammas vienošanās slēpjas metodē, kurā spriegumu nosaka nevis no pašreizējā šķērsgriezuma laukuma, kas mainās testēšanas laikā, bet gan no sākotnējās - sprieguma diagramma saglabā visas sākotnējās stiepes diagrammas pazīmes. Diagrammā raksturīgie spriegumi tiek saukti par ierobežojošiem spriegumiem un atspoguļo pārbaudāmā materiāla stiprības īpašības. (formulas 2.3…2.7). Ņemiet vērā, ka šajā gadījumā norādītā metāla tecēšanas robeža atbilst jaunajam metāla fiziskajam stāvoklim un tāpēc to sauc par fizisko tecēšanas robežu.
 |
Zīmējums. 2.4 – Sprieguma diagramma
No sprieguma diagrammas (2.4. att.) ir skaidrs, ka
i., stiepes modulis E ir skaitliski vienāds ar sprieguma diagrammas sākotnējās taisnās daļas slīpuma leņķa pieskares abscisu asij. Tā ir stiepes elastības moduļa ģeometriskā nozīme.
Ja spēkus, kas iedarbojas uz paraugu katrā slodzes brīdī, saistām ar šķērsgriezuma patieso vērtību attiecīgajā laika momentā, tad iegūstam patieso spriegumu diagrammu, ko bieži apzīmē ar burtu. S(2.5. att., nepārtraukta līnija). Tā kā diagrammas 0-1-2-3-4 sadaļā parauga diametrs nedaudz samazinās (kakls vēl nav izveidojies), tad patiesā diagramma šajā sadaļā praktiski sakrīt ar parasto diagrammu (raustīta līkne) , palaižot nedaudz augstāk.
Zīmējums. 2.5 – patiesā sprieguma diagramma
Konstruējot atlikušo patiesās sprieguma diagrammas posmu (4.-5. sadaļa 2.5. att.), stiepes testa laikā ir nepieciešams izmērīt parauga diametru, kas ne vienmēr ir iespējams. Ir aptuvens veids, kā konstruēt šo diagrammas sadaļu, pamatojoties uz patiesās diagrammas (2.5. att.) punkta 5() koordinātu noteikšanu, kas atbilst parauga pārrāvuma momentam. Pirmkārt, tiek noteikts patiesais pārrāvuma stress
kur ir spēks uz paraugu tā pārrāvuma brīdī;
– šķērsgriezuma laukums parauga kaklā plīsuma brīdī.
Punkta otrā koordināta - relatīvā deformācija - ietver divas sastāvdaļas - patieso plastisko - un elastīgo -. Vērtību var noteikt pēc materiāla tilpumu vienādības nosacījuma parauga plīsuma punkta tuvumā pirms un pēc testa (2.3. att.). Tātad pirms testēšanas vienības garuma parauga materiāla tilpums būs vienāds ar un pēc pārrāvuma. Šeit ir redzams vienības garuma parauga pagarinājums lūzuma vietas tuvumā. Tā kā patiesā deformācija ir šeit un 
, Tas. Mēs atrodam elastīgo komponentu, izmantojot Huka likumu: . Tad 5. punkta abscisa būs vienāda ar . Zīmējot vienmērīgu līkni starp 4. un 5. punktu, mēs iegūstam pilnīgu patiesās diagrammas priekšstatu.
Materiāliem, kuru stiepes diagrammā sākotnējā sadaļā nav skaidri noteiktas tecēšanas plato (sk. 2.6. att.), tecēšanas robeža nosacīti tiek definēta kā spriegums, pie kura paliekošā deformācija ir GOST vai tehniskajās specifikācijās noteiktā vērtība. Saskaņā ar GOST 1497–84 šī atlikušās deformācijas vērtība ir 0,2% no parauga izmērītā garuma, un pierādījuma spēks ir apzīmēts ar simbolu – .
Pārbaudot stiepes paraugus, papildus stiprības raksturlielumiem tiek noteikti arī plastiskuma raksturlielumi, kas ietver relatīvais paplašinājums paraugs pēc pārrāvuma, ko definē kā parauga garuma pieauguma attiecību pēc pārrāvuma un tā sākotnējo garumu:
Un relatīvā sašaurināšanās , aprēķina pēc formulas
% (2.10)
Šajās formulās - sākotnējais aprēķinātais parauga garums un šķērsgriezuma laukums, - attiecīgi aprēķinātās daļas garums un minimālais parauga šķērsgriezuma laukums pēc pārrāvuma.
Relatīvās deformācijas vietā dažos gadījumos tiek izmantota tā sauktā logaritmiskā deformācija. Tā kā parauga garums mainās, izstiepjot paraugu, garuma pieaugums dl attiecas nevis uz , bet uz pašreizējo vērtību . Ja integrējam pagarinājumu pieaugumus garumam mainoties no uz , iegūstam logaritmisko jeb patieso metāla deformāciju
Tad – deformācija pārtraukuma laikā (t.i. . = k) būs
.
Jāņem vērā arī tas, ka plastiskā deformācija paraugā notiek nevienmērīgi visā tā garumā.
Atkarībā no metāla rakstura tos nosacīti iedala ļoti kaļamos (atlaidināts varš, svins), kaļamos (zema oglekļa satura tēraudi), trauslās (pelēkais čuguns), ļoti trauslās (baltais čuguns, keramika).
Slodzes lietošanas ātrums V deformācija ietekmē diagrammas izskatu un materiāla īpašības. σ T Un σ V palielinās, palielinoties slodzes ātrumam. Tiek samazinātas deformācijas, kas atbilst maksimālajai stiprībai un bojājuma punktam.
Parastās mašīnas nodrošina deformācijas ātrumu
10 -2 ...10 -5 1/sek.
Tā kā temperatūra pazeminās T isp perlītiskajiem tēraudiem palielinās σ T un samazinās.
Austenīta tēraudi, Al Un Ti sakausējumi vājāk reaģē uz nolaišanos T.
Paaugstinoties temperatūrai, pie nemainīgiem spriegumiem tiek novērotas deformācijas izmaiņas laika gaitā, t.i. notiek šļūde, un vairāk nekā > σ , tie< .
Parasti ir trīs šļūdes stadijas. Mašīnbūvei vislielāko interesi rada II posms, kur έ = const (vienmērīga šļūdes stadija).
Lai salīdzinātu dažādu metālu šļūdes pretestību, ir ieviests nosacīts raksturlielums - šļūdes robeža.
Šļūdes ierobežojums σ pl sauc par spriegumu, pie kura plastiskā deformācija noteiktā laika periodā sasniedz tehnisko nosacījumu noteikto vērtību.
Līdzās jēdzienam “rāpošana” ir zināms arī jēdziens “stresa relaksācija”.
Stresa relaksācijas process notiek pastāvīgu deformāciju apstākļos.
Paraugs ar pastāvīgu slodzi augstā līmenī T var lūzums vai nu ar kaklu (kaļas starpkristālisks lūzums), vai bez kakla (trausls transkristālisks lūzums). Pirmais ir raksturīgs zemākajam T un augsts σ .
Augsta materiāla izturība T novērtēts pēc ilgtermiņa spēka robežas.
Ilgtermiņa spēka ierobežojums(σ dp) ir slodzes attiecība, kurā stiepes paraugs pēc noteikta laika sabojājas, pret sākotnējo šķērsgriezuma laukumu.
Projektējot metinātos izstrādājumus, kas darbojas ar paaugstinātu T, vadās pēc šādām vērtībām, piešķirot [ σ ]:
a) kad T 260 o C stiepes izturībai σ V ;
b) kad T 420 o C oglekļa tēraudiem T < 470 о С для стали 12Х1МФ, T< 550 о С для 1Х18Н10Т – на σ T ;
c) augstāk T līdz ilgtermiņa spēka robežai σ dp .
Papildus uzskaitītajām testēšanas metodēm pie statiskām slodzēm tiek veikti arī lieces, vērpes, bīdes, saspiešanas, drupināšanas, stabilitātes un cietības testi.
Atvasinot Eilera formulu, tika pieņemts, ka centrālie saspiešanas spriegumi, kas rodas stieņa šķērsgriezumos no kritiskā spēka iedarbības a cr = R/F, nepārsniegt materiāla proporcionalitātes robežu par pc. Ja šis nosacījums nav izpildīts, tad, nosakot kritisko spēku, nevar izmantot Huka likumu, pie kura spēkā esamības tika iegūts sākotnējais diferenciālvienādojums (13.2). Tādējādi nosacījums Eilera formulas piemērojamībai vispārīgā gadījumā tam ir forma
Apzīmēsim ar A elastības vērtību, pie kuras a ko = o pi:
Tad Eilera formulas (13.16) pielietojamības nosacījumu var attēlot formā
Tiek izsaukts daudzums, kas noteikts pēc formulas (13.17). ārkārtēja elastība. Tiek izsaukti stieņi, kuriem nosacījums (13.18) ir izpildīts ļoti elastīgi stieņi.
Kā redzams no formulas (13.17), maksimālā elastība ir atkarīga no materiāla īpašībām: elastības moduļa un proporcionalitātes robežas. Tā kā tēraudam E= 2,1 10 5 MPa, tad A ir atkarīgs no vērtības o pc, tas ir, no tērauda markas. Piemēram, dažiem ēku konstrukcijās izplatītiem VStZ markas tēraudiem vērtība o p ir 200n-210 MPa, un pēc formulas (13.17) iznāk Aj = 100. Tātad norādīto marku tēraudiem piemērojamības nosacījums. var apsvērt Eilera formulu
Koka maksimālo elastības vērtību var pieņemt kā Aj = 70; čugunam = 80.
Teorētiski noteikt kritiskās slodzes pie spriegumiem, kas pārsniedz materiāla proporcionalitātes robežu, ir diezgan grūti. Tajā pašā laikā ir liels skaits eksperimentālu pētījumu par stieņu stabilitāti, kas darbojas ārpus materiāla proporcionalitātes robežas. Šie pētījumi parādīja, ka cr o pc pastāv būtiska neatbilstība starp eksperimentālajām un teorētiskajām kritisko spēku vērtībām, kas aprēķinātas, izmantojot Eilera formulu. Šajā gadījumā Eilera formula vienmēr dod kritiskā spēka pārvērtētu vērtību.
Balstoties uz eksperimentāliem datiem, dažādi autori ir ierosinājuši empīriskas formulas kritisko spriegumu aprēķināšanai, kas pārsniedz materiāla proporcionalitātes robežu. Vienkāršākais ir lineārā atkarība, 20. gadsimta sākumā ierosināja vācu zinātnieks L. Tetmeijers un neatkarīgi no viņa Sanktpēterburgas Transporta inženieru institūta profesors F.S. Jasinskis:
Kur A Un b- empīriskie koeficienti, kas ir atkarīgi no stieņa materiāla īpašībām un kuriem ir sprieguma izmērs.
Tērauda markai VStZ ar proporcionalitātes ierobežojumu a pc = 200 MPa un tecēšanas robežu a t = 240 MPa, tika iegūts. A= 310 MPa, b= 1,14 MPa.
Dažiem materiāliem Tiek izmantotas X nelineāras atkarības. Tā, piemēram, kokam (priedei, eglei, lapeglei) ar X
Čugunam plkst X
Tetmyer-Jasinski formulu (13.20) var izmantot ar nosacījumu, ka kritiskie spriegumi, kas aprēķināti, izmantojot šo formulu, nepārsniedz tecēšanas robežu o m plastmasas materiālam un spiedes stiprību o vs trauslam materiālam. Formulā (13.20) apzīmējot ar X 2 elastības vērtība, pie kuras a = A kaļamiem vai o = a trausliem
cr t cr saule
materiālu var uzrakstīt piemērojamības nosacījums Tetmeiera-Jasinska formulas formā
kur A nosaka pēc formulas (13.17).
Tiek izsaukti stieņi, kuriem nosacījums (13.23) ir izpildīts vidējas elastības stieņi.
Ņemot vērā iepriekš minētās vērtības o m,ii1) tērauda markai VStZ, izmantojot formulu (13.20) iegūstam X 2 ~ 60, un nosacījumam (13.23) būs šāda forma
Stieņi, ka X tiek saukti stieņi ar zemu elastību. Tie var sabrukt nevis stabilitātes zuduma rezultātā, bet gan spēka zuduma rezultātā centrālās saspiešanas rezultātā. Šajā gadījumā zemas elastības stieņiem, kas izgatavoti no kaļamiem un trausliem materiāliem, attiecīgi jāņem
Attēlā 13.8. attēlā parādīts kritisko spriegumu atkarības no elastības grafiks tērauda markai VStZ ar proporcionalitātes robežu a pc = 200 MPa un tecēšanas robežu a t = 240 MPa. Plkst X> 100 diagramma o ak) ko attēlo Eilera hiperbola LV,
pie 60 X BC, pie 0 X 60 - horizontāla līnija CD. Par vērtībām X 100 Eilera hiperbola ir parādīta kā punktēta līnija. No šī grafika ir skaidrs, ka vidējas un zemas elastības stieņiem Eilera formula sniedz ievērojami pārvērtētas kritisko spriegumu vērtības.
Stieņiem, kas izgatavoti no plastmasas materiāla pie kritiskiem spriegumiem st, X, st vērtību var noteikt arī, izmantojot kvadrātisko atkarību
kur A,j ir maksimālā elastība, kas noteikta pēc formulas (13.17). Dotās atkarības grafiks ir parādīts att. 13,8 līkne BC(D, kas nedaudz novirzās no lauztās līnijas BCD.
Pirmā elastības modulis veids (E) - materiāla fizikālā konstante, kas noteikta eksperimentā un ir proporcionalitātes koeficients starp spriegumiem un deformācijām:
σ = εE.
Elastības moduli var noteikt, izmērot paraugu ar deformācijas mērītāju (aprēķina metode) vai grafiski, izmantojot sprieguma-deformācijas diagrammas sākotnējo sadaļu.
Aprēķina metode. Paraugu vienādos soļos noslogo līdz slodzei, kas atbilst spriegumam, kas vienāds ar 70–80% no paredzamā σ pts. Iekraušanas posma lielumam jābūt 5-10% no paredzētā σ pc. Pamatojoties uz testa rezultātiem, tiek noteikts vidējais parauga pagarinājuma pieaugums ∆l cp uz vienu slodzes posmu ∆Р.
Grafiskā metode. Ierakstiet parauga slodzes diagrammu koordinātēs "slodze (ordināta) - deformācija (abscisa)". ∆P un ∆l cp nosaka no diagrammas sadaļā no slodzes P 0 līdz slodzei, kas atbilst spriegumam, kas vienāds ar 70-80% no paredzamā σ pc.
Elastības modulis aprēķina pēc formulas
Standarti regulē arī relatīvā vienmērīgā pagarinājuma δ P noteikšanu, parauga galīgo projektēto garumu l K, parauga relatīvo pagarinājumu pēc pārrāvuma δ, relatīvo sašaurināšanos ψ. .
Proporcionalitātes ierobežojumsσ pts - lielākais spriegums, līdz kuram materiāls atbilst Huka likumam, var noteikt ar aprēķinu vai grafiskām metodēm.
Pēc aprēķina metodes nosaka, izmantojot spoguļa ierīci ar secīgu parauga ielādi. Iekraušana vispirms tiek veikta ar lieliem soļiem, un pēc tam ar spriegumu 0,65-0,8 no noteiktā σ pt - ar maziem soļiem. R pc nosaka pie noteiktas deformācijas novirzes no proporcionalitātes likuma, ko reģistrē ar deformācijas mērītāja rādījumiem.
Grafiski R pc nosaka pēc mašīnas stiepes diagrammas.
No koordinātu sākuma (2.7. att.) novelciet taisni, kas sakrīt ar spriegojuma diagrammas sākotnējo lineāro posmu.
Patvaļīgā slodzes līmenī novelciet taisnu līniju AB, kas ir paralēla abscisu asij, un uz šīs taisnes novietojiet segmentu kn, kas vienāds ar pusi no segmenta mk. Caur punktu n tiek novilkta taisna līnija On un paralēli tam tiek novilkta koordinātu sākumpunkts un spriegojuma diagrammas pieskares CD. Saskares punkts nosaka nepieciešamo slodzi P gab.
2.7.att. Grafiskās metodes proporcionalitātes robežas noteikšanai, izmantojot stiepes diagrammu
Proporcionalitātes ierobežojums aprēķina pēc formulas
Elastības robežaσ 0,05 ir lielākais spriegums, līdz kuram materiāls nesaņem atlikušo deformāciju. Tā kā plastiskās deformācijas atsevišķos kristālos parādās jau ļoti agrīnā slodzes stadijā, elastības robežas vērtība (kā arī σ pc) ir atkarīga no precizitātes prasībām, kas tiek izvirzītas veiktajiem mērījumiem.
Aprēķina metode . Paraugs tiek ielādēts līdz vērtībai, kas divreiz pārsniedz sākotnējo P 0 , un pēc 5-7 s turēšanas tas tiek izlādēts līdz P 0 . Pēc tam paraugs tiek ielādēts līdz vērtībai, kas atbilst 70–80% no paredzamās σ 0,05. Turpmāka iekraušana tiek veikta pa soļiem ar noturēšanas laiku 5-7 s katrā solī un sekojošu izkraušanu līdz P 0 ar atlikušā pagarinājuma mērījumu. Pārbaudes tiek pārtrauktas, ja pastāvīgais pagarinājums pārsniedz noteikto pielaidi. Pamatojoties uz testa rezultātiem, tiek noteikta slodze P 0,05
Grafiskā metode , σ 0,05 nosaka no slodzes deformācijas diagrammas sākuma posma (2.8. att.). Pagarinājumus nosaka sekcijā, kas vienāda ar deformācijas mērītāja pamatni.
Lai noteiktu P 0,05, atbilstošo atlikušā pagarinājuma vērtību aprēķina, ņemot vērā deformācijas mērītāja pamatni. Atrastā vērtība tiek palielināta proporcionāli diagrammas mērogam pa deformācijas asi; iegūtā garuma 0E segmentu uzzīmē pa x asi pa labi no koordinātu 0 sākuma. No punkta E paralēli taisnei 0A tiek novilkta taisne EP. Krustošanās punkts P ar stiepes diagrammu nosaka slodzi P 0,05.
Elastības robeža aprēķina, izmantojot formulu
2.8.att. Elastības robežas noteikšana
Fiziskā tecēšanas robežaσ t, augšējo tecēšanas robežu σ tv un zemāko tecēšanas robežu σ tn nosaka no stiepes diagrammas.
Relatīvās deformācijas ātrums tecēšanas vietā ir noteikts diapazonā no 0,00025-0,0025 s -1. Ja ražas vietā šādu ātrumu nevar noteikt, tad pirms ražas iestāšanās slodzes ātrumu nosaka no 1 līdz 30 MPa/s.
Slodzi Pt iespējams noteikt pēc skaidri izteiktas mašīnas spēka mērītāja adatas apstāšanās, ko izraisa parauga pagarināšanās bez manāma slodzes pieauguma.
Ražas limiti aprēķina pēc formulas
Gadījumos, kad diagrammā nav skaidri noteiktas tecēšanas plato (vai skaidri izteikts sākotnējais pārejas efekts), tecēšanas spriegumu parasti uzskata par sprieguma vērtību, pie kuras atlikušā deformācija σ miera = 0,002 vai 0,2%.
Nosacītā tecēšanas robežaσ 0,2 var noteikt ar aprēķinu vai grafiski.
Aprēķina metode.σ 0,2 nosaka līdzīgi kā aprēķina metodi elastības robežas noteikšanai σ 0,05.
Grafiskā metode. σ 0,2 - noteikts līdzīgi grafiskajai metodei σ 0,05 noteikšanai, krustošanās punktā ar taisnes KL stiepes līkni, paralēli sākotnējam līknes posmam un horizontāli no tā attāluma 0K = 0,2 ( 1 o / 100) saskaņā ar pieņemto pielaidi (2.9. att.).
Rīsi. 2.9. Teces robežas σ 0,2 noteikšana no stiepes diagrammas
Nosacīto tecēšanas robežu var noteikt grafiski no diagrammas, kas uzrakstīta uz skalas uz mašīnas, ja tās diagrammas aparāta mērogs pa deformācijas asi ir vismaz 50:1.
Nosakot σ 0,2, slodzes ātrumam jābūt no 1 līdz 30 MPa/s. Nosacītā tecēšanas robeža aprēķina pēc formulas
Pagaidu pretestība σ collas (stiepes izturība). Lai noteiktu σв, paraugu izstiepj pakāpeniski pieaugošas slodzes ietekmē līdz atteicei. Lielākā slodze pirms parauga iznīcināšanas, P m ax, atbilst pagaidu pretestībai.
Pagaidu pretestība aprēķina pēc formulas
Plastmasas materiāliem gluda parauga lūzuma pretestības raksturlielums spriedzes apstākļos ir patiesā lūzuma izturība - patiesā stiepes izturība S k
kur F k ir šķērsgriezuma laukums iznīcināšanas punktā; P k - spēks iznīcināšanas brīdī;
Iznīcināšanas būtība nosaka pēc parauga lūzuma veida (2.10. att.).
Mūsdienās materiālu paraugu pārbaudei ir vairākas metodes. Tajā pašā laikā viens no vienkāršākajiem un atklājīgākajiem testiem ir stiepes (stiepuma) testi, kas ļauj noteikt materiāla proporcionalitātes robežu, tecēšanas robežu, elastības moduli un citus svarīgus raksturlielumus. Tā kā materiāla nospriegotā stāvokļa svarīgākais raksturlielums ir deformācija, tad, nosakot deformācijas vērtību zināmiem parauga izmēriem un slodzēm, kas iedarbojas uz paraugu, ir iespējams noteikt iepriekšminētos materiāla raksturlielumus.
Šeit var rasties jautājums: kāpēc mēs nevaram vienkārši noteikt materiāla pretestību? Fakts ir tāds, ka absolūti elastīgi materiāli, kas sabrūk tikai pēc noteiktas robežas - pretestības pārvarēšanas, pastāv tikai teorētiski. Patiesībā lielākajai daļai materiālu ir gan elastīgas, gan plastiskas īpašības; tālāk mēs apsvērsim, kādas ir šīs īpašības, izmantojot metālu piemēru.
Metālu stiepes testi tiek veikti saskaņā ar GOST 1497-84. Šim nolūkam tiek izmantoti standarta paraugi. Testa procedūra izskatās apmēram šādi: paraugam tiek pielikta statiska slodze un tiek noteikts parauga absolūtais pagarinājums Δl, tad slodze palielinās par noteiktu pakāpiena vērtību un atkal tiek noteikts parauga absolūtais pagarinājums utt. Pamatojoties uz iegūtajiem datiem, tiek izveidots pagarinājuma un slodzes grafiks. Šo grafiku sauc par stresa diagrammu.
Attēls 318.1. Sprieguma diagramma tērauda paraugam.
Šajā diagrammā redzami 5 raksturīgi punkti:
1. Proporcionalitātes robeža R p(A punkts)
Normālie spriegumi parauga šķērsgriezumā, kad tiek sasniegta proporcionalitātes robeža, būs vienādi ar:
σ p = P p /F o (318.2.1)
Proporcionalitātes robeža ierobežo elastīgo deformāciju laukumu diagrammā. Šajā sadaļā deformācijas ir tieši proporcionālas spriegumiem, ko izsaka Huka likums:
R p = kΔl (318.2.2)
kur k ir stinguma koeficients:
k = EF/l (318.2.3)
kur l ir parauga garums, F ir šķērsgriezuma laukums, E ir Janga modulis.
Elastīgie moduļi
Materiālu elastības īpašību galvenie raksturlielumi ir Janga modulis E (pirmā veida elastības modulis, spriedzes elastības modulis), otrā veida elastības modulis G (elastības modulis bīdē) un Puasona attiecība μ (šķērsvirziena). deformācijas koeficients).
Younga modulis E parāda normālo spriegumu attiecību pret relatīvajiem deformācijām proporcionalitātes robežās
Jaga modulis tiek noteikts arī empīriski, pārbaudot standarta stiepes paraugus. Tā kā materiāla normālie spriegumi ir vienādi ar spēku, kas dalīts ar sākotnējo šķērsgriezuma laukumu:
σ = Р/F о (318.3.1), (317.2)
un relatīvais pagarinājums ε - absolūtās deformācijas attiecība pret sākotnējo garumu
ε pr = Δl/l o (318.3.2)
tad Janga moduli saskaņā ar Huka likumu var izteikt šādi
E = σ/ε pr = Pl o /F o Δl = tg α (318.3.3)
Attēls 318.2. Dažu metālu sakausējumu spriegumu diagrammas
Puasona koeficients μ parāda šķērsvirziena un garenvirziena deformāciju attiecību
Slodzes ietekmē ne tikai palielinās parauga garums, bet arī samazinās aplūkojamā šķērsgriezuma laukums (ja pieņemam, ka materiāla tilpums elastīgās deformācijas apgabalā paliek nemainīgs, tad parauga garuma palielināšanās noved pie šķērsgriezuma laukuma samazināšanās). Paraugam ar apļveida šķērsgriezumu šķērsgriezuma laukuma izmaiņas var izteikt šādi:
ε pop = Δd/d o (318.3.4)
Tad Puasona attiecību var izteikt ar šādu vienādojumu:
μ = ε pop /ε pr (318.3.5)
Bīdes modulis G parāda bīdes spriegumu attiecību T līdz bīdes leņķim
Bīdes moduli G var noteikt eksperimentāli, pārbaudot paraugus vērpes noteikšanai.
Leņķisko deformāciju laikā apskatāmais posms pārvietojas nevis lineāri, bet noteiktā leņķī - nobīdes leņķī γ uz sākotnējo posmu. Tā kā bīdes spriegums ir vienāds ar spēku, kas dalīts ar laukumu plaknē, kurā spēks darbojas:
T= Р/F (318.3.6)
un slīpuma leņķa tangensu var izteikt kā absolūtās deformācijas attiecību Δl līdz attālumam h no vietas, kur reģistrēta absolūtā deformācija, līdz punktam, attiecībā pret kuru tika veikta rotācija:
tgγ = Δl/h (318.3.7)
tad pie mazām bīdes leņķa vērtībām bīdes moduli var izteikt ar šādu vienādojumu:
G= T/γ = Ph/FΔl (318.3.8)
Younga modulis, bīdes modulis un Puasona koeficients ir savstarpēji saistīti ar šādu attiecību:
E = 2(1 + μ)G (318.3.9)
Konstantu E, G un µ vērtības ir norādītas 318.1. tabulā
Tabula 318.1. Dažu materiālu elastības īpašību aptuvenās vērtības
Piezīme: Elastības moduļi ir nemainīgas vērtības, taču dažādu būvmateriālu ražošanas tehnoloģijas mainās un elastības moduļu precīzākas vērtības būtu jāprecizē saskaņā ar šobrīd spēkā esošajiem normatīvajiem dokumentiem. Betona elastības modulis ir atkarīgs no betona klases un tāpēc šeit nav norādīts.
Elastīgās īpašības dažādiem materiāliem nosaka elastīgo deformāciju robežās, ko spriegumu diagrammā ierobežo punkts A. Tikmēr sprieguma diagrammā var identificēt vēl vairākus punktus:
2. Elastības robeža Р у
Normālie spriegumi parauga šķērsgriezumā, kad tiek sasniegta elastības robeža, būs vienādi ar:
σ y = Р y /F o (318.2.4)
Elastības robeža ierobežo laukumu, kurā redzamās plastiskās deformācijas atrodas noteiktā nelielā vērtībā, kas normalizēta ar tehniskiem apstākļiem (piemēram, 0,001%; 0,01% utt.). Dažreiz elastības robeža tiek noteikta atbilstoši pielaidei σ 0,001, σ 0,01 utt.
3. Rašanās spēks Р t
σ t = Р t /F o (318.2.5)
Ierobežo diagrammas laukumu, kurā deformācija palielinās, būtiski nepalielinot slodzi (ražošanas stāvokli). Šajā gadījumā visā parauga tilpumā notiek daļējs iekšējo saišu pārrāvums, kas izraisa ievērojamas plastiskas deformācijas. Parauga materiāls nav pilnībā iznīcināts, bet tā sākotnējie ģeometriskie izmēri neatgriezeniski mainās. Uz paraugu pulētās virsmas novērojami ražas rādītāji - bīdes līnijas (atklājis profesors V.D. Černovs). Dažādiem metāliem šo līniju slīpuma leņķi ir atšķirīgi, bet ir 40-50 o robežās. Šajā gadījumā daļa no uzkrātās potenciālās enerģijas tiek neatgriezeniski iztērēta iekšējo saišu daļējai pārrāvumam. Pārbaudot spriegojumu, ir ierasts atšķirt augšējo un apakšējo tecēšanas robežu - attiecīgi lielāko un zemāko spriegumu, pie kura palielinās plastiskā (atlikušā) deformācija pie gandrīz nemainīgas lietderīgās slodzes vērtības.
Sprieguma diagrammas norāda uz zemāku tecēšanas robežu. Tieši šī robeža lielākajai daļai materiālu tiek uzskatīta par materiāla standarta pretestību.
Dažiem materiāliem nav izteikta ražas plato. Viņiem nosacītā tecēšanas robeža σ 0,2 tiek uzskatīta par spriegumu, pie kura parauga atlikušais pagarinājums sasniedz vērtību ε ≈0,2%.
4. Stiepes izturība P max (īslaicīgā izturība)
Normālie spriegumi parauga šķērsgriezumā, kad tiek sasniegta maksimālā izturība, būs vienādi ar:
σ in = P max /F o (318.2.6)
Pēc augšējās tecēšanas robežas (nav parādīts sprieguma diagrammās) pārvarēšanas materiāls atkal sāk izturēt slodzi. Pie maksimālā spēka P max sākas materiāla iekšējo saišu pilnīga iznīcināšana. Šajā gadījumā plastiskās deformācijas koncentrējas vienā vietā, veidojot paraugā tā saukto kaklu.
Spriegumu pie maksimālās slodzes sauc par materiāla stiepes izturību vai stiepes izturību.
Tabulās 318.2 - 318.5 ir norādītas aptuvenās stiprības vērtības dažiem materiāliem:
Tabula 318.2 Dažu būvmateriālu aptuvenās spiedes stiprības (pagaidu stiprības) robežas.
Piezīme: metāliem un sakausējumiem stiepes izturības vērtība jānosaka saskaņā ar normatīvajiem dokumentiem. Dažām tērauda kategorijām var apskatīt pagaidu pretestības vērtību.
Tabula 318.3. Aptuvenās stiprības robežas (stiepes izturība) dažām plastmasām
Tabula 318.4. Dažu šķiedru aptuvenā stiepes izturība
Tabula 318.5. Aptuvenās stiprības robežas dažām koksnes sugām
5. Materiāla iznīcināšana P r
Ja paskatās uz sprieguma diagrammu, šķiet, ka materiāla iznīcināšana notiek, samazinoties slodzei. Šāds iespaids rodas tāpēc, ka “kakla” veidošanās rezultātā parauga šķērsgriezuma laukums “kakla” zonā būtiski mainās. Ja izveidojat sprieguma diagrammu paraugam, kas izgatavots no zema oglekļa satura tērauda atkarībā no mainīgā šķērsgriezuma laukuma, jūs redzēsiet, ka aplūkojamajā sadaļā spriegumi palielinās līdz noteiktai robežai:
Attēls 318.3. Sprieguma diagramma: 2 - attiecībā pret sākotnējo šķērsgriezuma laukumu, 1 - attiecībā pret mainīgo šķērsgriezuma laukumu kakla rajonā.
Tomēr pareizāk ir ņemt vērā materiāla stiprības raksturlielumus attiecībā pret sākotnējās sekcijas laukumu, jo stiprības aprēķinos reti tiek iekļautas sākotnējās ģeometriskās formas izmaiņas.
Viens no metālu mehāniskajiem raksturlielumiem ir šķērsgriezuma laukuma relatīvās izmaiņas ψ kakla rajonā, izteiktas procentos:
ψ = 100(F o - F)/F o (318.2.7)
kur F o ir parauga sākotnējais šķērsgriezuma laukums (šķērsgriezuma laukums pirms deformācijas), F ir šķērsgriezuma laukums “kakla” zonā. Jo lielāka ir ψ vērtība, jo izteiktākas ir materiāla plastiskās īpašības. Jo mazāka ir ψ vērtība, jo lielāka ir materiāla trauslums.
Ja saskaita parauga saplēstās daļas un izmēra tā pagarinājumu, izrādās, ka tas ir mazāks par diagrammā norādīto pagarinājumu (pēc segmenta garuma NL), jo pēc pārrāvuma elastīgās deformācijas izzūd un paliek tikai plastiskās deformācijas. . Plastiskās deformācijas (pagarinājuma) apjoms ir arī svarīgs materiāla mehānisko īpašību raksturlielums.
Papildus elastībai, līdz lūzumam, kopējā deformācija sastāv no elastīgām un plastmasas sastāvdaļām. Ja materiālu noved pie spriegumiem, kas pārsniedz tecēšanas robežu (318.1. att. kāds punkts starp tecēšanas robežu un stiepes robežu), un pēc tam to atslogos, tad paraugā saglabāsies plastiskās deformācijas, bet pēc kāda laika pārslogojot elastības robeža kļūs augstāka, jo šajā gadījumā parauga ģeometriskās formas izmaiņas plastisko deformāciju rezultātā kļūst it kā iekšējo savienojumu darbības rezultāts, un mainītā ģeometriskā forma kļūst par sākotnējo. viens. Šo materiāla iekraušanas un izkraušanas procesu var atkārtot vairākas reizes, un materiāla stiprības īpašības palielināsies:
Attēls 318.4. Sprieguma diagramma darba sacietēšanas laikā (slīpas taisnas līnijas atbilst izkraušanai un atkārtotai iekraušanai)
Šīs materiāla stiprības īpašību izmaiņas, kas iegūtas ar atkārtotu statisko slodzi, sauc par darba sacietēšanu. Taču, ja aukstuma cietēšanas rezultātā palielinās metāla stiprība, tā plastiskās īpašības samazinās un palielinās trauslums, tāpēc salīdzinoši neliela rūdīšana parasti tiek uzskatīta par lietderīgu.
Deformācijas darbs
Jo lielāki ir iekšējie mijiedarbības spēki starp materiāla daļiņām, jo lielāka ir materiāla izturība. Tāpēc pagarinājuma pretestības vērtība uz materiāla tilpuma vienību var kalpot kā tā stiprības raksturlielums. Šajā gadījumā stiepes izturība nav izsmeļošs konkrētā materiāla stiprības īpašību raksturojums, jo tas raksturo tikai šķērsgriezumus. Kad notiek plīsums, starpsavienojumi tiek iznīcināti visā šķērsgriezuma laukumā, un bīdes laikā, kas rodas jebkuras plastiskas deformācijas laikā, tiek iznīcināti tikai lokālie starpsavienojumi. Lai iznīcinātu šos savienojumus, tiek iztērēts noteikts iekšējo mijiedarbības spēku darba apjoms, kas ir vienāds ar ārējo spēku darbu, kas iztērēts pārvietošanai:
A = РΔl/2 (318.4.1)
kur 1/2 ir slodzes statiskās darbības rezultāts, palielinoties no 0 līdz P tās pielietošanas brīdī (vidējā vērtība (0 + P)/2)
Elastīgās deformācijas laikā spēku darbu nosaka trijstūra OAB laukums (sk. 318.1. att.). Kopējais parauga deformācijas un iznīcināšanas darbs:
A = ηР max Δl maks (318.4.2)
kur η ir diagrammas pilnības koeficients, kas vienāds ar visas diagrammas laukuma attiecību, ko ierobežo līkne AM un taisnes OA, MN un ON, pret taisnstūra laukumu ar malām 0P max (gar P asi) un Δl max (punktēta līnija 318.1. att.). Šajā gadījumā ir jāatņem darbs, ko nosaka trīsstūra MNL laukums (kas saistīts ar elastīgajām deformācijām).
Parauga plastiskās deformācijas un iznīcināšanas darbs ir viens no svarīgākajiem materiāla raksturlielumiem, kas nosaka tā trausluma pakāpi.
Kompresijas deformācija
Spiedes deformācijas ir līdzīgas stiepes deformācijām: pirmkārt, rodas elastīgās deformācijas, kurām tiek pievienotas plastiskās deformācijas, kas pārsniedz elastības robežu. Deformācijas un lūzuma raksturs saspiešanas laikā ir parādīts attēlā. 318,5:
Attēls 318.5
a - plastmasas materiāliem; b - trausliem materiāliem; c - koksnei gar graudu, d - koksnei šķērsgriezumā.
Kompresijas testi ir mazāk ērti plastmasas materiālu mehānisko īpašību noteikšanai, jo ir grūti reģistrēt bojājuma brīdi. Metālu mehāniskās pārbaudes metodes regulē GOST 25.503-97. Pārbaudot saspiešanu, parauga forma un izmēri var atšķirties. Aptuvenās stiepes izturības vērtības dažādiem materiāliem ir norādītas tabulās 318.2 - 318.5.
Ja materiāls ir noslogots ar pastāvīgu spriegumu, tad gandrīz momentānajai elastīgajai deformācijai pakāpeniski tiek pievienota papildu elastīgā deformācija. Kad slodze tiek pilnībā noņemta, elastīgā deformācija samazinās proporcionāli sprieguma samazinājumam, un papildu elastīgā deformācija izzūd lēnāk.
Iegūto papildu elastīgo deformāciju pastāvīgā spriedzē, kas neizzūd uzreiz pēc izkraušanas, sauc par elastīgo pēcefektu.
Temperatūras ietekme uz materiālu mehānisko īpašību izmaiņām
Cietais stāvoklis nav vienīgais vielas agregācijas stāvoklis. Cietās vielas pastāv tikai noteiktā temperatūras un spiediena diapazonā. Temperatūras paaugstināšanās noved pie fāzes pārejas no cietas uz šķidrumu, un pats pārejas process tiek saukts par kušanu. Kušanas temperatūras, tāpat kā citas materiālu fizikālās īpašības, ir atkarīgas no daudziem faktoriem un tiek noteiktas arī eksperimentāli.
Tabula 318.6. Dažu vielu kušanas punkti
Piezīme: tabulā parādīti kušanas punkti atmosfēras spiedienā (izņemot hēliju).
Materiālu elastības un stiprības raksturlielumi, kas norādīti tabulās 318.1-318.5, parasti tiek noteikti +20 o C temperatūrā. GOST 25.503-97 ļauj pārbaudīt metāla paraugus temperatūras diapazonā no +10 līdz +35 o C. .
Mainoties temperatūrai, mainās arī ķermeņa potenciālā enerģija, kas nozīmē, ka mainās arī iekšējo mijiedarbības spēku vērtība. Tāpēc materiālu mehāniskās īpašības ir atkarīgas ne tikai no temperatūras absolūtās vērtības, bet arī no tās darbības ilguma. Lielākajai daļai materiālu, karsējot, stiprības raksturlielumi (σ p, σ t un σ v) samazinās, bet materiāla plastiskums palielinās. Temperatūrai pazeminoties, stiprības raksturlielumi palielinās, bet tajā pašā laikā palielinās trauslums. Sildot, Janga modulis E samazinās, un Puasona koeficients palielinās. Kad temperatūra pazeminās, notiek pretējs process.
Attēls 318.6. Temperatūras ietekme uz oglekļa tērauda mehāniskajām īpašībām.
Karsējot krāsainos metālus un no tiem izgatavotos sakausējumus, to stiprums uzreiz krītas un pie 600°C tuvuma tas praktiski zūd. Izņēmums ir aluminotermiskais hroms, kura stiepes izturība palielinās, paaugstinoties temperatūrai un 1100°C temperatūrā sasniedz maksimālo σ in1100 = 2σ in20.
Vara, vara sakausējumu un magnija elastības raksturlielumi samazinās, palielinoties temperatūrai, bet alumīnija - palielinās. Karsējot plastmasu un gumiju, to stiepes izturība strauji samazinās, un, atdzesējot, šie materiāli kļūst ļoti trausli.
Radioaktīvās apstarošanas ietekme uz mehānisko īpašību izmaiņām
Radiācijas iedarbība dažādus materiālus ietekmē atšķirīgi. Neorganiskas izcelsmes materiālu apstarošana savā iedarbībā uz mehāniskajām īpašībām un plastiskuma raksturlielumiem ir līdzīga temperatūras pazemināšanai: palielinoties radioaktīvā apstarošanas devai, palielinās stiepes izturība un it īpaši tecēšanas robeža, samazinās plastiskuma raksturlielumi.
Plastmasas apstarošana arī izraisa trausluma palielināšanos, un apstarošana atšķirīgi ietekmē šo materiālu stiepes izturību: uz dažām plastmasām tas gandrīz neietekmē (polietilēns), citās tas izraisa ievērojamu stiepes izturības samazināšanos (katamen), un citās tas palielina stiepes izturību (elektrons ).
Raksti par tēmu
