График зависимости деформации напряжения

Как найти кривую деформации напряжения: пластичность, предел текучести, удлинение, модуль упругости

Из Закона Гука мы получаем четкое представление о теме «Как найти кривую напряжения-деформации». В этой статье мы кратко изложим ниже тему о том, как найти кривая напряжения-деформации.

• предел текучести
• Модуль для младших
• тягучесть
• относительное удлинение

Кривая напряжение-деформация

Предел текучести:

По пределу текучести мы можем распознать является ли объект тестирования податливым или упрямым. В точке предела текучести объект испытаний переходит в упругое, а затем в пластическое..

С помощью доходности мы можем решить, какой материал подходит для конкретного объекта испытаний.

Модуль упругости:

Если мы пройдемся по закону Гука, получим четкое понятие модуля упругости. Другое название модуля упругости — модуль Юнга.

Модуль упругости утверждает, что если нагрузка приложена в объект тестирования в пределах лимита упругости, то зависимость напряжений и деформаций прямо пропорциональна друг другу..

Математически это можно записать как,

E = константа пропорциональности и модуль упругости.

тягучесть:

Как в области машиностроения, так и в производстве пластичность используется для определения пригодности материала для операций в области производства, а также для понимания способности материалов поглощать.

Одним из наиболее важных механических терминов, используемых в инженерной сфере, является пластичность. С помощью этого критерия мы можем определить аменабельность материала. Пластичность можно определить как когда объект контроля выдерживает деформацию пластика до того, как разрушение перейдет под действие растягивающего напряжения.

Пластичность является хорошей характеристикой металла, но все металлы не пластичны, некоторые из них имеют хрупкий характер. Полимер также пластичный материал. Металлы, которые считаются хорошими свойствами пластичности, присутствуют, такие как медь, золото, вольфрам.

Относительное удлинение:

Удлинение материала можно определить как увеличение длины калибра измеряется после разрушения объекта контроля в пределах длины калибра, что выражается его исходной длиной калибра в процентах.

Математически это можно записать как,

(конечная длина материала – исходная длина материала) / исходная длина материала x 100

Пластичность кривой напряжения-деформации:

Если объект испытания из пластичного металла находится в машине для испытаний на сжатие и приложена внешняя осевая нагрузка, то общая величина удлинения по длине калибра измеряется при каждом приращении осевой нагрузки, и процесс продолжается до тех пор, пока происходит разрушение металлического объекта испытаний.

В объекте испытаний из пластичного металла площадь поперечного сечения известна как напряжение, а длина известна как деформация. При построении графика напряжение размещается по оси у, а деформация — по оси х. Диаграмма известна как пластичность кривой напряжения-деформации.

На графике напряжения-деформации в процессе появляются различные точки. Они есть,

График деформации напряжения

Пропорциональный предел:

Пропорциональный предел может быть определен как участок кривой напряжения-деформации, подчиняющийся закону Гука. В этом пределе деформация и напряжение прямо пропорциональны друг другу.На рисунке AB представлен пропорциональный предел.

Предел эластичности:

Предел упругости пластичного материала можно определить как если осевая нагрузка снимается с объекта контроля, то это предельная точка, из которой объект не может вернуться к своей первоначальной форме. или, другими словами, это также можно объяснить как если предельное максимальное напряжение развивается таким образом в пластичный объект испытаний, где остаточная деформация больше не сохраняется, если осевая нагрузка постоянно снимается с него.На рисунке BC представляет собой предел упругости.

Предел текучести:

Предел текучести можно объяснить как точка области, где пластичные металлы начинают деформироваться в пластичные.На изображении компакт-диск представляет предел текучести.

Предел текучести подразделяется на две части:

Невероятная сила:

Предельную прочность можно определить как что собой представляет пластичный металлсталкивается с максимальным стрессом после отказа. Отказ появляется за пределами этой точки региона. На рисунке DE представляет предельную прочность.

Точка разрыва:

Точка, в которой происходит сбой, называется точкой разрыва. На рисунке E обозначена точка разрыва.

Как найти пластичность по кривой напряжения-деформации?

Пластичность можно объяснить тем, что материал поглощает общую величину растягивающего напряжения, прежде чем принять длительную деформацию. Это повреждение в основном заключается в уменьшении площади поперечного сечения без образования трещин.

• относительное удлинение
• Величина площади поперечного сечения уменьшается

Относительное удлинение:

Длина калибра — это увеличение конкретного материала, когда сила растяжения, действующая на него, делится на длину оригинала. Процент исходной длины материала составляет удлинение.

Величина площади поперечного сечения уменьшается:

Это может быть выражено математически как,

Величина площади поперечного сечения уменьшается (%) = 100 * (A_0 – A_f)/A_o

A_o = Исходная площадь поперечного сечения

A_f = конечная площадь поперечного сечения

В этом методе испытаний температура играет жизненно важную роль.

Обе формулы выражены в процентах и ​​означают, что пластичность материала выполняется правильно.

Кривая напряжения-деформации предела текучести:

С помощью кривой предела текучести мы легко можем понять, какое приложение больше подходит для испытания материала. Каждый материал сталкивается с переходом в другую стадию точечной упругости к пластичности и, в конечном счете, к разрушению.

В этот момент металл начинает сам превращаться из эластичного в пластичный, что называется Предел текучести.

У пластичного материала значение предела текучести больше, чем у пластика.

Как найти предел текучести по кривой напряжения-деформации?

• На графике по оси у отложено удлинение, а по оси напряжения означает, что по оси х отложено напряжение. Линия, которая должна быть прямой, проведена по наклону начальной точки к графику напряжения-деформации.
• В это время новая линия пересекается с кривой напряжения-деформации, построенной по оси ординат. Величина напряжения выражается в фунтах на квадратный дюйм. Метод построения графика выполняется с целью вычитания величины упругой деформации из общей величины деформации, где присутствует постоянное смещение, для указания остатка.

предел текучести

Удлинение кривой напряжения-деформации:

Удлинение кривой напряжения-деформации можно определить, когда в машине для испытаний на растяжение помещают испытываемый объект и постепенно прикладывают осевую нагрузку в то время, когда нагрузка максимальна.

Как найти удлинение по кривой напряжения-деформации?

• В методе испытаний на растяжение объект испытаний сталкивается с удлинением, при этом ширина и толщина в области поперечного сечения уменьшаются.
• Когда мы наблюдаем удлинение на графике напряжения-деформации, приложенная осевая нагрузка падает в пиковой точке, в результате балансировка становится затруднительной для наклепа и возникают деформации в объекте контроля.
• Когда осевая нагрузка находится в пиковой точке, площадь поперечного сечения уменьшается, а кривая графика напряжения-деформации сжимается. В средней части объекта контроля образуется диффузная шейка.

График удлинения от напряжения-деформации

Модуль упругости кривой напряжения-деформации:

В области механики модуль упругости является очень важным фактором, позволяющим понять, подходит ли материал для испытаний. Это не зависит от размера, веса объекта контроля.

В машине для испытаний на растяжение к образцу прикладывается осевая нагрузка, деформация происходит из-за большой нагрузки. Начальная стадия деформации кривой напряжения-деформации известна как модуль упругости.

Как найти модуль упругости по кривой напряжения-деформации?

При малых деформациях происходит деформация эластика. Когда мы видим график напряжения-деформации, поведение очень ясно видно, что деформация составляет примерно менее 1 процента в области прямой линии. Его средний предел эластичности для графика составляет 1 процент.

Мы знаем формулу модуля упругости:

Итак, в начале нам нужно определить область на кривой деформации напряжения, где происходит деформация упругости. Мы уже знаем, что деформация примерно меньше 1 означает, что иначе мы можем записать значение деформации равное 0.01. Напряжение для кривой напряжения-деформации составляет 250 ньютонов на квадратный мм. Теперь, подставив значения в формулу, можно легко определить значение модуля упругости.

Точка текучести кривой напряжения-деформации:

На кривой напряжения-деформации точка текучести, в частности, указывает точку, где заканчивается эластичность и начинается пластичность.

При приложении осевой нагрузки в объекте контроля происходит деформация, но если снять нагрузку с предела текучести объекта контроля, то объект контроля может вернуться к своей первоначальной форме.

Как найти модуль касательной по кривой напряжения-деформации?

• В начале процесса проводится прямая линия от начала координат графика деформации и напряжения, и необходимо найти наклон, присутствующий в начале координат.
• Из части вкладыша выберите две точки и найдите на графике разницу между их напряжением и точкой деформации.

Как найти предел текучести на кривой напряжения-деформации?

Сначала нам нужно найти точку 0.2 % по горизонтали означает, что на оси деформации, когда мы отмечаем точку, затем проводится линия, параллельная области упругости на графике напряжения-деформации, и, наконец, 0.2 % нужно точка, которая обозначает предел текучести напряжения и начертите линию в месте его пересечения на кривой напряжения-деформации.

Предел текучести на графике напряжения-деформации

Как найти предел прочности при растяжении по кривой напряжения-деформации?

• Если осевая нагрузка является разрушающей, ее следует разделить на начальную площадь поперечного сечения..
• Ниже предела текучести объекты испытаний имеют тенденцию к изменению упругости на пластичность при деформации.
• Сломанный испытуемый объект измеряется процентным удлинением.
• Рассчитайте уменьшение площади в процентах.

Площадь кривой напряжения-деформации под напряжением:

Другой термин для площади под напряжением на графике напряжения-деформации — ударная вязкость.

На кривой напряжения-деформации количество энергии, поглощаемой способностью материала на единицу объема до разрушения, называется площадью кривой напряжения-деформации под напряжением.

Площадь под напряжение можно рассчитать интегрирование кривой деформации напряжения.

Математически это можно выразить как

\varepsilon_f = Напряжение при появлении отказа

Как найти площадь под кривой напряжения-деформации?

В машине для испытаний на растяжение объект испытания располагается на нем, и к объекту постепенно прикладывается осевая нагрузка, для чего строится график напряжения-деформации во времени, а под кривой напряжение-деформация легко может быть измерена площадь.

Привет. Я Индрани Банерджи. Я получил степень бакалавра в области машиностроения. Я человек с энтузиазмом, и я человек, который положительно относится ко всем аспектам жизни. Я люблю читать книги и слушать музыку. Подключаемся через LinkedIn-https://www.linkedin.com/in/indrani-banerjee-2487b4214

Последние посты

Гипохлорит представляет собой анионную группу с химической формулой ClO-. Его относят к сложным эфирам хлорноватистой кислоты (HClO), связанным с помощью ковалентных взаимодействий. Давайте рассмотрим факты о ClO-. Гипохлорит.

Оксид магния с эмпирической формулой MgO представляет собой белое гигроскопичное твердое вещество, а йодистый водород (HI) представляет собой сильную кислоту. Давайте подробно разберемся с реакцией HI + MgO. Реакция.

О НАС

Мы являемся группой профессионалов отрасли из различных областей образования, таких как наука, инженерия, английская литература, и создаем универсальное образовательное решение, основанное на знаниях.

report this ad

report this ad

§ 9.3. Механические свойства твердых тел. Диаграмма растяжения

В любом сечении деформируемого тела действуют силы упругости, препятствующие разрыву тела на части (рис. 9.15). Деформированное тело находится в напряженном состоянии, которое характеризуется особой величиной, называемой механическим напряжением или короче — напряжением.

Напряжение — величина, равная отношению модуля силы упругости к площади поперечного сечения(1) тела:

где σ — напряжение, F_ynp — модуль силы упругости и S — площадь поперечного сечения.

В СИ за единицу напряжения принимается паскаль (Па):

Заметим, что в формуле (9.3.1) иногда удобно модуль силы упругости заменить на модуль F внешней деформирующей силы, уравновешивающей силу упругости.

Диаграмма растяжения

Для исследования деформации растяжения стержень из исследуемого материала при помощи специальных устройств (например, с помощью гидравлического пресса) подвергают растяжению и измеряют удлинение образца и возникающее в нем напряжение. По результатам опытов вычерчивают график зависимости напряжения с от относительного удлинения е. Этот график называют диаграммой растяжения (рис. 9.16).

Закон Гука

Многочисленные опыты показывают, что при малых деформациях напряжение а прямо пропорционально относительному удлинению ε (участок ОА диаграммы). Эта зависимость называется законом Гука. Его можно записать так:

Относительное удлинение в формуле (9.3.2) взято по модулю, так как закон Гука справедлив как для деформации растяжения, так и для деформации сжатия, когда ε < 0 (рис. 9.17).

Коэффициент пропорциональности Е, входящий в закон Гука, называется модулем упругости или модулем Юнга.

Если относительное удлинение ε = 1, то σ = Е. Следовательно, модуль Юнга равен напряжению, возникающему в стержне при его относительном удлинении, равном единице. Так как ε = , то при ε = 1 Δl = l₀. А это значит, что модуль Юнга равен напряжению, возникающему в стержне при удвоении длины образца. Практически любое тело (кроме резины) при упругой деформации не может удвоить свою длину: значительно раньше оно разорвется. Поэтому модуль Юнга определяют по формуле (9.3.2), измеряя напряжение о и относительное удлинение е при малых деформациях.

Из формулы (9.3.2) видно, что единица модуля Юнга в СИ такая же, как и единица напряжения, т. е. паскаль.

Чем больше модуль упругости Е, тем меньше деформируется стержень при прочих равных условиях (l₀, S, F). Таким образом, модуль Юнга характеризует сопротивляемость материала упругой деформации растяжения или сжатия.

Закон Гука, записанный в форме (9.3.2), легко привести к виду (9.3.1).

Действительно, подставив в (9.3.2) получим:

Таким образом, согласно (9.3.4) жесткость k стержня прямо пропорциональна произведению модуля Юнга на площадь поперечного сечения стержня и обратно пропорциональна его длине.

Пределы пропорциональности и упругости

Эксперимент показывает, что малые деформации полностью исчезают после снятия нагрузки (упругая деформация). При малых деформациях выполняется закон Гука. Максимальное напряжение, при котором еще выполняется закон Гука, называется пределом пропорциональности.

Если продолжать увеличивать нагрузку при растяжении и превзойти предел пропорциональности, то деформация становится нелинейной (линия ABCDEK, рис. 9.16). Тем не менее при небольших нелинейных деформациях после снятия нагрузки форма и размеры тела практически восстанавливаются (участок АВ графика). Максимальное напряжение, при котором еще не возникают заметные остаточные деформации, называется пределом упругости σ_уп. Он соответствует точке В графика. Предел упругости превышает предел пропорциональности не более чем на 0,33%. В большинстве случаев их можно считать равными.

Предел и запас прочности

Если внешняя нагрузка такова, что в теле возникают напряжения, превышающие предел упругости, то характер деформации меняется (участок BCDEK графика, рис. 9.16). После снятия нагрузки образец не принимает прежние размеры, а остается деформированным, хотя и с меньшим удлинением, чем при нагрузке (пластическая деформация).

За пределом упругости при некотором значении напряжения, соответствующем точке С графика (см. рис. 9.16), удлинение возрастает практически без увеличения нагрузки (участок CD диаграммы почти горизонтален). Это явление называется текучестью материала.

При дальнейшем увеличении нагрузки напряжение повышается (от точки D), после чего в наименее прочной части образца появляется сужение («шейка»). Из-за уменьшения площади сечения (точка Е) для дальнейшего удлинения нужно меньшее напряжение, но в конце концов наступает разрушение образца (точка К). Наибольшее напряжение, которое выдерживает образец без разрушения, называется пределом прочности. Обозначим его σ_пч (оно соответствует точке Е диаграммы). Его значение сильно зависит от природы материала и его обработки.

Чтобы свести к минимуму возможность разрушения сооружения, инженер должен при расчетах допускать в его элементах такие напряжения, которые будут составлять лишь часть предела прочности материала. Их называют допустимыми напряжениями. Число, показывающее, во сколько раз предел прочности больше допустимого напряжения, называют коэффициентом запаса прочности.

Обозначив запас прочности через n, получим:

Запас прочности выбирается в зависимости от многих причин: качества материала, характера нагрузки (статическая или изменяющаяся со временем), степени опасности, возникающей при разрушении, и т. д. На практике запас прочности колеблется от 1,7 до 10. Выбрав правильно запас прочности, инженер может определить допустимое в конструкции напряжение.

Закон Гука для деформации сдвига

При деформации сдвига сила направлена по касательной к плоскости верхней грани тела (см. рис. 9.8J. Эта сила уравновешивается возникающей силой упругости: = — _упр Отношение модуля силы упругости, возникающей при деформации сдвига, к площади верхней грани называется касательным напряжением и обозначается буквой τ:

Опыт показывает, что касательное напряжение х при малых деформациях прямо пропорционально углу сдвига а. Это и есть закон Гука для деформации сдвига. Он записывается так:

Коэффициент у называется модулем сдвига. Он численно равен касательному напряжению при угле сдвига в 1 рад. Очевидно, что для абсолютного большинства реальных материалов такое напряжение нельзя приложить к реальным телам, не разрушая их.

В СИ единицей модуля сдвига является 1 Па/рад.

Наиболее полную информацию об упругих свойствах материалов дает диаграмма растяжения, получаемая экспериментально. При малых деформациях напряжение в твердом теле прямо пропорционально относительной деформации (закон Гуна).

(1) Сечение тела производится плоскостью, перпендикулярной направлению силы упругости. При этом предполагается, что деформация тела во всех участках сечения одинакова.

Деформация металла под действием напряжений может быть упругой и пластической

Формирование структуры деформированных металлов и сплавов.

1.Физическая природа деформации металлов.

Деформацией называется изменение формы и размеров тела под действием напряжений.

Напряжение – сила, действующая на единицу площади сечения детали.

Напряжения и вызываемые ими деформации могут возникать при действии на тело внешних сил растяжения, сжатия и т.д., а также в результате фазовых (структурных) превращений, усадки и других физико-химических процессов, протекающих в металлах, и связанных с изменением объема.

Металл, находящийся в напряженном состоянии при любом виде нагружения, всегда испытывает напряжения нормальные и касательные (рис. 6.1.).

Рис.6.1. Схема возникновения нормальных и касательных напряжений в металле при его нагружении

Рост нормальных и касательных напряжений приводит к разным последствиям. Рост нормальных напряжений приводит к хрупкому разрушению. Пластическую деформацию вызывают касательные напряжения.

Деформация металла под действием напряжений может быть упругой и пластической.

Упругой называется деформация, полностью исчезающая после снятия вызывающих ее напряжений.

При упругом деформировании изменяются расстояния между атомами металла в кристаллической решетке. Снятие нагрузки устраняет причину, вызвавшую изменение межатомного расстояния, атомы становятся на прежние места, и деформация исчезает.

Упругая деформация на диаграмме деформации характеризуется линией ОА (рис.6.2.).

Рис.6.2. Диаграмма зависимости деформации металла от действующих напряжений

Если нормальные напряжения достигают значения сил межатомных связей, то наблюдается хрупкое разрушение путем отрыва (рис.6.3.)

Рис.6.3. Схема упругой деформации и хрупкого разрушения под действием упругих напряжений а – ненапряженная решетка металла; б – упругая деформация; в, г – хрупкое разрушение в результате отрыва

Зависимость между упругой деформацией и напряжением выражается законом Гука

где: Е — модуль упругости.

Модуль упругости является важнейшей характеристикой упругих свойств металла. По физической природе величина модуля упругости рассматривается как мера прочности связей между атомами в твердом теле.

Эта механическая характеристика структурно нечувствительна, т. е. термическая обработка или другие способы изменения структуры не изменяют модуля упругости, а повышение температуры, изменяющее межатомные расстояния, снижает модуль упругости.

Пластической или остаточной называется деформация после прекращения действия вызвавших ее напряжений.

При пластическом деформировании одна часть кристалла перемещается по отношению к другой под действием касательных напряжений. При снятии нагрузок сдвиг остается, т.е. происходит пластическая деформация (рис.6.4 )

В результате развития пластической деформации может произойти вязкое разрушение путем сдвига.

Рис.6.4. Схема пластической деформации и вязкого разрушения под действием касательных напряжений а – ненапряженная решетка; б – упругая деформация; в – упругая и пластическая деформация; г – пластическая деформация; д, е – пластичное (вязкое) разрушение в результате среза

2.Пластическое деформирование поли- и монокристаллов.

Металлы и сплавы в твердом состоянии имеют кристаллическое строение, и характер их деформации зависит от типа кристаллической структуры и от наличия несовершенств в этой структуре.

Рассмотрим пластическую деформацию в монокристалле (отдельный кристалл).

Пластическая деформация может протекать под действием касательных напряжений и может осуществляться двумя способами.

1. Трансляционное скольжение по плоскостям (рис. 6.5 а). Одни слои атомов кристалла скользят по другим слоям, причем они перемещаются на дискретную величину, равную целому числу межатомных расстояний.

В промежутках между полосами скольжения деформация не происходит. Твердое тело не изменяет своего кристаллического строения во время пластической деформации и расположение атомов в элементарных ячейках сохраняется

Плоскостями скольжения является кристаллографические плоскости с наиболее плотной упаковкой атомов.

Это наиболее характерный вид деформации при обработке давлением.

2. Двойникование – поворот одной части кристалла в положение симметричное другой его части. Плоскостью симметрии является плоскость двойникования (рис. 6.5 б).

Двойникование чаще возникает при пластической деформации кристаллов с объемно-центрированной и гексагональной решеткой, причем с повышением скорости деформации и понижением температуры склонность к двойникованию возрастает.

Двойникование может возникать не только в результате действия внешних сил, но и в результате отжига пластически деформированного тела. Это характерно для металлов с гранецентрированной кубической решеткой (медь, латунь). Двойникованием можно достичь незначительной степени деформации.

Рис.6.5. Схемы пластической деформации различными способами: а – скольжением; б – двойникованием

3.Механизм пластического деформирования.

Пластическая деформация происходит в результате скольжения или двойникования.

В основу современной теории пластической деформации взяты следующие положения:

• скольжение распространяется по плоскости сдвига последовательно, а не одновременно;
• скольжение начинается от мест нарушений кристаллической решетки, которые возникают в кристалле при его нагружении.

Схема механизма деформации представлена на рис.6.6 а. В равновесном состоянии дислокация неподвижна. Под действием напряжения экстраплоскость смещается справа налево при незначительном перемещении атомов. Нижняя часть плоскости Р / S (SR) сместится вправо и совместится с нижним краем экстра- плоскости РQ. QR- остаточная деформация. При дальнейшем движении дислокация пройдет всю плоскость скольжения и выйдет на поверхность зерна. При этом верхняя часть зерна сдвинута относительно нижней на один межатомный период решетки (рис. 6.6 б). При каждом перемещении дислокации на один шаг необходимо разорвать связь только между двумя рядами атомов в плоскости Р / S, а не между всеми атомами, расположенными выше и ниже плоскости скольжения. Необходимое сдвиговое напряжение при этом мало, равно практически действительному. Рис. 6.6. Схема дислокационного механизма пластической деформации а – перемещение атомов при двихении краевой дислокации на одно межатомное расстояние; б – перемещение дислокации через весь кристалл

1. Разрушение металлов.

Процесс деформации при достижении высоких напряжений завершается разрушением. Тела разрушаются по сечению не одновременно, а вследствие развития трещин. Разрушение включает три стадии: зарождение трещины, ее распространение через сечение, окончательное разрушение. Различают хрупкое разрушение – отрыв одних слоев атомов от других под действием нормальных растягивающих напряжений. Отрыв не сопровождается предварительной деформацией. Механизм зарождения трещины одинаков — благодаря скоплению движущихся дислокаций перед препятствием (границы субзерен, фазовые границы), что приводит к концентрации напряжений, достаточной для образования трещины. Когда напряжения достигают определенного значения, размер трещины становится критическим и дальнейший рост осуществляется произвольно. Для хрупкого разрушения характерна острая, часто ветвящаяся трещина. Величина зоны пластической деформации в устье трещины мала. Скорость распространения хрупкой трещины велика — близка к скорости звука (внезапное, катастрофическое разрушение). Энергоемкость хрупкого разрушения мала, а работа распространения трещины близка к нулю. Различают транскристаллитное разрушение – трещина распространяется по телу зерна, интеркристаллитное – по границам зерен (всегда хрупкое). Результатом хрупкого разрушения является блестящий светлый кристаллический излом с ручьистым строением. Хрупкая трещина распространяется по нескольким параллельным плоскостям. Плоскость излома перпендикулярна нормальным напряжениям. Вязкое разрушение – путем среза под действием касательных напряжений. Ему всегда предшествует значительная пластическая деформация. Трещина тупая раскрывающаяся. Величина пластической зоны впереди трещины велика. Малая скорость распространения трещины. Энергоемкость значительная, энергия расходуется на образование поверхностей раздела и на пластическую деформацию. Большая работа затрачивается на распространение трещины. Поверхность излома негладкая, рассеивает световые лучи, матовая (волокнистый) излом. Плоскость излома располагается под углом. По излому можно определить характер разрушения.

1. Механические свойства и способы определения их количественных характеристик (повторение)

Основными механическими свойствами являются прочность, упругость, вязкость, твердость. Зная механические свойства, конструктор обоснованно выбирает соответствующий материал, обеспечивающий надежность и долговечность конструкций при их минимальной массе. Механические свойства определяют поведение материала при деформации и разрушении от действия внешних нагрузок. В зависимости от условий нагружения механические свойства могут определяться при:

1. статическом нагружении – нагрузка на образец возрастает медленно и плавно.
2. динамическом нагружении – нагрузка возрастает с большой скоростью, имеет ударный характер.
3. повторно, переменном или циклическим нагружении – нагрузка в процессе испытания многократно изменяется по величине или по величине и направлению.

Для получения сопоставимых результатов образцы и методика проведения механических испытаний регламентированы ГОСТами. При статическом испытании на растяжение: ГОСТ 1497 получают характеристики прочности и пластичности. Прочност ь – способность материала сопротивляться деформациям и разрушению. Испытания проводятся на специальных машинах, которые записывают диаграмму растяжения, выражающую зависимость удлинения образца (мм) от действующей нагрузки Р, т.е. . Но для получения данных по механическим свойствам перестраивают: зависимость относительного удлинения от напряжения Рис. 6.7. Диаграмма растяжения: а – абсолютная , б – относительная; в – схема определения условного предела текучести Проанализируем процессы, которые происходят в материале образца при увеличении нагрузки. Участок оа на диаграмме соответствует упругой деформации материала, когда соблюдается закон Гука. Напряжение, соответствующее упругой предельной деформации в точке а , называется пределом пропорциональности. Предел пропорциональности () – максимальное напряжение, до которого сохраняется линейная зависимость между деформацией и напряжением. При напряжениях выше предела пропорциональности происходит равномерная пластическая деформация (удлинение или сужение сечения). Каждому напряжению соответствует остаточное удлинение, которое получаем проведением из соответствующей точки диаграммы растяжения линии параллельной оа . Так как практически невозможно установить точку перехода в неупругое состояние, то устанавливают условный предел упругости, – максимальное напряжение, до которого образец получает только упругую деформацию. Считают напряжение, при котором остаточная деформация очень мала (0,005…0,05%). В обозначении указывается значение остаточной деформации . Предел текучести характеризует сопротивление материала небольшим пластическим деформациям. В зависимости от природы материала используют физический или условный предел текучести. Физический предел текучести – это напряжение, при котором происходит увеличение деформации при постоянной нагрузке (наличие горизонтальной площадки на диаграмме растяжения). Используется для очень пластичных материалов. Но основная часть металлов и сплавов не имеет площадки текучести. Условный предел текучести – это напряжение вызывающее остаточную деформацию Физический или условный предел текучести являются важными расчетными характеристиками материала. Действующие в детали напряжения должны быть ниже предела текучести. Равномерная по всему объему пластичная деформация продолжается до значения предела прочности. В точке в в наиболее слабом месте начинает образовываться шейка – сильное местное утомление образца. Предел прочности – напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, которую выдерживает образец до разрушения (временное сопротивление разрыву). Образование шейки характерно для пластичных материалов, которые имеют диаграмму растяжения с максимумом. Предел прочности характеризует прочность как сопротивления значительной равномерной пластичной деформации. За точкой В, вследствие развития шейки, нагрузка падает и в точке С происходит разрушение. Истинное сопротивление разрушению – это максимальное напряжение, которое выдерживает материал в момент, предшествующий разрушению образца (рис. 6.8). Истинное сопротивление разрушению значительно больше предела прочности, так как оно определяется относительно конечной площади поперечного сечения образца. Рис. 6.8. Истинная диаграмма растяжения — конечная площадь поперечного сечения образца. Истинные напряжения определяют как отношение нагрузки к площади поперечного сечения в данный момент времени. При испытании на растяжение определяются и характеристики пластичности. Пластичность –– способность материала к пластической деформации, т.е. способность получать остаточное изменение формы и размеров без нарушения сплошности. Это свойство используют при обработке металлов давлением. Характеристики:  относительное удлинения. и – начальная и конечная длина образца. – абсолютное удлинение образца, определяется измерением образца после разрыва.  относительное сужение — начальная площадь поперечного сечения -площадь поперечного сечения в шейке после разрыва. Относительное сужение более точно характеризует пластичность и служит технологической характеристикой при листовой штамповке. Пластичные материалы более надежны в работе, т.к. для них меньше вероятность опасного хрупкого разрушения. Применительно к типам кристаллической решётки можно сказать то, что в т. к. металлах с решётками ГЦК и ОЦК значительно больше систем скольжения, чем в металлах с ГПУ, то они обладают повышенной пластичностью. Кроме того, наиболее пластичными являются чистые компоненты и однофазные твёрдые растворы. Пластичность резко понижается с появлением двухфазных смесей.

1. Особенности деформации поликристаллических тел.

Рассмотрим холодную пластическую деформацию поликристалла. Пластическая деформация металлов и сплавов как тел поликристаллических, имеет некоторые особенности по сравнению с пластической деформацией монокристалла. Деформация поликристаллического тела складывается из 1). деформации отдельных зерен и 2). деформации в приграничных объемах. Отдельные зерна деформируются скольжением и двойникованием, однако взаимная связь зерен и их множественность в поликристалле вносят свои особенности в механизм деформации. Плоскости скольжения зерен произвольно ориентированны в пространстве, поэтому под влиянием внешних сил напряжения в плоскостях скольжения отдельных зерен будут различны. Деформация начинается в отдельных зернах, в плоскостях скольжения которых возникают максимальные касательные напряжения. Соседние зерна будут разворачиваться и постепенно вовлекаться в процесс деформации. Деформация приводит к изменению формы зерен: зерна получают форму, вытянутую в направлении наиболее интенсивного течения металла (поворачиваются осями наибольшей прочности вдоль направления деформации). Изменение структуры при деформации показано на рис. 8.1. Рис. 8.1. Изменение структуры при деформации: а) до деформации; б) после обжатия на 35%; в) после обжатия на 90%. Металл приобретает волокнистое строение. Волокна с вытянутыми вдоль них неметаллическими включениями являются причиной неодинаковости свойств вдоль и поперек волокон. Одновременно с изменением формы зерен в процессе пластической деформации происходит изменение ориентировки в пространстве их кристаллической решетки. Когда кристаллические решетки большинства зерен получают одинаковую ориентировку, возникает текстура деформации .

1. Влияние пластической деформации на структуру и свойства металла: наклеп

С увеличением степени деформации характеристики пластичности (относительное удлинение, относительное сужение) и вязкости (ударная вязкость) уменьшаются, а прочностные характеристики (предел упругости, предел текучести, предел прочности) и твердость увеличиваются (рис. 8.2). Также повышается электросопротивление, снижаются сопротивление коррозии, теплопроводность, магнитная проницаемость. Рис.8.2. Влияние холодной пластической деформации на механические свойства металла Совокупность явлений, связанных с изменением механических, физических и других свойств металлов в процессе пластической деформации называют д еформационным упрочнением или наклепом. Упрочнение при наклепе объясняется возрастанием на несколько порядков плотности дислокаций: Их свободное перемещение затрудняется взаимным влиянием, также торможением дислокаций в связи с измельчением блоков и зерен, искажениями решетки металлов, возникновением напряжений. Наклёп понижает плотность металла из-за нарушения порядка в размещении атомов при увеличении плотности дефектов и образовании микропор. Уменьшение плотности используют для увеличения долговечности деталей, которые при эксплуатации подвержены переменным нагрузкам. С этой целью применяют поверхностное пластическое деформирование детали с помощью обдувки дробью или обработки специальным инструментом. Наклёпанный слой стремиться расшириться , встречая сопротивление со стороны ненаклёпанных участков детали. В результате в этом слое возникнут напряжения сжатия, а под ним, на большом расстоянии от поверхности, появятся напряжения растяжения. Сжимающие напряжения в поверхностном слое замедляют зарождение усталостной трещины и тем самым увеличивают долговечность деталей. Наклёпанные металлы легче корродируют и склонны к коррозионному растрескиванию.

1. Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла: возврат и рекристаллизация

Деформированный металл находится в неравновесном состоянии. Переход к равновесному состоянию связан с уменьшением искажений в кристаллической решетке, снятием напряжений, что определяется возможностью перемещения атомов. При низких температурах подвижность атомов мала, поэтому состояние наклепа может сохраняться неограниченно долго. При повышении температуры металла в процессе нагрева после пластической деформации диффузия атомов увеличивается и начинают действовать процессы разупрочнения, приводящие металл в более равновесное состояние – возврат и рекристаллизация. Т.е. процессы, происходящие при нагреве, подразделяют на возврат и рекристаллизацию. В свою очередь, при возврате различают отдых и полигонизацию. Возврат . Небольшой нагрев вызывает ускорение движения атомов, снижение плотности дислокаций, устранение внутренних напряжений и восстановление кристаллической решетки. Процесс частичного разупрочнения и восстановления свойств называется отдыхом (первая стадия возврата). Имеет место при температуре . . Возврат уменьшает искажение кристаллической решетки, но не влияет на размеры и форму зерен и не препятствует образованию текстуры деформации. Полигонизация – процесс деления зерен на части: фрагменты, полигоны в результате скольжения и переползания дислокаций. При температурах возврата возможна группировка дислокаций одинаковых знаков в стенки, деление зерна малоугловыми границами (рис. 8.3). Рис. 8.3. Схема полигонизации: а – хаотическое расположение краевых дислокаций в деформированном металле; б – дислокационные стенки после полигонизации. В полигонизированном состоянии кристалл обладает меньшей энергией, поэтому образование полигонов — процесс энергетически выгодный. Процесс протекает при небольших степенях пластической деформации. В результате понижается прочность на (10…15) % и повышается пластичность (рис.8.4). Границы полигонов мигрируют в сторону большей объемной плотности дислокаций, присоединяя новые дислокации, благодаря чему углы разориентировки зерен увеличиваются (зерна аналогичны зернам, образующимся при рекристаллизации). Изменений в микроструктуре не наблюдается (рис.8.5 а). Температура начала полигонизации не является постоянной. Скорость процесса зависит от природы металла, содержания примесей, степени предшествующей деформации. Рис. 8.4. Влияние нагрева деформированного металла на механические свойства Рис. 8.5. Изменение структуры деформированного металла при нагреве При нагреве до достаточно высоких температур подвижность атомов возрастает и происходит рекристаллизация . Рекристаллизация – процесс зарождения и роста новых недеформированных зерен при нагреве наклепанного металла до определенной температуры. Нагрев металла до температур рекристаллизации сопровождается резким изменением микроструктуры и свойств. Нагрев приводит к резкому снижению прочности при одновременном возрастании пластичности. Также снижается электросопротивление и повышается теплопроводность. 1 стадия – первичная рекристаллизация (обработки) заключается в образовании центров кристаллизации и росте новых равновесных зерен с неискаженной кристаллической решеткой. Новые зерна возникают у границ старых зерен и блоков, где решетка была наиболее искажена. Количество новых зерен постепенно увеличивается и в структуре не остается старых деформированных зерен. Движущей силой первичной рекристаллизации является энергия, аккумулированная в наклепанном металле. Система стремится перейти в устойчивое состояние с неискаженной кристаллической решеткой. 2 стадия – собирательная рекристаллизация заключается в росте образовавшихся новых зерен. Движущей силой является поверхностная энергия зерен. При мелких зернах поверхность раздела большая, поэтому имеется большой запас поверхностной энергии. При укрупнении зерен общая протяженность границ уменьшается, и система переходит в более равновесное состояние. Температура начала рекристаллизации связана с температурой плавления , для металлов для твердых растворов для металлов высокой чистоты На свойства металла большое влияние оказывает размер зерен, получившихся при рекристаллизации. В результате образования крупных зерен при нагреве до температуры t 1 начинает понижаться прочность и, особенно значительно, пластичность металла. Основными факторами, определяющими величину зерен металла при рекристаллизации, являются температура, продолжительность выдержки при нагреве и степень предварительной деформации (рис. 8.6). Рис. 8.6. Влияние предварительной степени деформации металла на величину зерна после рекристаллизации С повышением температуры происходит укрупнение зерен, с увеличением времени выдержки зерна также укрупняются. Наиболее крупные зерна образуются после незначительной предварительной деформации 3…10 %. Такую деформацию называют критической. Контрольные вопросы.

1. Что называется деформацией?
2. Какие виды деформации вы знаете? Приведите примеры.
3. Как осуществляется пластическая деформация в кристалле? Назовите две разновидности пластической деформации.
4. Дайте понятия «монокристалл» и «поликристалл».
5. Что такое «нагартовка» — «наклёп»?
6. Как вы понимаете понятие «текстура»?
7. Каким образом получают нагартованную текстуру?
8. Какие отрицательные свойства появляются у металла после нагартовки?
9. Что такое «возврат»? Виды возврата нагартованного металла.
10. Что такое «рекристаллизация»? Какие вам известны стадии рекристаллизации?
11. Медь имеет решётку ГЦК, а цинк — ГПУ. Какой из этих металлов пластичней?
12. Стальная проволока для тросов производится методом холодной вытяжки. Чем объясняется высокая прочность тросов?

Задание. Зарисуйте таблицу «Явления возврата и рекристаллизации наклёпанного металла» и заполните её.

Параметры	Наклёпанный металл	Возврат		Рекристаллизация
График изменения мех. свойств: предела прочности…, твёрдости, пластичности.
	График изменения размера зёрен
Рисунок текстуры

Похожие документы:

Конспект лекций по теме: «Материаловедение» для специальности 120100 «Технология машиностроения» (Объем лекций 80 часа)

. . Рост нормальных напряжений приводит к хрупкому разрушению. Пластическую деформацию вызывают касательные напряжения. Деформация металла под действием напряжений может быть упругой и пластической. Упругой называется деформация, полностью исчезающая .

Данное пособие может быть использовано для самостоятельной работы студентами нехимических специальностей

. , что их структура может деформироваться под действием внешних сил. Пластичность металлов уменьшается в ряду . Золото . как вязкая жидкость, причем деформация полимера является необратимой (пластической). Вязкотекучее состояние характеризуется .

Основные положения. Основные гипотезы и допущения. Виды нагрузок и основных деформаций

. оси статические моменты относительно осей. Может быть больше нуля или меньше. Полярным . случае действует три главных напряжения. Опыт показывает, что поведение материалов, т. е. начало стадии пластических деформаций .

Практикум по дисциплине «Материаловедение и технологии конструкционных материалов» для специальностей 2701202. 65 «Промышленное и гражданское строительство»

. сдвигающих напряжений. Пластическая деформация (необратимое изменение формы металла) может наступить . прекращения действия нагрузок. Упругость оценивается пределом упругости бУП, . под действием давления и температуры. Армирующие добавки могут быть .

Euro-asian council for standardization, metrology and certification (easc)

. деформация под действием термических напряжений частично или полностью вызывается термическим напряжением) ПРИМЕЧАНИЕ Накапливающаяся деформация приводит к пластической деформации . может быть достигнуто двумя различными путями. Сварочный металл .