Пропорционално напрежение. Еластични и якостни характеристики на материалите

Основните механични свойства са сила, еластичност,, . Познавайки механичните свойства, дизайнерът разумно избира подходящия материал, който гарантира надеждността и издръжливостта на конструкциите с минимално тегло. Механичните свойства определят поведението на материала по време на деформация и разрушаване при външни натоварвания.

В зависимост от условията на натоварване, механичните свойства могат да се определят чрез:

1. Статично натоварване– натоварването върху пробата нараства бавно и плавно.
2. Динамично натоварване– натоварването нараства с висока скорост и има ударен характер.
3. Повтарящо се, променливо или циклично натоварване– натоварването по време на изпитването се променя многократно по големина или по големина и посока.

За да се получат сравними резултати, пробите и методите за механично изпитване се регулират от GOSTs.

Механични свойства на метали, стомани и сплави. Сила.

Сила– способността на материала да устои на деформация и разрушаване.

Тестовете се извършват на специални машини, които записват диаграма на опън, изразяваща зависимостта на удължението на образеца Δ л(mm) от ефективния товар P, т.е. Δ l = f(P). Но за да получат данни за механичните свойства, те реконструират: зависимостта на относителното удължение Δ лот напрежение δ.

Диаграма на опън на материала

Фигура 1: а – абсолютна, b – относителен;в – схема за определяне на условната граница на провлачване

Нека анализираме процесите, които протичат в материала на пробата с увеличаване на натоварването: раздел оав диаграмата съответства на еластичната деформация на материала при спазване на закона на Хук. Напрежението, съответстващо на еластичната гранична деформация в точка А, наречена граница на пропорционалност.

Механични свойства на метали, стомани и сплави. Граница на пропорционалност.

Граница на пропорционалност (σ точки) – максимално напрежение, до което се запазва линейната връзка между деформация и напрежение.

При напрежения над границата на пропорционалност възниква равномерна пластична деформация (удължаване или стесняване на напречното сечение). Всяко напрежение съответства на остатъчно удължение, което се получава чрез изчертаване на успоредна линия от съответната точка на диаграмата на удължението оа.

Тъй като е практически невъзможно да се установи точката на преход към нееластично състояние, те установяват условна граница на еластичност, – максималното напрежение, до което пробата получава само еластична деформация. Разглежда се напрежението, при което остатъчната деформация е много малка (0,005...0,05%). Обозначението показва стойността на остатъчната деформация (σ 0,05).

Механични свойства на метали, стомани и сплави. Ограничение на добива.

Граница на провлачване характеризира устойчивостта на материала към малки пластични деформации. В зависимост от естеството на материала се използва физическа или условна граница на провлачване.

Физическа граница на провлачване σ m– това е напрежението, при което се получава нарастване на деформацията при постоянно натоварване (наличие на хоризонтална зона върху диаграмата на опън). Използва се за много пластични материали.

Но повечето метали и сплави нямат плато на провлачване.

Доказателство за доходностσ 0,2– това е напрежението, причиняващо остатъчна деформация δ = 0,20%.

Физическото напрежение или напрежението на доказване са важни конструктивни характеристики на материала. Напреженията, действащи в детайла, трябва да са под границата на провлачване. Еднородността в целия обем продължава до стойността на якост на опън. В точката VВ най-слабото място започва да се образува шийка-тежка локална умора на пробата.

Механични свойства на метали, стомани и сплави. Якост на опън.

Якост на опън σ в – напрежение, съответстващо на максималното натоварване, което образецът може да издържи преди разрушаване (временна якост на опън).

Образуването на шия е типично за пластмасови материали, които имат диаграма на опън с максимум. Крайната якост характеризира якостта като устойчивост на значителна равномерна пластична деформация. Отвъд точка B, поради развитието на шийката, натоварването пада и в точка C настъпва разрушаване.

Истинска устойчивост на разрушение – това е максималното напрежение, което материалът може да издържи в момента, предшестващ разрушаването на пробата (Фигура 2).

Истинската устойчивост на счупване е значително по-голяма от крайната якост, тъй като се определя спрямо крайната площ напречно сечениепроба.

Диаграма на истинското напрежение

ориз. 2

F до - крайна площ на напречното сечение на пробата.

Истинското напрежение S i се определя като съотношението на натоварването към площта на напречното сечение в в моментавреме.

Тестът за опън определя и характеристиките на пластичност.

Механични свойства на метали, стомани и сплави. Пластмаса.

Пластмаса – способността на материала да претърпи пластична деформация, т.е. способността да се получи остатъчна промяна във формата и размера, без да се нарушава непрекъснатостта. Това свойство се използва при формоване на метали.

Спецификации:

• относително удължение :

l o и l k – начална и крайна дължина на извадката;

Изглежда, че резултатите, получени в предишните параграфи, решават проблема с тестването на компресиран прът за стабилност; Остава само да изберете коефициента на безопасност. Това обаче далеч не е така. По-внимателно проучване на числените стойности, получени с помощта на формулата на Ойлер, показва, че тя дава правилни резултати само в определени граници.

Фигура 1 показва зависимостта на големината на критичните напрежения, изчислени при различни стойности на гъвкавост за стомана 3, обикновено използвана в метални конструкции. Тази зависимост е представена чрез хиперболична крива, така наречената „хипербола на Ойлер“:

Когато използваме тази крива, трябва да помним, че формулата, която представлява, е получена чрез интегриране на диференциалното уравнение на кривата ос, т.е. при предположението че напреженията в пръта в момента на загуба на устойчивост не превишават границата на пропорционалност.

Фиг.1.Хиперболична зависимост на критичното напрежение от гъвкавостта на пръта

Следователно, ние нямаме право да използваме стойностите на критичните напрежения, изчислени по формулата на Ойлер, ако те са получени над тази граница за даден материал. С други думи, формулата на Ойлер е приложима само ако са изпълнени следните условия:

Ако изразим гъвкавост от това неравенство, тогава условието за приложимостта на формулите на Ойлер ще приеме различна форма:

Замествайки съответните стойности на модула на еластичност и границата на пропорционалност за даден материал, намираме най-малката стойност на гъвкавост, при която все още е възможно да се използва формулата на Ойлер. За стомана 3 границата на пропорционалност може да се приеме равна на , следователно, за пръчки, направени от този материал, можете да използвате формулата на Ойлер само с гъвкавост

т.е. повече от 100%

За стомана 5 at Формулата на Ойлер е приложима при гъвкавост; за чугун при , за бор при и т.н. Ако начертаем хоризонтална линия на фиг. 1 с ордината, равна на , тогава ще разреже хиперболата на Ойлер на две части; Можете да използвате само долната част на графиката, която се отнася до относително тънки и дълги пръти, загубата на стабилност на които възниква при напрежения, които не са по-високи от границата на пропорционалност.

Теоретичното решение, получено от Ойлер, се оказа приложимо на практика само за много ограничена категория пръти, а именно тънки и дълги пръти с голяма гъвкавост. Междувременно пръти с ниска гъвкавост много често се срещат в конструкциите. Опитите да се използва формулата на Ойлер за изчисляване на критичните напрежения и проверка на стабилността при ниска гъвкавост понякога водят до много сериозни бедствия, а експериментите върху компресията на пръти показват, че при критични напрежения, по-големи от границата на пропорционалност, действителните критични сили са значително по-ниски от тези, определени от Формула на Ойлер.

По този начин е необходимо да се намери начин за изчисляване на критичните напрежения и за тези случаи, когато те надвишават границата на пропорционалност на материалите, например за пръти от мека стомана с тънкост от 0 до 100.

Веднага трябва да се отбележи, че в момента най-важният източник за установяване на критични напрежения извън границата на пропорционалност, т.е. при ниска и средна гъвкавост, са резултатите от експериментите. Има опити и теоретично решениетази задача, но те по-скоро сочат пътя към по-нататъшни изследвания, отколкото дават основание за практически изчисления.

На първо място е необходимо да изберете пръчки с ниска гъвкавост, от 0 до приблизително 30 x 40; тяхната дължина е сравнително малка по отношение на размерите на напречното сечение. Например за прът кръгло сечениеГъвкавост 20 съответства на съотношение дължина/диаметър 5. За такива пръчки е трудно да се говори за явлението загуба на стабилност на праволинейната форма на цялата пръчка като цяло в смисъл, че това е случаят с тънки и дълги пръти.

Тези къси пръти ще се повредят главно поради факта, че напреженията на натиск в тях ще достигнат границата на провлачване (за пластичните материали) или границата на якост (за крехките материали). Следователно, за къси пръти, до гъвкавост от приблизително 3040, критичните напрежения „ще бъдат равни на или малко по-ниски (поради известно изкривяване на оста на пръта, което все още се наблюдава), съответно или (стомана), или (отливка желязо, дърво).

По този начин имаме два ограничаващи случая на работа на компресирани пръти: къси пръти, които губят своята товароносимост главно поради разрушаването на материала от компресия, и дълги пръти, за които се причинява загуба на товароносимост чрез нарушаване на стабилността на праволинейната форма на пръта. Количествената промяна в съотношението на дължината и напречните размери на пръта променя цялата природа на явлението счупване. Това, което остава често срещано, е внезапното настъпване на критично състояние в смисъл на внезапно рязко увеличаване на деформациите.

В компресирани пръти с голяма гъвкавост, за които е приложима формулата на Ойлер, след достигане на силата Ркритична стойност обикновено се наблюдава рязко нарастване на деформациите. До този момент отклоненията се увеличават с увеличаване на натоварването, но остават незначителни. Теоретично може да се очаква прътът да остане прав до критичната сила; Въпреки това, редица обстоятелства, които са неизбежни на практика - първоначалната кривина на пръта, известна ексцентричност на прилагането на натоварването, локални пренапрежения, хетерогенност на материала - причиняват малки деформации дори при сили на натиск, по-малки от критичните.

Зависимостта на скъсяването от напрежението по време на компресия на къси пръти има подобен характер; имаме същата внезапност на нарастване на деформациите при определена величина на напрежението (когато ).

Сега остава да разгледаме поведението на компресирани пръти при средни стойности на гъвкавост, например за стоманени пръти с гъвкавост от 40 до 100; Инженерите най-често срещат подобни стойности на гъвкавост в практиката.

По естеството на унищожаване тези пръти се доближават до категорията на тънки и дълги пръти; губят линейната си форма и се разрушават от значително странично изкълчване. В експериментите с тях може да се отбележи наличието на ясно изразена критична сила в „ойлеровия” смисъл; критичните напрежения се получават над границата на пропорционалност и под границата на провлачване за пластичните и якостта на опън за крехките материали.

Въпреки това, загубата на праволинейност и намаляването на критичните напрежения в сравнение с късите пръти за тези "средни" гъвкави пръти са свързани със същите явления на влошаване на якостта на материала, които причиняват загуба на товароподемност в късите пръти. Тук се комбинират както влиянието на дължината, което намалява стойността на критичните напрежения, така и влиянието на значително увеличаване на деформациите на материала при напрежения извън границата на пропорционалност.

Експериментално определяне на критичните сили за компресирани пръти е извършвано многократно както у нас, така и в чужбина. Особено обширен експериментален материал е събран от проф. Ф. Ясински, който състави таблица на критичните („счупващи“) напрежения c. в зависимост от гъвкавостта за редица материали и постави основата за съвременни методи за изчисляване на компресирани пръти за стабилност.

Въз основа на получения експериментален материал можем да предположим, че при критични напрежения, по-малки от границата на пропорционалност, всички експерименти потвърждават формулата на Ойлер за всеки материал.

За пръти със средна и ниска гъвкавост са предложени различни емпирични формули, показващи, че критичните напрежения за такава гъвкавост се променят по закон, близък до линейния:

Къде АИ bкоефициенти в зависимост от материала, гъвкавостта на пръта. За чугун Ясински получи: А = 338,7MPa, b = 1,483 MPa. За стомана 3 с гъвкавост от = 40 до = 100 коефициенти АИ bмогат да бъдат приети: А = 336 MPa; b = 1,47MPa. За дърво (бор): А = 29,3 MPa; b = 0,194 MPa.

Понякога емпиричните формули са удобни, давайки за нееластичния регион промяната на критичните напрежения според закона на квадратната парабола; те включват формулата

Тук при = 0 се разглежда за пластични и крехки материали; коефициент А, избран от условието за гладко спрежение с хиперболата на Ойлер, има стойността:

за стомана с граница на провлачване = 280 МРа а = 0,009 MPa

Като се имат предвид данните, дадени тук, може да се изгради пълна графика на критичните напрежения (в зависимост от гъвкавостта) за всеки материал. Фигура 2 показва такава графика за строителна стоманас граница на провлачване и границата на пропорционалността .

Фиг.2.Пълна диаграма на критичното напрежение за структурна стомана.

Графиката се състои от три части: хипербола на Ойлер при, наклонена права линия при и хоризонтална или леко наклонена права линия при . Подобни графики могат да бъдат конструирани чрез комбиниране на формулата на Ойлер с експериментални резултати за други материали.

Проверка на компресирани пръти за стабилност.

По-рано беше отбелязано, че за компресирани пръти трябва да се направят две проверки:

за сила

за устойчивост

Къде

За да установим допустимото напрежение за стабилност, сега трябва само да изберем коефициента на безопасност к.

На практика този коефициент варира за стоманата от 1,8 до 3,0. Коефициентът на безопасност за стабилност е избран по-висок от коефициента на безопасност за якост, равен на 1,5 × 1,6 за стомана.

Това се обяснява с наличието на редица обстоятелства, които са неизбежни на практика (начална кривина, ексцентричност на действие, натоварвания, разнородност на материала и т.н.) и нямат почти никакъв ефект върху работата на конструкцията при други видове деформация (усукване , огъване, напрежение).

За компресираните пръчки, поради възможността за загуба на стабилност, тези обстоятелства могат значително да намалят товароносимостта на пръчката. За чугун коефициентът на безопасност варира от 5,0 до 5,5, за дърво от 2,8 до 3,2.

За да установим връзка между допустимото напрежение за устойчивост и допустимото напрежение за якост, нека вземем тяхното съотношение:

Обозначаване

тук е коефициентът на намаляване на основното допустимо напрежение за компресирани пръти.

Имайки графика на зависимостта от за даден материал, знаейки или избирайки коефициенти на безопасност за якост и стабилност, можете да създадете таблици на стойностите на коефициента като функция на гъвкавостта. Такива данни са предоставени в нашите технически спецификации за проектиране на конструкции; те са таблични.

Различните материали реагират по различен начин на външна сила, приложена към тях, което води до промяна във формата и линейните им размери. Тази промяна се нарича пластична деформация. Ако тялото след прекратяване на удара независимо възстановява първоначалната си форма и линейни размери, такава деформация се нарича еластична. Еластичността, вискозитетът, якостта и твърдостта са основните механични характеристики на твърдите и аморфните тела и определят промените, които настъпват във физическото тяло по време на деформация под въздействието на външна сила и нейния граничен случай - разрушаване. Границата на провлачване на материала е стойността на напрежението (или силата на единица площ на напречното сечение), при която започва пластичната деформация.

Познаването на механичните свойства на даден материал е изключително важно за дизайнера, който ги използва в работата си. Той определя максималното натоварване на определена част или конструкцията като цяло, ако се превиши, ще започне пластична деформация и конструкцията ще загуби своята здравина и форма и може да бъде разрушена. Счупване или тежка деформация строителни конструкцииили елементи на транспортни системи могат да доведат до мащабни разрушения, материални загуби и дори човешки жертви.

Границата на провлачване е максималното натоварване, което може да бъде приложено върху конструкция без деформация и последващо разрушаване. Колкото по-висока е стойността му, толкова по-голямо натоварване може да издържи конструкцията.

На практика границата на провлачване на метала определя експлоатационните характеристики на самия материал и продуктите от него при екстремни натоварвания. Хората винаги са предвиждали максималните натоварвания, които издигнатите от тях конструкции или създадените от тях механизми могат да издържат. В ранните етапи на развитие на индустрията това се определя експериментално и едва през 19 век започва създаването на теорията за якостта на материалите. Проблемът с надеждността беше решен чрез създаване на многократна граница на безопасност, което доведе до по-тежки и по-скъпи конструкции. Днес не е необходимо да се създава модел на продукт с определен мащаб или пълен размер и да се провеждат експерименти за разрушаване при натоварване върху него - компютърните програми от семейството CAE (инженерно изчисление) могат точно да изчислят якостните параметри завършен продукти прогнозирам гранични стойноститовари

Стойността на границата на провлачване на материала

С развитието на атомната физика през 20-ти век стана възможно теоретично да се изчисли стойността на параметъра. Тази работа е направена за първи път от Яков Френкел през 1924 г. Въз основа на силата на междуатомните връзки той чрез сложни изчисления за това време определя количеството напрежение, достатъчно за започване на пластична деформация на тела с проста форма. Стойността на границата на провлачване на материала ще бъде равна на

τ τ =G/2π. , където G е модулът на срязване , точно това, което определя стабилността на връзките между атомите.

Изчисляване на стойността на границата на провлачване

Гениалното предположение, което Френкел направи в своите изчисления, беше, че процесът на промяна на формата на материала се смяташе за управляван от напрежения на срязване. За възникването на пластичната деформация се приема, че е достатъчно едната половина на тялото да се премести спрямо другата до такава степен, че да не може да се върне в първоначалното си положение под въздействието на еластични сили.

Френкел предполага, че материалът, тестван в мисловния експеримент, има кристална или поликристална структура, характерна за повечето метали, керамика и много полимери. Тази структура предполага наличието на пространствена решетка, във възлите на която атомите са разположени в строго определен ред. Конфигурацията на тази решетка е строго индивидуална за всяко вещество, както и междуатомните разстояния и силите, свързващи тези атоми. По този начин, за да се предизвика пластична деформация на срязване, ще е необходимо да се прекъснат всички междуатомни връзки, преминаващи през конвенционалната равнина, разделяща половините на тялото.

При определена стойност на напрежението, равна на границата на провлачване , връзките между атомите от различни половини на тялото ще бъдат разкъсани и определен брой атоми ще се изместят един спрямо друг с едно междуатомно разстояние без възможност да се върнат в първоначалното си положение. При продължително излагане такова микроизместване ще продължи, докато всички атоми на едната половина на тялото загубят контакт с атомите на другата половина

В макрокосмоса това ще предизвика пластична деформация, ще промени формата на тялото и при продължително излагане ще доведе до неговото унищожаване. На практика линията на началото на разрушението не минава през средата на физическото тяло, а се намира в местата на материални нееднородности.

Физическа граница на провлачване

В теорията на якостта за всеки материал има няколко стойности на тази важна характеристика. Физическата граница на провлачване съответства на стойността на напрежението, при която, въпреки деформацията, специфичното натоварване не се променя изобщо или се променя незначително. С други думи, това е стойността на напрежението, при която физическото тяло се деформира, „тече“, без да се увеличава силата, приложена към пробата

Голям брой метали и сплави, когато се изпитват при якост на опън, показват диаграма на провлачване с липсващо или слабо дефинирано „плато на провлачване“. За такива материали се говори за условна граница на провлачване. Интерпретира се като напрежението, при което възниква деформация в рамките на 0,2%.

Такива материали включват легирани и високовъглеродни стоманени сплави, бронз, дуралуминий и много други. Колкото по-пластичен е материалът, толкова по-висок е неговият индекс на остатъчна деформация. Примери за пластични материали включват мед, месинг, чист алуминий и повечето нисковъглеродни стоманени сплави.

Стоманата, като най-популярният масов конструктивен материал, е под особено голямо внимание на специалистите по изчисляване на якостта на конструкциите и максимално допустимите натоварвания върху тях.

По време на тяхната експлоатация стоманените конструкции са подложени на комбинирани натоварвания на опън, натиск, огъване и срязване, които са големи по размер и сложни по форма. Натоварванията могат да бъдат динамични, статични и периодични. Въпреки най-трудните условия на използване, дизайнерът трябва да гарантира, че конструкциите и механизмите, които проектира, са издръжливи, надеждни и имат висока степен на безопасност както за персонала, така и за околното население.

Поради това към стоманата се поставят повишени изисквания към механичните свойства. От гледна точка икономическа ефективност, компанията се стреми да намали напречното сечение и други размери на своите продукти, за да намали консумацията на материали и теглото и по този начин да повиши експлоатационните характеристики. На практика това изискване трябва да бъде балансирано с изискванията за безопасност и надеждност, определени в стандартите и техническите спецификации.

Границата на провлачване на стоманата е ключов параметър в тези изчисления, тъй като характеризира способността на конструкцията да издържа на напрежение без постоянна деформация или повреда.

Влияние на въглеродното съдържание върху свойствата на стоманите

Съгласно физикохимичния принцип на адитивността, промяната във физичните свойства на материалите се определя от процентното съдържание на въглерод. Увеличаването на неговия дял до 1,2% позволява да се повиши якостта, твърдостта, границата на провлачване и праговата студена способност на сплавта. По-нататъшното увеличаване на дела на въглерода води до забележимо намаляване на такива технически показатели като заваряемост и крайна деформация по време на щамповане. Стоманите с ниско съдържание на въглерод показват най-добра заваряемост.

Азот и кислород в сплавта

Тези неметали от началото на периодичната таблица са вредни примеси и намаляват механичните и физичните характеристики на стоманата, като праг на вискозитет, пластичност и крехкост. Ако кислородът се съдържа в количества над 0,03%, това води до ускорено стареене на сплавта, а азотът увеличава крехкостта на материала. От друга страна, съдържанието на азот повишава якостта чрез намаляване на границата на провлачване.

Добавки от манган и силиций

Използва се легираща добавка под формата на манган за деоксидиране на сплавта и компенсиране на отрицателните ефекти на вредните съдържащи сяра примеси. Поради сходните си свойства с желязото, манганът няма значително независимо влияние върху свойствата на сплавта. Типичното съдържание на манган е около 0,8%.

Силицият има подобен ефект; той се добавя по време на процеса на дезоксидация в обемна част, която не надвишава 0,4%. Тъй като силицият значително разгражда такива технически индикатор, как е заваряемостта на стоманата. За конструкционни стомани, предназначени за заваряване, неговият дял не трябва да надвишава 0,25%. Силицият не влияе върху свойствата на стоманените сплави.

Примеси от сяра и фосфор

Сярата е изключително вреден примес и влияе негативно на мнозина физични свойстваи технически спецификации.

Максимално допустимото съдържание на този елемент под формата на крехки сулфити е 0,06%

Сярата влошава пластичността, границата на провлачване, якостта на удар, устойчивостта на износване и устойчивостта на корозия на материалите.

Фосфорът има двоен ефект върху физичните и механичните свойства на стоманите. От една страна, с увеличаване на съдържанието му, границата на провлачване се увеличава, но от друга страна, вискозитетът и течливостта едновременно намаляват. Обикновено съдържанието на фосфор варира от 0,025 до 0,044%. Фосфорът има особено силен отрицателен ефект при едновременно увеличаване на обемната част на въглерода.

Легиращи добавки в сплави

Легиращите добавки са вещества, умишлено въведени в състава на сплав, за да променят нейните свойства до желаните нива. Такива сплави се наричат ​​легирани стомани. По-добра производителност може да се постигне чрез едновременно добавяне на няколко добавки в определени пропорции.

Често срещани добавки са никел, ванадий, хром, молибден и други. С помощта на легиращи добавки се подобряват стойностите на границата на провлачване, якостта, вискозитета, устойчивостта на корозия и много други физични, механични и химични параметри и свойства.

Течливост на стопилката на метала

Течливостта на металната стопилка е нейната способност да запълва напълно леярската форма, прониквайки в най-малките кухини и релефни детайли. От това зависи точността на отливката и качеството на нейната повърхност.

Свойството може да се подобри чрез поставяне на стопилката под свръхналягане. Това физическо явление се използва в машините за леене под налягане. Този метод може значително да увеличи производителността на процеса на леене, да подобри качеството на повърхността и еднородността на отливките.

Тестване на проба за определяне на границата на провлачване

За провеждане на стандартните изпитвания се използва цилиндричен образец с диаметър 20 mm и височина 10 mm, фиксиран в апарата за изпитване и подложен на опън. Разстоянието между маркировките, нанесени върху страничната повърхност на образеца, се нарича изчислена дължина. По време на измерванията се записва зависимостта на относителното удължение на образеца от големината на силата на опън.

Зависимостта се показва под формата на условна диаграма на разтягане. На първия етап от експеримента увеличаването на силата предизвиква пропорционално увеличаване на дължината на пробата. При достигане на границата на пропорционалност, диаграмата се превръща от линейна в криволинейна и линейната връзка между сила и удължение се губи. В този раздел на диаграмата, когато силата бъде премахната, пробата все още може да се върне към първоначалната си форма и размери.

За повечето материали стойностите на пропорционалната граница и границата на провлачване са толкова близки, че в практическите приложения разликата между тях не се взема предвид.

2. Еластична граница

3. Граница на провлачване

4. Якост на опън или якост на опън

5. Напрежение при прекъсване

рисуване. 2.3 – Изглед на цилиндрична проба след счупване (a) и промяна в зоната на пробата близо до мястото на счупване (b)

За да може диаграмата да отразява само свойствата на материала (независимо от размера на пробата), тя се пренарежда в относителни координати (стрес-деформация).

Произволни ординати i-тоточките на такава диаграма (фиг. 2.4) се получават чрез разделяне на стойностите на силата на опън (фиг. 2.2) на първоначалната площ на напречното сечение на пробата (), и абсцисата чрез разделяне на абсолютната удължение на работната част на образеца с първоначалната му дължина (). По-специално, за характерни точки на диаграмата, ординатите се изчисляват с помощта на формули (2.3)…(2.7).

Получената диаграма се нарича конвенционална диаграма на напрежението (фиг. 2.4).

Конвенцията на диаграмата се състои в метода за определяне на напрежението не от текущата площ на напречното сечение, която се променя по време на изпитването, а от оригиналната - диаграмата на напрежението запазва всички характеристики на оригиналната диаграма на опън. Характеристичните напрежения в диаграмата се наричат ​​гранични напрежения и отразяват якостните свойства на изпитвания материал. (формули 2.3…2.7). Имайте предвид, че границата на провлачване на метала, преподавана в този случай, съответства на новото физическо състояние на метала и следователно се нарича физическа граница на провлачане

рисуване. 2.4 – Диаграма на напрежението

От диаграмата на напрежението (фиг. 2.4) става ясно, че

т.е. модул на опън де числено равен на тангенса на ъгъла на наклона на началния прав участък от диаграмата на напреженията спрямо абсцисната ос. Това е геометричното значение на еластичния модул на опън.

Ако свържем силите, действащи върху образеца във всеки момент на натоварване, с истинската стойност на напречното сечение в съответния момент във времето, тогава получаваме диаграма на истинските напрежения, често обозначавани с буквата С(фиг. 2.5, плътна линия). Тъй като в участъка на диаграмата 0-1-2-3-4 диаметърът на образеца леко намалява (шийката все още не е оформена), истинската диаграма в рамките на този участък практически съвпада с конвенционалната диаграма (пунктирана крива) , преминавайки малко по-високо.

рисуване. 2.5 – Диаграма на истинското напрежение

Построяването на останалата част от диаграмата на истинското напрежение (част 4-5 на фиг. 2.5) налага измерване на диаметъра на образеца по време на изпитване на опън, което не винаги е възможно. Има приблизителен начин за конструиране на този участък от диаграмата, въз основа на определяне на координатите на точка 5() от истинската диаграма (фиг. 2.5), съответстваща на момента на разкъсване на пробата. Първо се определя истинското напрежение на счупване

където е силата върху образеца в момента на неговото разкъсване;

– площ на напречното сечение в шийката на пробата в момента на разкъсване.

Втората координата на точката - относителна деформация - включва два компонента - истинска пластмаса - и еластична -. Стойността може да се определи от условието за равенство на обемите материал в близост до точката на разкъсване на пробата преди и след изпитването (фиг. 2.3). Така че преди тестването обемът на материала на проба с единица дължина ще бъде равен на , а след разкъсване . Ето удължението на проба с единица дължина близо до мястото на счупване. Тъй като истинската деформация е тук и , това . Намираме еластичната компонента според закона на Хук: . Тогава абсцисата на точка 5 ще бъде равна на . Начертавайки гладка крива между точки 4 и 5, получаваме пълен изглед на истинската диаграма.

За материали, чиято диаграма на опън в началния участък няма ясно дефинирано плато на провлачване (виж фиг. 2.6), границата на провлачване обикновено се определя като напрежението, при което остатъчната деформация е стойността, установена от GOST или технически спецификации. Съгласно GOST 1497–84 тази стойност на остатъчната деформация е 0,2% от измерената дължина на пробата и сила на доказване се обозначава със символа – .

При изпитване на проби за опън, в допълнение към характеристиките на якост, се определят и характеристики на пластичност, които включват относително удължение проба след разкъсване, дефинирано като съотношението на нарастването на дължината на пробата след разкъсване към нейната първоначална дължина:

и относително стесняване , изчислено по формулата

% (2.10)

В тези формули - първоначалната изчислена дължина и площта на напречното сечение на пробата, съответно дължината на изчислената част и минималната площ на напречното сечение на пробата след разкъсване.

Вместо относителна деформация в някои случаи се използва така наречената логаритмична деформация. Тъй като дължината на пробата се променя, докато се разтяга, нарастването на дължината dlотнасят се не към , а към текущата стойност . Ако интегрираме увеличенията на удълженията когато дължината се промени от на , получаваме логаритмичната или истинската деформация на метала

Тогава – напрежение при прекъсване (т.е. . = к) ще

.

Трябва също така да се има предвид, че пластичната деформация в образеца се извършва неравномерно по дължината му.

В зависимост от естеството на метала, те условно се разделят на много пластични (отгрята мед, олово), пластични (нисковъглеродни стомани), крехки ( сив чугун), много крехък (бял чугун, керамика).

Скорост на нанасяне на натоварване V деформациявлияе върху външния вид на диаграмата и характеристиките на материала. σ Т И σ V нараства с увеличаване на скоростта на натоварване. Деформациите, съответстващи на крайната якост и точката на разрушаване, са намалени.

Конвенционалните машини осигуряват скорост на деформация

10 -2 ...10 -5 1/сек.

С падането на температурата Т исп за перлитни стомани се увеличава σ Т и намалява.

Аустенитни стомани, Али Тисплавите реагират по-слабо на понижаване Т.

С повишаване на температурата се наблюдава промяна в деформацията във времето при постоянни напрежения, т.е. настъпва пълзене и повече от > σ , тези< .

Обикновено има три етапа на пълзене. За машиностроенето най-голям интерес представлява II етап, където έ = const (стабилен етап на пълзене).

За да се сравни устойчивостта на пълзене на различни метали, е въведена условна характеристика - границата на пълзене.

Граница на пълзене σ мн се нарича напрежението, при което пластичната деформация за даден период от време достига стойността, установена от техническите условия.

Наред с понятието „пълзене“ е известно и понятието „отпускане на стреса“.

Процесът на релаксация на напрежението протича при постоянни деформации.

Проба под постоянно натоварване при високо Тможе да се счупи или с шийка (пластична междукристална фрактура) или без шийка (крехка транскристална фрактура). Първият е характерен за по-ниските Ти високо σ .

Сила на материала при висока Тоценени от границата на дългосрочна якост.

Дългосрочна граница на якост(σ dp)е съотношението на натоварването, при което образецът за опън се разпада след определен период от време, към първоначалната площ на напречното сечение.

При проектиране на заварени продукти, работещи при повишени Т, се ръководят от следните стойности, когато присвояват [ σ ]:

а) когато Т 260 o C за якост на опън σ V ;

б) когато Т 420 o C за въглеродни стомани Т < 470 о С для стали 12Х1МФ, Т< 550 о С для 1Х18Н10Т – на σ Т ;

в) при по-високи Тдо границата на дългосрочна сила σ dp .

В допълнение към изброените методи за изпитване при статични натоварвания се извършват и изпитвания на огъване, усукване, срязване, натиск, смачкване, стабилност и твърдост.

Механични свойства при опън, както и др статични тестове, могат да бъдат разделени на три основни групи: характеристики на якост, пластичност и вискозитет. Якостни свойства - това са характеристиките на устойчивостта на материала на пробата на деформация или разрушаване. Повечето стандартни якостни характеристики се изчисляват от позицията на определени точки на диаграмата на опън под формата на конвенционални напрежения на опън. В раздел 2.3 бяха анализирани диаграми в координати истинско напрежение - истинска деформация, които най-точно характеризират деформационното закаляване. На практика механичните свойства обикновено се определят от първичните криви на опън в координатите на натоварване-абсолютно удължение, които автоматично се записват на лентата на диаграмата на машината за изпитване. За поликристали от различни метали и сплави цялото разнообразие от тези криви при ниски температури може да се сведе до първо приближение до три типа (фиг. 2.44).

Фигура 2.44- Видове първични криви на опън

Диаграмата на опън тип I е типична за проби, които се разрушават без забележима пластична деформация. Диаграма от тип II се получава чрез разтягане на проби, които са равномерно деформирани до повреда. И накрая, диаграма тип III е типична за проби, които се провалят след шийка в резултат на концентрирандеформация. Такава диаграма може да се получи и при разтягане на проби, които се провалят без шия (при високотемпературно напрежение); парцел кнтук тя може да бъде силно разтегната и почти успоредна на оста на деформация. Увеличаване на натоварването до повреда (вижте Фиг. 2.44, II) или до максимум (вижте Фиг. 2.44, III) могат да бъдат гладки (плътни линии) или прекъснати. В последния случай, по-специално, на диаграмата на опън може да се появи зъб и плато на провлачване (пунктирана линия на фиг. 2.44, III,III).

В зависимост от вида на диаграмата се променя наборът от характеристики, които могат да бъдат изчислени от нея, както и тяхното физическо значение. На фиг. 2.44 (тип III диаграма) се нанасят характерни точки, от ординатите на които изчисляват якостни характеристики

(σ i = P i /F 0).

Както можете да видите, в диаграмите на другите два типа (вижте фиг. 2.44, аз,II) не всички от тези точки могат да бъдат нанесени.

Граница на пропорционалност.Първата характерна точка на диаграмата на опън е точката стр(виж Фиг. 2.45). Силата P nu определя стойността граница на пропорционалност - напрежението, което материалът на пробата може да издържи без отклонение от закона на Хук.

Приблизително стойността на P nu може да се определи от точката, в която започва разминаването на кривата на разтягане и продължението на правия участък (фиг. 2.46).

Фигура 2.46- Графични методи за определяне границата на пропорционалност.

С цел уеднаквяване на методологията и повишаване на точността на изчисляване на границата на пропорционалност, тя се оценява като условно напрежение (σ nu), при което отклонението от линейната зависимост между натоварване и удължение достига определена стойност. Обикновено толерансът при определяне на σ nu се задава чрез намаляване на тангенса на ъгъла на наклон, образуван от допирателната към кривата на разтягане в точката стрс оста на деформация, в сравнение с тангентата в началното еластично сечение. Стандартният толеранс е 50%, но са възможни и 10% и 25% толеранси. Стойността му трябва да бъде посочена в обозначението на границата на пропорционалност - σ nu 50, σ nu 25, σ nu 10.

При достатъчно голям мащаб на диаграмата на първичното напрежение стойността на границата на пропорционалност може да се определи графично директно върху тази диаграма (виж фиг. 2.46). Първо, продължете правия участък, докато се пресече с оста на деформация в точката 0, което се приема като ново начало на координатите, като по този начин се изключва началният участък от диаграмата, изкривен поради недостатъчна твърдост на машината. След това можете да използвате два метода. Според първия от тях на произволна височина в рамките на еластичната област се възстановява перпендикуляр ABкъм оста на товара (виж фиг. 2.46, А), поставете сегмент по него пр.н.е.=½ ABи начертайте линия OS.В този случай tan α′= tan α/1,5. Ако сега начертаем допирателна към паралела на кривата на разтягане OS, след това точката на допиране rще определи необходимото натоварване Пну.

При втория метод перпендикулярът се спуска от произволна точка върху прав участък от диаграмата KU(виж Фиг. 2.46, b) върху оста x и го разделете на три равни части. През точката Ви началото на координатите начертайте права линия, а успоредна на нея - допирателна към кривата на разтягане. Допирна точка стрсъответства на усилието П nu (tg α′= tan α/1,5).

Границата на пропорционалност може да бъде по-точно определена с помощта на тензодатчици - специални устройства за измерване на малки деформации.

Еластична граница. Следващата характерна точка на диаграмата на първичното напрежение (виж фиг. 2.45) е точката д. Съответства на натоварването, с което условното граница на еластичност - напрежението, при което постоянното удължение достига дадена стойност,обикновено 0,05%, понякога по-малко - до 0,005%. Допустимото отклонение, използвано при изчислението, е посочено в обозначението на условната граница на еластичност σ 0,05, σ 0,01 и т.н.

Границата на еластичност характеризира напрежението, при което се появяват първите признаци на макропластична деформация. Поради малкия толеранс за постоянно удължение, дори σ 0,05 е трудно да се определи с достатъчна точност от първичната диаграма на опън. Следователно, в случаите, когато не се изисква висока точност, еластичната граница се приема равна на границата на пропорционалност. Ако се изисква точна количествена оценка на σ 0,05, тогава се използват тензодатчици. Методът за определяне на σ 0,05 е в много отношения подобен на описания за σ nu, но има една фундаментална разлика. Тъй като при определяне на еластичната граница допустимото отклонение се определя от величината на остатъчната деформация, след всяка стъпка на натоварване е необходимо да се разтовари пробата до първоначалното напрежение σ 0 ≤ 10% от очакваното σ 0,05 и след това да се измери само удължението с помощта на тензометър.

Ако мащабът на записване на диаграмата на опън по оста на удължение е 50:1 или повече и по оста на натоварване ≤10 MPa на 1 mm, се допуска графично определяне на σ 0,05. За да направите това, се полага сегмент по протежение на оста на разширенията от началото на координатите добре= 0,05 л 0/100 и през точка ДОначертайте права линия, успоредна на правия участък от диаграмата (фиг. 2.47). Ординатна точка дще съответства на размера на товара Р 0,05, което определя условната граница на еластичност σ 0,05 = P 0,05 /F 0 .

Ограничение на добива.Ако в диаграмата няма плато на опън на зъбите и провлачване, изчислете условна граница на провлачване - напрежението, при което постоянното удължение достига дадена стойност,обикновено 0,2%. Съответно условната граница на провлачване се обозначава като σ 0,2. Както можете да видите, тази характеристика се различава от условната граница на еластичност само в стойността на толеранса. Лимит

Добивът характеризира напрежението, при което настъпва по-пълен преход към пластична деформация.

Най-точната оценка на стойността на σ 0,2 може да се направи с помощта на тензодатчици. Тъй като толерансът на удължение за изчисляване на якостта на доказване е относително голям, той често се определя графично от диаграма напрежение-деформация, ако последната е записана в достатъчно голям мащаб (поне 10:1 по оста на деформация). Това се прави по същия начин, както при изчисляване на еластичната граница (виж фиг. 2.47), само сегмент добре = 0,2l 0/100.

Условните граници на пропорционалност, еластичност и течливост характеризират устойчивостта на материала към малки деформации. Тяхната величина се различава леко от истинските напрежения, които отговарят на съответните допустими отклонения на деформация. Техническото значение на тези граници е да се оценят нивата на напрежение, при които

тази или онази част може да работи, без да се подлага на остатъчна деформация (граница на пропорционалност) или да се деформира с някаква малка допустима стойност, определена от условията на работа (σ 0,01, σ 0,05, σ 0,2 и т.н.). Като се има предвид, че в съвременната технология възможността за остатъчни промени в размерите на частите и конструкциите е все по-ограничена, става ясна спешната необходимост от точно познаване на границите на пропорционалност, еластичност и течливост, които се използват широко в проектните изчисления.

Физическото значение на границата на пропорционалност на всеки материал е толкова очевидно, че не изисква специално обсъждане. Действително σ nu за монокристал и поликристал, хомогенен метал и хетерофазна сплав винаги е максималното напрежение, до което се спазва законът на Хук по време на опън и не се наблюдава макропластична деформация. Трябва да се помни, че преди достигането на σ nu може да започне пластична деформация в отделни зърна на поликристална проба (ако те имат благоприятна ориентация и наличие на концентратори на напрежение), което обаче няма да доведе до забележимо удължение на цялата проба, докато по-голямата част от зърната не бъдат засегнати от деформация.

Началните етапи на макроудължаване на пробата съответстват на границата на еластичност. За благоприятно ориентиран монокристал той трябва да бъде близо до критичното напрежение на срязване. Естествено, за различни кристалографски ориентации на единичен кристал границата на еластичност ще бъде различна. В достатъчно финозърнест поликристал при липса на текстура границата на еластичност е изотропна, еднаква във всички посоки.

Характерът на условната граница на провлачване на поликристала е по принцип подобен на характера на границата на еластичност. Но това е границата на провлачване, която е най-често срещаната и важна характеристикаустойчивост на метали и сплави на малка пластична деформация. Следователно физическият смисъл на границата на провлачване и зависимостта му от различни фактори трябва да бъдат анализирани по-подробно.

Плавен преход от еластична към пластична деформация (без зъб или плато на провлачване) се наблюдава при разтягане на такива метали и сплави, в които има достатъчно голям бройподвижни, незакрепени дислокации в първоначалното състояние (преди началото на теста). Напрежението, необходимо за иницииране на пластична деформация на поликристали от тези материали, оценено чрез условната граница на провлачване, се определя от силите на съпротивление на движението на дислокациите вътре в зърната, лекотата на прехвърляне на деформация през техните граници и размера на зърната.

Същите фактори определят стойността физическа граница на провлачванеσ t - напрежение, при което образецът се деформира под действието на почти постоянно натоварване на опън P t (виж Фиг. 2.45, площ на добива на пунктираната крива). Физическата граница на провлачване често се нарича долна, за разлика от горната граница на провлачване, изчислена от натоварването, съответстващо на върха на зъба на провлачване и(виж фиг. 2.45): σ t.v = П t.v/ F 0 .

Образуването на зъб и плато на провлачване (т.нар. феномен на внезапно провлачване) изглежда по следния начин. Еластичното разтягане води до плавно увеличаване на съпротивлението на деформация до σ t.v, след това настъпва относително рязко намаляване на напрежението до σ t.n и последваща деформация (обикновено 0,1-1%) възниква при постоянна външна сила - образува се плато на провлачване . При удължаване, съответстващо на тази област, образецът на работната дължина се покрива с характерни ивици на Чернов-Лудерс, в които се локализира деформацията. Следователно големината на удължението при границата на провлачване (0,1 - 1%) често се нарича деформация на Чернов-Людерс.

Феноменът на внезапна течливост се наблюдава в много технически важни метални материали и следователно има голямо значение практическо значение. Той също така представлява общ теоретичен интерес от гледна точка на разбирането на природата на началните етапи на пластичната деформация.

През последните десетилетия беше показано, че зъб и плато на провлачване могат да бъдат получени чрез разтягане на моно- и поликристали от метали и сплави с различни решетки и микроструктури. Най-често внезапна течливост се записва при изпитване на метали с bcc решетка и сплави на тяхна основа. Естествено, практическото значение на рязката течливост за тези метали е особено голямо и повечето теории също са разработени във връзка с характеристиките на тези метали. Използването на концепции за дислокация за обяснение на внезапния добив беше едно от първите и много плодотворни приложения на теорията на дислокацията.

Първоначално образуването на зъб и плато на добив в bcc метали беше свързано с ефективното блокиране на дислокации от примеси. Известно е, че в bcc решетка интерстициалните примесни атоми образуват еластични полета на напрежение, които нямат сферична симетрия и взаимодействат с дислокации от всякакъв тип, включително чисто винтови. Дори при ниски концентрации [<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.

Правилността на теорията на Котрел се потвърждава от резултатите от следните прости експерименти. Ако деформирате желязна проба, например до точката А(Фиг. 2.48), разтоварете го и веднага го разтегнете отново, тогава няма да възникне зъб и плато на провлачване, тъй като след предварително разтягане в новото първоначално състояние пробата съдържа много подвижни дислокации, свободни от примесни атмосфери. Ако сега след разтоварване от пункта Асъхранявайте пробата при стайна или леко повишена температура, т.е. дайте време за кондензация на примеси върху дислокации, след което с ново разтягане на диаграмата отново ще се появят зъб и зона на провлачване.

Така теорията на Котрел свързва рязката смяна с деформационно стареене - фиксиране на дислокации от примеси.

Предположението на Котрел, че след деблокиране, пластичната деформация, поне първоначално, се извършва чрез плъзгане на тези „стари“, но вече освободени, дислокации, се оказа неуниверсално. За редица материали е установено, че първоначалните дислокации могат да бъдат толкова здраво фиксирани, че да не настъпи тяхното разблокиране и да настъпи пластична деформация в мястото на провлачване поради движението на новообразуваните дислокации. В допълнение, образуването на зъб и плато на добива се наблюдава в кристали без дислокации - "мустаци". Следователно теорията на Котрел описва само конкретен, макар и важен случай на внезапна промяна.

Основата на съвременната теория за едноименния добив, която все още не може да се счита за окончателно установена, е същата позиция, изложена от Cottrell: зъбът и платото на добива са причинени от рязко увеличаване на броя на подвижните дислокации в началото на пластичен поток. Това означава, че за появата им трябва да бъдат изпълнени две условия: 1) в първоначалната проба броят на свободните дислокации трябва да е много малък и 2) той трябва да може бързо да се увеличи по един или друг механизъм в самото начало на пластичната деформация .

Липсата на подвижни дислокации в оригиналната проба може да бъде свързана или с високото съвършенство на нейната субструктура (например в мустаците), или с закрепването на повечето съществуващи дислокации. Според Котрел такова фиксиране може да се постигне чрез образуване на атмосфера на примеси. Възможни са и други методи за фиксиране, например с частици от втората фаза.

Броят на подвижните дислокации може да се увеличи рязко:

1) Поради деблокирането на предварително фиксирани дислокации (отделяне от атмосфери на примеси, заобикаляне на частици чрез напречно плъзгане и др.);

2) Чрез образуване на нови дислокации;

3) Чрез възпроизвеждането им в резултат на взаимодействие.

В поликристалите границата на провлачване е силно зависима от размера на зърното. Границите на зърната служат като ефективни бариери за движещи се дислокации. Колкото по-фино е зърното, толкова по-често се появяват тези бариери по пътя на плъзгащите се дислокации и толкова по-големи напрежения са необходими, за да продължи пластичната деформация още в началните й етапи. В резултат на това, докато зърното се рафинира, границата на провлачване се увеличава. Многобройни експерименти показват, че по-ниската граница на провлачване

σ t.n = σ i + K y d -½, (2.15)

където σ i и K y-константи на материала при определена температура на изпитване и скорост на деформация; d- размер на зърното (или субзърно с полигонизирана структура).

Формула 2.15, наречена уравнение на Petch-Hall по името на първите си автори, е универсална и добре описва ефекта на размера на зърното не само върху σ sof, но и върху условната граница на провлачване и като цяло всяко напрежение в областта на равномерна деформация .

Физическата интерпретация на емпиричното уравнение (2.15) се основава на вече разгледаните идеи за природата на внезапната течливост. Константата σ i се счита за напрежението, необходимо за преместване на дислокациите вътре в зърното, и членът K y d -½- като напрежението, необходимо за задвижване на източници на дислокация в съседни зърна.

Стойността на σ i зависи от силата на Peierls-Nabarro и препятствията за плъзгане на дислокации (други дислокации, чужди атоми, частици от втората фаза и т.н.). По този начин σ i - „напрежение на триене“ - компенсира силите, които дислокациите трябва да преодолеят, когато се движат вътре в зърното. За да определите експериментално σ i, можете да използвате първичната диаграма на опън: стойността на σ i съответства на точката на пресичане на кривата на опън, екстраполирана в областта на малки деформации извън зоната на провлачване с правия участък на тази крива (фиг. 2,49, А). Този метод за оценка на σ i се основава на идеята, че площта iusДиаграмите на опън са резултат от поликристалния характер на разтегнатата проба; ако беше единичен кристал, тогава пластмасовият поток щеше да започне от точката аз .

Фигура 2.49.Определяне на напрежението на изтичане σ i от диаграмата на опън (а) и зависимостта на долната граница на провлачване от размера на зърното (б).

Вторият начин за определяне на σ i е да се екстраполира правата линия σ, така наречената - d -½към стойността d -½ = 0 (виж Фиг. 2.49, b). Тук директно се приема, че σ i е границата на провлачване на единичен кристал със същата вътрезърнеста структура като поликристалите.

Параметър K yхарактеризира наклона на правата линия σ t - d- ½. Според Котрел,

K y = σ d(2л) ½ ,

където σ dнапрежението, необходимо за деблокиране на дислокации в съседно зърно (например отделяне от примесната атмосфера или от границата на зърното); л- разстояние от границата на зърното до най-близкия източник на дислокация.

по този начин K yопределя трудността на прехвърляне на деформация от зърно на зърно.

Ефектът от внезапния поток зависи от температурата на изпитване. Промяната му засяга както височината на зъба на провлачване, така и дължината на платформата и най-важното - стойността на долната (физическа) граница на провлачване. С повишаване на температурата на изпитване височината на зъбите и дължината на платото на провлачване обикновено намаляват. Този ефект, по-специално, се проявява по време на напрежение на bcc метали. Изключение правят сплавите и температурните диапазони, при които нагряването води до повишено блокиране на дислокации или затруднено генериране (например по време на стареене или подреждане).

По-ниската граница на провлачване намалява особено рязко при температури, когато степента на блокиране на дислокациите се променя значително. В bcc металите, например, се наблюдава рязка температурна зависимост на σ t.n под 0,2 Т pl, което е точно това, което определя тяхната склонност към крехко счупване при ниски температури (вижте раздел 2.4). Неизбежността на температурната зависимост на σ tn следва от физическия смисъл на неговите компоненти. Наистина, σ i трябва да зависи от температурата, тъй като напреженията, необходими за преодоляване на силите на триене, спадат с повишаване на температурата поради лесното заобикаляне на бариерите чрез странично плъзгане и пълзене. Степента на блокиране на дислокациите, която определя стойността K yи следователно терминът K y d -½във формула (2.15), също трябва да намалява с нагряване. Например, в bcc металите това се дължи на размиването на атмосферите на примеси още при ниски температури поради високата дифузионна подвижност на интерстициалните примеси.

Номиналната граница на провлачване обикновено зависи по-малко от температурата, въпреки че естествено намалява при нагряване на чисти метали и сплави, в които не настъпват фазови трансформации по време на изпитването. Ако има такива трансформации (особено стареене), тогава естеството на промяната в границата на провлачване с повишаване на температурата става двусмислено. В зависимост от промените в структурата тук е възможен спад или покачване, както и сложна зависимост от температурата. Например, повишаването на температурата на опън на предварително закалена сплав - свръхнаситен твърд разтвор - първоначално води до увеличаване на границата на провлачване до определен максимум, съответстващ на най-големия брой диспергирани кохерентни утайки на продуктите на разлагане на твърд разтвор, възникващ по време на процеса на изпитване, и с по-нататъшно повишаване на температурата σ 0,2 ще намалее поради загубата на кохерентност на частиците с матрицата и тяхната коагулация.

Якост на опън.След преминаване на точката sВ диаграмата на опън (виж фиг. 2.45) пробата претърпява интензивна пластична деформация, която беше разгледана подробно по-рано. До точка “в” работната част на образеца запазва първоначалната си форма. Удължението тук е равномерно разпределено по ефективната дължина. В точката „в ” тази макроравномерност на пластичната деформация е нарушена. В част от пробата, обикновено в близост до ръста на напрежението, който вече е бил в първоначалното състояние или се е образувал по време на опън (най-често в средата на изчислената дължина), започва локализирането на деформацията. Съответства на локално стесняване на напречното сечение на пробата - образуване на шийка.

Възможността за значителна равномерна деформация и „забавяне“ на момента на началото на образуването на шия в пластмасовите материали се дължи на деформационно втвърдяване. Ако не беше там, тогава шийката щеше да започне да се образува веднага след достигане на границата на провлачване. На етапа на равномерна деформация, увеличаването на напрежението на потока, дължащо се на деформационно втвърдяване, е напълно компенсирано от удължението и стесняването на изчислената част от пробата. Когато увеличението на напрежението, дължащо се на намаляване на напречното сечение, стане по-голямо от увеличението на напрежението, дължащо се на деформационно втвърдяване, равномерността на деформацията се нарушава и се образува шийка.

Вратът се развива от точка "b" до разрушаване в точката к(виж фиг. 2.45), в същото време силата, действаща върху образеца, намалява. При максимално натоварване ( П c, фиг. 2.44, 2.45) на първичната диаграма на опън са изчислени временна съпротива(често наричан якост на опънили условна якост на опън)

σ в = P b /F 0 .

За материали, които се срутват с образуването на шийка, σ in е условното напрежение, което характеризира устойчивостта на максимална равномерна деформация.

Крайната якост на такива материали σ не определя. Това се дължи на две причини. Първо, σ е значително по-малко от истинското напрежение Св, действащ в образеца в момента на достигане на точка "c" . До този момент относителното удължение вече е достигнало 10-30%, площта на напречното сечение на пробата Е V „F 0 .Ето защо

С V = П V /Ф V > σ в = П V / F 0 .

Но така наречената истинска точка на пречупване С c също не може да служи като характеристика на крайната якост, тъй като отвъд точката "c" на диаграмата на опън (виж фиг. 2.45), истинската устойчивост на деформация продължава да се увеличава, въпреки че силата намалява. Факт е, че това усилие на сайт в ке концентрирана върху минималното напречно сечение на пробата в шийката и нейната площ намалява по-бързо от силата.

Фигура 2. 50- Диаграма на истинското напрежение на опън

Ако пренаредим диаграмата на първичното напрежение в координати С-еили S-Ψ(фиг. 2.50), тогава се оказва, че Снараства непрекъснато с деформация до момента на разрушаване. Кривата на фиг. 2.50. дава възможност за строг анализ на свойствата на устойчивост на деформация и якост на опън. Диаграмата на истинското напрежение (виж Фиг. 2.50) за материали, които не успяват да образуват шия, има редица интересни свойства. По-специално, продължаването на правия участък на диаграмата отвъд точка "c" до пресечната точка с оста на напрежение ни позволява приблизително да оценим стойността на σ в и екстраполация на правия участък до точката c, съответстващо на Ψ = 1 (100%) дава S c= 2С V.

Диаграма на фиг. 2.50 е качествено различен от разгледаните по-рано криви на деформационно втвърдяване, тъй като при анализа на последните обсъдихме само етапа на равномерна деформация, при който се запазва моделът на едноосно напрежение, т.е. Преди това бяха анализирани диаграми на истински напрежения, съответстващи на криви от тип II.

На фиг. 2.50 ясно е, че С in и особено σ in е много по-малко истинска устойчивост на разкъсване (S k = P k / F k), определена като съотношението на силата в момента на повреда към максималната площ на напречното сечение на пробата в точката на повреда Fk. Изглежда, че величината S kе най-добра характеристикакрайна якост на материала. Но и това е условно. Изчисляване S kпредполага, че в момента на повреда в шийката работи схема на едноосно напрежение, въпреки че всъщност там възниква състояние на обемно напрежение, което обикновено не може да се характеризира с едно нормално напрежение (поради което концентрираната деформация не се разглежда в теориите за деформационно закаляване при едноосно напрежение). всъщност S kопределя само определено средно надлъжно напрежение в момента на разрушаване.

Смисълът и значението на временната съпротива, както и Св и S kсе променят значително при преминаване от разглежданата диаграма на опън (виж фиг. 2.44, III) към първите две (вижте фиг. 2.44, I,II). При липса на пластична деформация (виж фиг. 2.44, аз) σ в ≈ Св ≈ S k. В този случай максималното натоварване преди отказ е П c определя така наречената действителна устойчивост на разкъсване или якост на чупливост на материала. Тук σ вече не е условна характеристика, а характеристика, която има определен физически смисъл, определен от естеството на материала и условията на крехко разрушаване.

За материали с относително ниска пластичност, които дават кривата напрежение-деформация, показана на фиг. 2.44, II, σ in е условното напрежение в момента на разрушаване. тук С V = S kи доста строго характеризира крайната якост на материала, тъй като пробата е равномерно деформирана при условия на едноосно напрежение до разкъсване. Разликата в абсолютните стойности на σ в и Сзависи от удължението преди разрушаването; между тях няма пряка пропорционална зависимост.

По този начин, в зависимост от вида и дори количествените характеристики на диаграмите на опън от един тип, физическото значение на σ в, Св и S kможе да се промени значително, а понякога и фундаментално. Всички тези напрежения често се класифицират като характеристики на крайната якост или устойчивост на счупване, въпреки че в редица важни случаи σ в и Свсъщност те определят устойчивостта на значителна пластична деформация, а не на разрушаване. Следователно, когато сравняваме σ в, Св и S kразлични метали и сплави, винаги трябва да се взема предвид специфичното значение на тези свойства за всеки материал, в зависимост от вида на неговата диаграма напрежение-деформация.