Диаграмма растяжения определение прочностных характеристик

6. Механические характеристики материала. Диаграмма растяжения.

Механические характеристики и св-ва материалов определяют экспериментально при испытаниях на растяжение (самый простой, доступный и хорошо контролируемый способ). На разрывной машине лабораторный образец из заданного материала подвергается растяжению до полного разрушения. Все параметры процесса контролируются. Строится диаграмма растяжения в координатах (для малоуглеродистых сталей). На диаграмме растяжения фиксируется растяжение конкретного материала до его полного разрушения. До т.А материал следует закону Гука: σпц=Nпц/S (имеет место предел пропорциональности); т.В соответствует пределу упругости Nупр (это такое max напряжение, при кот. после снятия нагрузки материал вернётся в исходное состояние): σупр=Nупр/S (область упругих деформаций); т.С соотв. пределу текучести (это такое напряжение, при кот. без видимого изменения нагрузки материал течёт). Если снять нагрузку, то материал вернётся в положение εс (область остаточных деформаций); участок СD - зона упрочнения (связана с изменением кристаллической решетки, явление наклепа); т.D – временный предел прочности (максимальное напряжение, при кот. материал не разрушается), если снять нагрузку в т.D, то материал вернётся в положение εD, и его использовать нельзя; т.Е – разрушение образца; участок ОА характеризует жесткость материала. tgα=Е – модуль упругости.

Характеристики материалов: 1. предел пропорциональности – наибольшее напряжение, до которого материал следует закону Гука; 2. предел упругости – наиб. напряжение, до которого материал не получает остаточных деформаций; 3. предел текучести – напряжение, при котором происходит рост деформации без заметного увеличения нагрузки; 4.

7. Деформации при растяжении (продольные, поперечные, коэффициент Пуассона).

Растяжение – такой вид нагружения, когда в поперечных сечениях бруса возникают только внутренние продольные силы N. Деформация – количественная мера изменения геометрических размеров тела.

Рассмотрим деформацию бруса под действием продольной силы: l – начальная длина, d – начальный диаметр. Происходит растяжение поперечных сечений стержня: ∆l – абсолютное удлинение, ∆d – абсолютное сужение. Деформацию при растяжении характеризуют 2 величины: 1. относительная продольная деформация ε=∆l/l; 2. относительная поперечная деформация: ε1=∆d/d. В пределах упругих деформаций между нормальным напряжением и продольной деформацией сущ. прямо~ зависимость (Закон Гука): σ=Εε, где Е – модуль упругости I рода (модуль Юнга), характеризует жёсткость материала, т.е. способность сопротивляться деформациям (Ест=2·105). Т.к. σ=F/S, то F/S=Е∆l/l, откуда ∆l=Fl/ЕS. Произведение ЕS наз. жёсткостью сечения. => абсолют. удлинение стержня прямо ~ величине продольной силы в сечении, длине стержня и обратно ~ площади поперечного сечения и модулю упругости, а также зависит от скорости приложения силы, температуры. Установлено, что относит. поперечная деформация ~ относительной продольной: |ε1|=μ|ε|, где μ=ε1/ε – коэфф. относительной деформации (Пуассона) - характеризует пластичность материала, μст=0,25…0,5 (для пробки – 0, для резины – 0,5).

studfiles.net

Диаграмма растяжения. Характеристики прочности и пластичности.

Металлы и сплавы, используемые в качестве конструкционных материалов, должны обладать определенными механическими свойствами – прочностью, упругостью, пластичностью, твердостью.

Прочность – это способность металла сопротивляться деформации и разрушению.

Деформацией называется изменение размеров и формы тела под действием внешних сил. Деформации подразделяются на упругие и пластические. Упругие деформации исчезают, а пластические остаются после окончания действия сил. В основе пластических деформаций – необратимые перемещения атомов от исходных положений на расстояния, большие межатомных, изменение формы отдельных зерен металла, их расположения в пространстве.

Способность металлов пластически деформироваться называется пластичностью. Пластичность обеспечивает конструктивную прочность деталей под нагрузкой и нейтрализует влияние концентратов напряжений – отверстий, вырезов и т.п. При пластическом деформировании металла одновременно с изменением формы меняется ряд свойств, в частности при холодном деформировании повышается прочность, но снижается пластичность.

При растяжении образцов с площадью поперечного сечения Fо и рабочей (расчетной) длиной lо строят диаграмму растяжения в координатахкоординатах: нагрузка Р – удлинение Dl образца (рис. 1).

↑ Диаграмма растяжения металла

Диаграмма растяжения характеризует поведение металла при деформировании от момента начала нагружения до разрушения образца. На диаграмме выделяют три участка: упругой деформации – до нагрузки Рупр; равномерной пластической деформации от Рупр до и сосредоточенной пластической деформации от до . Если образец нагрузить в пределах Рупр, а затем полностью разгрузить и замерить его длину, то никаких последствий нагружения не обнаружится. Такой характер деформирования образца называется упругим. При нагружении образца более Рупр появляется остаточная (пластическая) деформация. Пластическое деформирование идет при возрастающей нагрузке, так как металл упрочняется в процессе деформирования. Упрочнение металла при деформировании называется наклепом. При дальнейшем нагружении пластическая деформация, а вместе с ней и наклеп все более увеличиваются, равномерно распределяясь по всему объему образца. После достижения максимального значения нагрузки Рmax в наиболее слабом месте появляется местное утонение образца – шейка, в которой в основном и протекает дальнейшее пластическое деформирование. В это время между деформированными зернами, а иногда и внутри самих зерен могут зарождаться трещины. В связи с развитием шейки, несмотря на продолжающееся упрочнение металла, нагрузка уменьшается от Рmax до Рк , и при нагрузке Рк происходит разрушение образца. При этом упругая деформация образца (Dlупр) исчезает, а пластическая (Dlост) остается.

malishev.info

6. Механические характеристики материала. Диаграмма растяжения.

7. Деформации при растяжении (продольные, поперечные, коэффициент Пуассона).

studfiles.net

4 Первичная диаграмма растяжения и ее анализ

Первичная диаграмма растяжения записывается в координатах «Нагрузка Р – абсолютное удлинение образца Δl». По ней определяются основные механические свойства, характеризующие прочность и пластичность материала. При испытаниях на растяжение прочностные свойства определяются через напряжения σ, вызывающие определенную упругую или пластическую деформацию образца и рассчитываются по формулам типа:

σ = Р/F,

где F – площадь поперечного сечения образца.

В системе СИ напряжения выражаются в мегапаскалях [МПа]. Ранее повсеместно использовалась размерность кг∙с/мм2, которая еще сохранилась в ряде официальных технических документов. Перевод единиц осуществляется очень просто: 1 кг∙с/мм2 = 9,8 МПа ≈ 10 МПа.

По указанному выше принципу на первичной кривой растяжения можно выделить 5 основных точек – нагрузок для определения соответствующих напряжений (рис. 3).

Рис. 3. Схема первичной диаграммы растяжения

(1) Предел пропорциональности

σПЦ = РПЦ /F0 – предельное напряжение, под действием которого упругая деформация образца подчиняется закону Гука (т. е. деформация пропорциональна нагрузке). Для того, чтобы унифицировать методику расчета, σПЦоценивают как условное напряжение при котором отступление от линейной зависимости между Р и Δl достигает заданной величины. Обычно этот допуск задается через тангенс угла наклона прямой, проходящей через начальный участок кривой растяжения. Стандартная величина отклонения – 50 %, возможно также использование 10 % и 25 %. Предел пропорциональности в этих случаях соответственно обозначается σПЦ50, σПЦ25, σПЦ10 [МПа].

(2) Предел упругости

σУ = РУ /F0 – напряжение, при котором остаточная деформация достигает определенной заданной величины – обычно это 0,05 %. Используются также меньшие величины вплоть до 0,005 %. Принятая величина указывается в обозначении условного предела упругости σ0,05, σ0,01 [МПа] и т. д.

(3) Предел текучести

σ0,2 = Р0,2 /F0 – напряжение, при котором остаточное удлинение достигает определенной заданной величины – обычно 0,2 %. Как видно это определение полностью совпадает с предыдущим, разница лишь в величине допускаемого остаточного удлинения. Поэтому перечисленные характеристики – предел пропорциональности, предел упругости и предел текучести более строго следует называть условными, т. е. условный предел текучести и т. д.

В отличие от условного существует физический предел текучести, который определяется по положению площадки текучести на кривой растяжения.

(4) Временное сопротивление

σВ = РВ/F0 – напряжение, соответствующее предельной нагрузке на кривой растяжения «Р – Δl». В этом расчете предельная нагрузка относится к начальной площади сечения образца F0 без учета ее изменения за счет пластической деформации. Поэтому σВчасто называется поаналогии с предыдущими характеристиками «условный предел прочности». Истинное напряжение в этой точке равно SB = PB/FB, где FВ – истинное сечение образца.

σВ и σ0,2 являются важнейшими характеристиками, определяющими конструктивные свойства сплава. Они вносятся в ГОСТы и часто служат основой для подразделения сплавов на группы, или для маркировки сплавов. Например, серые чугуны маркируются по величине σВ и σ. Соответствие фактических значений σВ, σ0,2требуемым по ГОСТ определяет пригодность сплава для эксплуатации.

(5) Истинный предел прочности

Точка (5) соответствует разрушению образца. Если в образце шейка не образуется, то РК > РВ, но при образовании шейки РК,как правило, всегда меньше РВ. Истинное напряжение, приводящее к разрушению образца, т. е. истинный предел прочности или истинное сопротивление разрыву подсчитывается как SК = PК/FК. В конструкторских расчетах эта характеристика не используется, т. к. в процессе эксплуатации конструкции не доводятся до разрушения. Но SКявляется характеристикой физической прочности материала.

По первичной кривой растяжения (рис. 3) определяют также основные характеристики пластичности.

Относительное удлинение

δ = (ΔlК/ Δl0) ∙ 100%, где ΔlК – длина образца, замеренная после разрушения (ΔlК = lК –l0), а l0 – расчетное значение длины образца – база. Относительное удлинение характеризует способность сплава к равномерной пластической деформации.

Относительное сужение

 = ((F0 – FK) / F0) ∙ 100%, где IK – площадь образца в месте разрушения. Относительное сужение характеризует предельную способность сплава к локальной пластической деформации и рассматривается как физический запас пластичности.

studfiles.net