2. Limită elastică

3. Rezistenta la curgere

4. Rezistenta la tractiune sau rezistenta la tractiune

5. Tensiune la rupere

Desen. 2.3 – Vedere a unei probe cilindrice după fractură (a) și modificarea zonei probei din apropierea locului de fractură (b)

Pentru ca diagrama să reflecte numai proprietățile materialului (indiferent de mărimea probei), aceasta este rearanjată în coordonate relative (stres-deformare).

ordonate arbitrare i-a punctele unei astfel de diagrame (Fig. 2.4) sunt obținute prin împărțirea valorilor forței de tracțiune (Fig. 2.2) la aria inițială secțiune transversală proba (), iar abscisa - prin împărțirea alungirii absolute a părții de lucru a probei la lungimea sa inițială (). În special, pentru punctele caracteristice ale diagramei, ordonatele sunt calculate folosind formulele (2.3)…(2.7).

Diagrama rezultată este numită diagrama de tensiune convențională (Fig. 2.4).

Convenția diagramei constă în metoda de determinare a tensiunii nu din aria secțiunii transversale curente, care se modifică în timpul testării, ci din cea originală - diagrama de tensiuni păstrează toate caracteristicile diagramei de tracțiune inițiale. Tensiunile caracteristice din diagramă se numesc tensiuni limită și reflectă proprietățile de rezistență ale materialului testat. (formulele 2.3…2.7). Rețineți că limita de curgere a metalului prezentat în acest caz corespunde noii stări fizice a metalului și, prin urmare, este numită limită de curgere fizică.

Desen. 2.4 – Diagrama tensiunii

Din diagrama tensiunii (Fig. 2.4) reiese clar că

adică modul de întindere E este numeric egală cu tangentei unghiului de înclinare a secțiunii drepte inițiale a diagramei de tensiuni la axa absciselor. Acesta este sensul geometric al modulului elastic de tracțiune.

Dacă relaționăm forțele care acționează asupra eșantionului în fiecare moment de încărcare la valoarea adevărată a secțiunii transversale la momentul corespunzător în timp, atunci obținem o diagramă a tensiunilor adevărate, notată adesea cu litera S(Fig. 2.5, linie continuă). Întrucât în ​​secțiunea diagramei 0-1-2-3-4 diametrul probei scade ușor (gătul nu s-a format încă), diagrama adevărată, în cadrul acestei secțiuni, coincide practic cu diagrama convențională (curba întreruptă) , trecand putin mai sus.

Desen. 2.5 – Diagrama tensiunii reale

Construirea secțiunii rămase a diagramei tensiunii reale (secțiunea 4-5 din Fig. 2.5) necesită măsurarea diametrului probei în timpul unei încercări de tracțiune, ceea ce nu este întotdeauna posibil. Există o modalitate aproximativă de a construi această secțiune a diagramei, bazată pe determinarea coordonatelor punctului 5() din diagrama adevărată (Fig. 2.5), corespunzătoare momentului rupturii probei. În primul rând, este determinată adevărata tensiune de rupere

unde este forța asupra probei în momentul ruperii acesteia;

– zona secțiunii transversale în gâtul probei în momentul ruperii.

A doua coordonată a punctului - deformarea relativă - include două componente - plastic adevărat - și elastic -. Valoarea poate fi determinată din condiția de egalitate a volumelor de material în apropierea punctului de rupere a probei înainte și după încercare (Fig. 2.3). Deci, înainte de testare, volumul de material al unei probe de unitate de lungime va fi egal cu , și după ruptură. Iată alungirea unui eșantion de unitate de lungime lângă locul fracturii. Întrucât adevărata deformare este aici și , Acea . Găsim componenta elastică folosind legea lui Hooke: . Atunci abscisa punctului 5 va fi egală cu . Desenând o curbă netedă între punctele 4 și 5, obținem o vedere completă a diagramei adevărate.

Pentru materialele a căror diagramă de tracțiune din secțiunea inițială nu are un platou de curgere clar definit (vezi Fig. 2.6), limita de curgere este definită în mod convențional ca efort la care deformația reziduală este valoarea stabilită de GOST sau specificatii tehnice. Conform GOST 1497–84, această valoare a deformării reziduale este de 0,2% din lungimea măsurată a probei și puterea de probă este indicat prin simbolul – .

La testarea probelor de tracțiune, pe lângă caracteristicile de rezistență, sunt determinate și caracteristicile de plasticitate, care includ extensie relativă eșantion după ruptură, definit ca raportul dintre creșterea lungimii probei după ruptură și lungimea inițială:

Și îngustare relativă , calculat prin formula

% (2.10)

În aceste formule - lungimea inițială calculată și aria secțiunii transversale a probei, - respectiv, lungimea părții calculate și aria minimă a secțiunii transversale a probei după ruptură.

În loc de deformare relativă, în unele cazuri este folosită așa-numita deformare logaritmică. Deoarece lungimea eșantionului se modifică pe măsură ce eșantionul este întins, creșterea în lungime dl referiți nu la , ci la valoarea curentă . Dacă integrăm incrementele de alungiri când lungimea se schimbă de la la , obținem deformația logaritmică sau adevărată a metalului

Apoi – încordare la pauză (de ex. . = k) voi

.

De asemenea, trebuie luat în considerare faptul că deformarea plastică în eșantion are loc neuniform pe lungimea acesteia.

În funcție de natura metalului, acestea sunt împărțite în mod convențional în foarte ductile (cupru recoapt, plumb), ductile (oțeluri cu conținut scăzut de carbon), fragile ( Fontă cenușie), foarte fragil (fontă albă, ceramică).

Încărcare rata de aplicare deformarea V afectează aspectul diagramei și caracteristicile materialului. σ T Și σ V crește odată cu creșterea vitezei de sarcină. Deformațiile corespunzătoare rezistenței finale și punctului de rupere sunt reduse.

Mașinile convenționale asigură o rată de deformare

10 -2 ...10 -5 1/sec.

Pe măsură ce temperatura scade T isp pentru oţelurile perlitice creşte σ T si scade.

oteluri austenitice, AlȘi Ti aliajele reacţionează mai slab la coborâre T.

Odată cu creșterea temperaturii, se observă o modificare a deformației în timp la solicitări constante, de exemplu. apare fluaj și mai mult decât > σ , acestea< .

De obicei, există trei etape de fluaj. Pentru inginerie mecanică, etapa II prezintă cel mai mare interes, unde έ = const (etapă constantă de fluaj).

Pentru a compara rezistența la fluaj a diferitelor metale, a fost introdusă o caracteristică condiționată - limita de fluaj.

Limită de fluaj σ pl se numeşte efort la care deformarea plastică într-o anumită perioadă de timp atinge valoarea stabilită de condiţiile tehnice.

Alături de conceptul de „creep”, este cunoscut și conceptul de „relaxare a stresului”.

Procesul de relaxare a tensiunilor are loc sub deformari constante.

O probă sub sarcină constantă la mare T se poate fractura fie cu gât (fractură intercristalină ductilă), fie fără gât (fractură transcristalină fragilă). Primul este tipic pentru inferior Tși înalt σ .

Rezistența materialului la mare T evaluată prin limita de rezistență pe termen lung.

Limită de rezistență pe termen lung(σ dp) este raportul dintre sarcina sub care un eșantion de tracțiune eșuează după o anumită perioadă de timp și aria secțiunii transversale inițiale.

La proiectarea produselor sudate care operează la înălțime T, sunt ghidate de următoarele valori atunci când se atribuie [ σ ]:

a) când T 260 o C pentru rezistența la tracțiune σ V ;

b) când T 420 o C pentru oțeluri carbon T < 470 о С для стали 12Х1МФ, T< 550 о С для 1Х18Н10Т – на σ T ;

c) la mai mare T la limita puterii pe termen lung σ dp .

Pe lângă metodele de testare enumerate la sarcini statice, se efectuează și teste de încovoiere, torsiune, forfecare, compresie, strivire, stabilitate și duritate.

Principalele proprietăți mecanice sunt rezistență, elasticitate,, . Cunoscând proprietățile mecanice, proiectantul selectează în mod rezonabil materialul adecvat care asigură fiabilitatea și durabilitatea structurilor cu greutate minimă. Proprietățile mecanice determină comportamentul unui material în timpul deformării și distrugerii sub sarcini externe.

În funcție de condițiile de încărcare, proprietățile mecanice pot fi determinate prin:

1. Încărcare statică– sarcina pe eșantion crește încet și fără probleme.
2. Încărcare dinamică– sarcina creste la viteza mare si are caracter de soc.
3. Încărcare repetată, variabilă sau ciclică– sarcina în timpul testului se modifică de multe ori în mărime sau în mărime și direcție.

Pentru a obține rezultate comparabile, probele și metodele de testare mecanică sunt reglementate de GOST.

Proprietățile mecanice ale metalelor, oțelurilor și aliajelor. Putere.

Putere– capacitatea unui material de a rezista la deformare și distrugere.

Testele sunt efectuate pe mașini speciale care înregistrează o diagramă de tracțiune care exprimă dependența de alungire a probei Δ l(mm) de la sarcina efectivă P, adică Δ l = f(P). Dar pentru a obține date despre proprietățile mecanice, ei reconstruiesc: dependența alungirii relative Δ l de la tensiunea δ.

Diagrama tensiunii materialelor

Figura 1: a – absolut, b – relativ;c – schema de determinare a limitei de curgere condiționată

Să analizăm procesele care au loc în materialul eșantion pe măsură ce sarcina crește: secțiune oaîn diagramă corespunde deformaţiei elastice a materialului când se respectă legea lui Hooke. Tensiunea corespunzatoare deformarii elastice limitatoare intr-un punct A, numit limita de proporționalitate.

Proprietățile mecanice ale metalelor, oțelurilor și aliajelor. Limita de proporționalitate.

Limită de proporționalitate (σ pts) – efort maxim până la care se menține relația liniară dintre deformare și efort.

La solicitări peste limita de proporționalitate are loc o deformare plastică uniformă (alungirea sau îngustarea secțiunii transversale). Fiecare efort corespunde unei alungiri reziduale, care se obține prin trasarea unei linii paralele din punctul corespunzător al diagramei de alungire oa.

Deoarece este practic imposibil de stabilit punctul de tranziție la starea inelastică, ei stabilesc limită elastică condiționată, – efortul maxim până la care proba primește doar deformare elastică. Se consideră solicitarea la care deformația reziduală este foarte mică (0,005...0,05%). Denumirea indică valoarea deformației reziduale (σ 0,05).

Proprietățile mecanice ale metalelor, oțelurilor și aliajelor. Limita de randament.

Rezistenta la curgere caracterizează rezistența materialului la mici deformații plastice. În funcție de natura materialului, se utilizează o limită de curgere fizică sau condiționată.

Limita de curgere fizică σ m– aceasta este solicitarea la care se produce o creștere a deformației sub sarcină constantă (prezența unei zone orizontale pe diagrama de tracțiune). Folosit pentru materiale foarte plastice.

Dar majoritatea metalelor și aliajelor nu au un platou de randament.

Dovada randamentuluiσ 0,2– aceasta este tensiunea care provoacă deformarea reziduală δ = 0,20%.

Tensiunile fizice sau de rezistență sunt caracteristici importante de proiectare ale unui material. Tensiunile care acționează în piesă trebuie să fie sub limita de curgere. Uniformă pe întregul volum continuă până la valoarea rezistenței la tracțiune. La punctul VÎn punctul cel mai slab, începe să se formeze un gât - oboseală locală severă a probei.

Proprietățile mecanice ale metalelor, oțelurilor și aliajelor. Rezistență la tracțiune.

Rezistență la tracțiune σ în – efort corespunzătoare sarcinii maxime pe care o poate suporta proba înainte de rupere (rezistență temporară la tracțiune).

Formarea gâtului este tipică pentru materialele plastice care au o diagramă de tensiune cu un maxim. Rezistența finală caracterizează rezistența ca rezistență la deformarea plastică uniformă semnificativă. Dincolo de punctul B, datorită dezvoltării gâtului, sarcina scade și distrugerea are loc în punctul C.

Adevărata rezistență la distrugere – aceasta este solicitarea maximă pe care o poate suporta materialul în momentul care precede distrugerea probei (Figura 2).

Rezistența reală la rupere este semnificativ mai mare decât rezistența finală, deoarece este determinată în raport cu aria secțiunii transversale finale a probei.

Diagrama de tensiune adevărată

Orez. 2

F la - aria secțiunii transversale finale a probei.

Efortul adevărat S i este definit ca raportul dintre sarcină și aria secțiunii transversale la un moment dat.

Încercarea de tracțiune determină și caracteristicile de plasticitate.

Proprietățile mecanice ale metalelor, oțelurilor și aliajelor. Plastic.

Plastic – capacitatea unui material de a suferi deformare plastică, adică capacitatea de a obține o modificare reziduală a formei și dimensiunii fără a întrerupe continuitatea. Această proprietate este utilizată în formarea metalelor.

Caracteristici:

• extensie relativă :

l o și l k – lungimea inițială și finală a probei;

Rezistență la tracțiune

O anumită valoare prag pentru un anumit material, depășirea acesteia va duce la distrugerea obiectului sub influența solicitărilor mecanice. Principalele tipuri de limite de rezistență: statice, dinamice, compresive și la tracțiune. De exemplu, rezistența la întindere este valoarea limită a unei solicitări mecanice constante (limită statică) sau variabilă (limită dinamică), depășirea căreia va rupe (sau deforma în mod inacceptabil) produsul. Unitate de măsură - Pascal [Pa], N/mm² = [MPa].

Limita de curgere (σ t)

Cantitatea de solicitare mecanică la care deformația continuă să crească fără a crește sarcina; utilizat pentru calcularea tensiunilor admisibile în materialele plastice.

După depășirea limitei de curgere, se observă modificări ireversibile în structura metalică: rețeaua cristalină este rearanjată și apar deformații plastice semnificative. În același timp, are loc autoîntărirea metalului și după limita de curgere, deformația crește odată cu creșterea forței de tracțiune.

Acest parametru este adesea definit ca „stresul la care începe să se dezvolte deformarea plastică”, identificând astfel limitele de curgere și elasticitate. Cu toate acestea, trebuie înțeles că aceștia sunt doi parametri diferiți. Valorile limitei de curgere depășesc limita elastică cu aproximativ 5%.

Limita de anduranță sau limita de oboseală (σ R)

Capacitatea unui material de a rezista la sarcini care provoacă stres ciclic. Acest parametru de rezistență este definit ca solicitarea maximă într-un ciclu la care defectarea la oboseală a produsului nu are loc după o perioadă nedefinită. cantitate mareîncărcare ciclică (număr de bază de cicluri pentru oțel Nb = 10 7). Coeficientul R (σ R) este considerat egal cu coeficientul de asimetrie a ciclului. Prin urmare, limita de oboseală a materialului în cazul ciclurilor de încărcare simetrice se notează cu σ -1, iar în cazul celor pulsative - ca σ 0.

Rețineți că testele de oboseală ale produselor sunt foarte lungi și necesită multă muncă; ele implică analiza unor volume mari de date experimentale cu un număr arbitrar de cicluri și o împrăștiere semnificativă a valorilor. Prin urmare, se folosesc cel mai adesea formule empirice speciale care conectează limita de rezistență cu alți parametri de rezistență ai materialului. Parametrul cel mai convenabil este considerat a fi rezistența la tracțiune.

Pentru oțeluri, limita de rezistență la încovoiere este de obicei jumătate din rezistența la tracțiune: pentru oțelurile de înaltă rezistență, puteți lua:

Pentru oțelurile obișnuite în timpul torsiunii în condiții de tensiuni care se schimbă ciclic, pot fi acceptate următoarele:

Rapoartele de mai sus trebuie utilizate cu prudență, deoarece au fost obținute în condiții specifice de încărcare, de exemplu. în timpul îndoirii și torsii. Cu toate acestea, atunci când este testată în tensiune-compresie, limita de anduranță devine cu aproximativ 10-20% mai mică decât în ​​încovoiere.

Limită proporțională (σ)

Valoarea maximă a tensiunii pentru un anumit material la care încă se aplică legea lui Hooke, de ex. Deformarea corpului este direct proporțională cu sarcina (forța) aplicată. Vă rugăm să rețineți că pentru multe materiale, atingerea (dar fără depășirea!) a limitei elastice duce la deformații reversibile (elastice), care însă nu mai sunt direct proporționale cu solicitarea. În acest caz, astfel de deformații pot fi oarecum „întârziate” în raport cu creșterea sau scăderea sarcinii.

Diagrama deformării unei probe de metal sub tensiune în coordonatele alungire (Є) - efort (σ).

1: Limită absolută de elasticitate.

2: Limita de proporționalitate.

3: Limită elastică.

LIMITĂ DE PROPORȚIONALITATE

mecanic caracteristicile materialelor: efort, la care abaterea de la relația liniară dintre tensiuni și deformații ajunge la o anumită definiție. valoare stabilită de tehnic condiții (de exemplu, o creștere a tangentei unghiului, imagini, tangentă la curba de deformare cu axa tensiunii, cu 10, 25, 50% din valoarea sa inițială). Desemnat b pch. P. p. limitează aria justiției legea lui Hooke. In practica În calculele de rezistență, punctul P. se presupune că este egal cu limita de randament. Vezi fig.

La articolele Limită proporțională, Limită de rezistență, Limită de randament, Limită elastică. Diagrama tensiunilor condiționate obținute prin întinderea unei probe de metal ductil: b - efort; e - alungirea relativă; b pc - limita de proporționalitate; (Tu - limită elastică; (Tm - limită de curgere; O, - rezistență la tracțiune (rezistență temporară)

Big Enciclopedic Polytechnic Dictionary. 2004 .

Vedeți ce înseamnă „LIMITĂ PROPORTAȚIONALĂ” în alte dicționare:

Limită de proporționalitate- – caracteristicile mecanice ale materialelor: efort la care abaterea de la relația liniară dintre efort și deformare atinge o anumită valoare stabilită de condițiile tehnice. Limita de proporționalitate... Enciclopedie de termeni, definiții și explicații ale materialelor de construcție

Cea mai mare efort până la care legea proporționalității dintre efort și deformare este respectată sub sarcină variabilă. Dicționar marin Samoilov K.I. M.L.: Editura Navală de Stat NKVMF URSS, 1941 ... Dicţionar marin

limita de proporționalitate- Solicitare mecanică, sub încărcare la care deformația crește proporțional cu solicitarea (legea lui Hooke este îndeplinită). Unitate de măsură Pa [Sistem de testare nedistructivă. Tipuri (metode) și tehnologie de testare nedistructivă. Termeni si...... Ghidul tehnic al traducătorului

Limită proporțională Limită de proporționalitate. Tensiunea maximă dintr-un metal la care nu este încălcată relația direct proporțională dintre efort și deformare. Vezi și legea lui Hooke Legea lui Hooke și limită elastică Limită elastică.… … Dicţionar de termeni metalurgici

limita de proporționalitate- efort condiționat corespunzătoare punctului de tranziție de la secțiunea liniară a curbei „efort-deformare” la cea curbilinie (de la deformare elastică la deformare plastică). Vezi și: Limita de curgere fizică... Dicţionar enciclopedic de metalurgie

- () valoarea maximă a tensiunii la care legea lui Hooke este încă îndeplinită, adică deformarea corpului este direct proporțională cu sarcina (forța) aplicată. De remarcat că în multe materiale încărcarea până la limita elastică cauzează... ... Wikipedia

Cea mai mare tensiune în timpul încercărilor de tracțiune (compresie) uniaxiale, până la care se menține proporționalitatea directă între tensiuni și deformații și la care abaterea de la relația liniară dintre ele atinge acea valoare mică ... Dicționar de construcții

LIMITĂ DE PROPORȚIONALITATE- solicitarea condiționată corespunzătoare punctului de tranziție de la secțiunea liniară a curbei „stres-deformare” la cea curbilinie (de la deformarea elastică la deformarea plastică) ... Dictionar metalurgic

Limita de proporționalitate s pc- Tensiunea la care abaterea de la relația liniară dintre forță și alungire atinge o astfel de valoare încât tangenta unghiului de înclinare format de tangenta la curba „alungirea forței” în punctul PPT cu axa forței crește cu 50% din ......

Limită de proporționalitate torsională- 2. Limita de proporționalitate în torsiune, efort tangenţial în punctele periferice ale secțiunii transversale a probei, calculată cu formula pentru torsiune elastică, la care abaterea de la relația liniară dintre sarcină și unghiul de răsucire. ... ... Dicționar-carte de referință de termeni ai documentației normative și tehnice

Regiunea tensiunilor la care are loc numai deformarea elastică este limitată de limita de proporționalitate σ pc. În această regiune au loc numai deformații elastice în fiecare bob, iar pentru eșantion în ansamblu, legea lui Hooke este îndeplinită - deformația este proporțională cu tensiunea (de unde și denumirea limitei).

Odată cu creșterea tensiunii, apar deformații microplastice în boabele individuale. La astfel de sarcini, tensiunile reziduale sunt nesemnificative (0,001% - 0,01%).

Efortul la care apar deformații reziduale în limitele specificate se numește limită elastică condiționată. În denumirea sa, indicele indică cantitatea de deformare reziduală (în procente) pentru care a fost determinată limita elastică, de exemplu σ 0,01.

Stresul la care deformarea plastică are deja loc în toate boabele se numește limită de curgere condiționată. Cel mai adesea, este determinată la o valoare a deformației reziduale de 0,2% și este desemnată σ 0,2.

Formal, diferența dintre limitele elasticității și randamentului este asociată cu acuratețea determinării „limitei” dintre stările elastice și plastice, ceea ce reflectă cuvântul „condițional”. Este evident că σ pc<σ 0.01 <σ 0.2 . Однако значения этих пределов определяется разными процессами. Поэтому термообработка или обработка давлением по-разному влияют на их величину. Отметим, что именно предел пропорциональности или упругости определяет степень проявления неупругих свойств и величину предела усталости.

Absența unei granițe clare între stările elastice și plastice înseamnă că în intervalul de tensiuni între σ pts și σ 0,2 apar atât deformații elastice, cât și plastice.

Starea elastică există atâta timp cât dislocațiile din toate boabele metalului sunt nemișcate.

Trecerea la starea plastică se observă într-un interval de sarcină la care mișcarea dislocațiilor (și, în consecință, deformarea plastică) are loc numai în boabe cristaline individuale, iar în rest mecanismul de deformare elastică continuă să aibă loc.

Starea plastică se realizează atunci când mișcarea luxațiilor are loc în toate boabele probei.

După restructurarea structurii de dislocare (finalizarea deformării plastice), metalul revine la starea elastică, dar cu proprietăți elastice modificate.

Denumirile date ale limitelor corespund tensiunii uniaxiale, a cărei diagramă este prezentată în Fig. 7.6. Limite de înțeles similar sunt determinate pentru compresiune, încovoiere și torsiune.

Diagrama luată în considerare este tipică pentru metalele în care trecerea de la o stare elastică la una plastică este foarte lină. Cu toate acestea, există metale cu o tranziție pronunțată la o stare plastică. Diagramele efort-deformare ale unor astfel de metale au o secțiune orizontală și sunt caracterizate nu de o limită de curgere condiționată, ci de o limită de curgere fizică.

Cei mai importanți parametri ai stării elastice sunt limita elastică σ y și modulele elastice.

Limita elastică determină sarcinile maxime admisibile de funcționare sub care metalul suferă doar deformații elastice sau mici admisibile elastoplastice. Foarte aproximativ (și spre supraestimare) limita elastică poate fi estimată prin limita de curgere.

Modulii elastici caracterizează rezistența unui material la o sarcină în stare elastică. Modulul E al lui Young determină rezistența la solicitări normale (întindere, compresiune și încovoiere), iar modulul de forfecare G determină rezistența la solicitări de forfecare (torsiune). Cu cât modulii elastici sunt mai mari, cu atât secțiunea elastică este mai abruptă pe diagrama de deformare, cu atât amploarea deformațiilor elastice la solicitări egale este mai mică și, prin urmare, rigiditatea structurii este mai mare. Deformațiile elastice nu pot fi mai mari decât valoarea σ y /E.

Astfel, modulele elastice determină deformațiile operaționale maxime admise (ținând cont de limita elastică și rigiditatea produselor. Modulele de elasticitate se măsoară în aceleași unități cu efortul (MPa sau kgf/mm 2).

Materialele structurale trebuie să combine valori ridicate ale limitei de curgere (rezistă la sarcini grele) și module elastice (oferă o rigiditate mai mare). Modulul elastic E are aceeași valoare în compresie și tensiune. Cu toate acestea, limitele elastice de compresiune și tracțiune pot diferi. Prin urmare, cu aceeași rigiditate, intervalele de elasticitate în timpul compresiei și tensiunii pot fi diferite.

În stare elastică, metalul nu suferă deformații macroplastice, dar pot apărea deformații microplastice locale în volumele sale microscopice individuale. Ele sunt cauza așa-numitelor fenomene inelastice, care influențează semnificativ comportamentul metalelor în stare elastică. Sub sarcini statice apar histerezis, efecte secundare elastice și relaxare, iar sub sarcini dinamice, apare frecarea internă.

Relaxare– reducerea spontană a stresului din produs. Un exemplu de manifestare a acestuia este slăbirea conexiunilor de tensiune în timp. Cu cât relaxarea este mai mică, cu atât tensiunile care acționează sunt mai stabile. În plus, relaxarea duce la apariția unei deformări reziduale după îndepărtarea sarcinii. Susceptibilitatea la aceste fenomene se caracterizează prin rezistență la relaxare. Se măsoară ca modificare relativă a tensiunii în timp. Cu cât este mai mare, cu atât metalul este mai puțin supus relaxării.

Frecarea internă determină pierderi ireversibile de energie sub sarcini variabile. Pierderile de energie se caracterizează prin scăderea amortizarii sau coeficientul de frecare internă. Metalele cu o scădere mare de amortizare atenuează eficient sunetul și vibrațiile și sunt mai puțin susceptibile la rezonanță (unul dintre cele mai bune metale de amortizare este fonta cenușie). Metalele cu un coeficient scăzut de frecare internă, dimpotrivă, au un efect minim asupra propagării vibrațiilor (de exemplu, bronzul clopot). În funcție de destinație, metalul trebuie să aibă frecare internă mare (amortizoare) sau, dimpotrivă, scăzută (arcuri ale instrumentelor de măsură).

Odată cu creșterea temperaturii, proprietățile elastice ale metalelor se deteriorează. Aceasta se manifestă printr-o îngustare a regiunii elastice (datorită scăderii limitelor elastice), o creștere a fenomenelor inelastice și o scădere a modulelor elastice.

Metalele care sunt utilizate pentru fabricarea elementelor elastice și a produselor cu dimensiuni stabile trebuie să aibă manifestări minime de proprietăți inelastice. Această cerință este mai bine îndeplinită atunci când limita elastică depășește semnificativ solicitarea de funcționare. În plus, raportul dintre limitele de elasticitate și fluiditate este important. Cu cât raportul σ у / σ 0,2 este mai mare, cu atât se manifestă mai puțină proprietăți inelastice. Când se spune că un metal are proprietăți elastice bune, înseamnă de obicei nu numai o limită elastică ridicată, ci și o valoare mare a σ y / σ 0,2.

REZISTENȚĂ LA TRACȚIUNE. La solicitări care depășesc limita de curgere σ 0,2, metalul intră în stare plastică. În exterior, acest lucru se manifestă printr-o scădere a rezistenței la sarcina curentă și o schimbare vizibilă a formei și dimensiunii. După îndepărtarea sarcinii, metalul revine la starea elastică, dar rămâne deformat de cantitatea deformației reziduale, care poate depăși cu mult deformația elastică limitativă. O modificare a structurii de dislocare în timpul deformării plastice crește rezistența la curgere a metalului - are loc întărirea la deformare.

De obicei, deformarea plastică este studiată sub tensiunea uniaxială a probei. În acest caz, se determină rezistența temporară σ in, alungirea relativă după rupere δ și îngustarea relativă după rupere ψ. Imaginea tensiunii la solicitări care depășesc limita de curgere se reduce la două opțiuni prezentate în Figura 7.6.

În primul caz, se observă o întindere uniformă a întregii probe - are loc o deformare plastică uniformă, care se termină cu ruperea probei la o solicitare σ in. În acest caz, σ este rezistența la tracțiune condiționată, iar δ și ψ determină deformația plastică uniformă maximă.

În al doilea caz, proba este mai întâi întinsă uniform, iar după atingerea tensiunii σ in, se formează o îngustare locală (gât) și întinderea ulterioară, până la ruptură, se concentrează în zona gâtului. În acest caz, δ și ψ sunt suma deformațiilor uniforme și concentrate. Deoarece „momentul” determinării rezistenței la tracțiune nu mai coincide cu „momentul” de rupere a probei, σ in determină nu rezistența finală, ci efortul condiționat la care se termină deformarea uniformă. Cu toate acestea, valoarea lui σ este adesea numită rezistență condiționată la tracțiune, indiferent de prezența sau absența unui gât.

În orice caz, diferența (σ in - σ 0,2) determină intervalul de solicitări condiționate în care are loc deformarea plastică uniformă, iar raportul σ 0,2 / σ B caracterizează gradul de călire. În metalul recoapt σ 0,2 /σ B = 0,5 - 0,6, iar după călirea prin deformare (călire) crește la 0,9 - 0,95.

Cuvântul „condițional” în raport cu σ V înseamnă că este mai mic decât tensiunea „adevărată” S V care acționează în eșantion. Faptul este că efortul σ este definit ca raportul dintre forța de tracțiune și aria secțiunii transversale inițiale a probei (ceea ce este convenabil), iar efortul real S trebuie determinat în raport cu secțiunea transversală. zona în momentul măsurării (ceea ce este mai dificil). În timpul deformării plastice, proba devine mai subțire și, pe măsură ce se întinde, diferența dintre solicitarea nominală și cea reală crește (mai ales după gât). Dacă construiți o diagramă de tracțiune pentru tensiuni adevărate, atunci curba de tracțiune va trece deasupra curbei desenate în figură și nu va avea o secțiune de cădere.

Metalele pot avea aceeași valoare a lui σ in, dar dacă au diagrame de tracțiune diferite, defectarea eșantionului va avea loc la diferite tensiuni reale S in (rezistența lor adevărată va fi diferită).

Rezistența la tracțiune σ in este determinată sub o sarcină care acționează timp de zeci de secunde, de aceea este adesea numită limită de rezistență pe termen scurt.

Deformarea plastică este studiată și sub compresie, încovoiere și torsiune; diagramele de deformare sunt similare cu cele prezentate în figură. Dar din multe motive, tensiunea uniaxială este de preferat în majoritatea cazurilor. Determinarea parametrilor de tracțiune uniaxiali σ in și δ este cea mai puțin intensă forță de muncă; aceștia sunt întotdeauna determinați în timpul testelor în fabrică de masă, iar valorile lor sunt neapărat indicate în toate cărțile de referință.

Fig.7.7. Diagrama tensiunii uniaxiale a unei tije

O descriere a metodologiei de încercare la tracțiune pentru metale (și definiția tuturor termenilor) este dată în GOST 1497-73. Testul de compresie este descris în GOST 25.503-97, iar testul de torsiune în GOST 3565-80.

PLASTICITATE ȘI VISCOZITATE. Plasticitatea este capacitatea unui metal de a-și schimba forma fără a-i compromite integritatea (fără crăpături, rupturi și mai ales distrugere). Se manifestă atunci când deformarea elastică este înlocuită cu deformarea plastică, adică. la solicitări mai mari decât limita de curgere σ în.

Posibilitățile de deformare plastică sunt caracterizate de raportul σ 0,2 /σ in. La σ 0,2 /σ in = 0,5 – 0,6, metalul permite deformații plastice mari (δ și ψ se ridică la zeci de procente). Dimpotrivă, la σ 0,2 / σ в = 0,95 – 0,98 metalul se comportă ca friabil: regiunea de deformare plastică este practic absentă (δ și ψ sunt 1-3%).

Cel mai adesea, proprietățile plastice sunt evaluate prin valoarea alungirii relative la rupere δ. Dar această valoare este determinată sub tensiune statică uniaxială și, prin urmare, nu caracterizează plasticitatea sub alte tipuri de deformații (încovoiere, compresie, torsiune), rate mari de deformare (forjare, laminare) și temperaturi ridicate.

Ca exemplu, putem cita alama L63 și LS59-1, care au valori δ aproape identice, dar proprietăți plastice semnificativ diferite. O tijă cu crestătură din L63 se îndoaie la locul tăierii, iar din LS59-1 se rupe cu puțină forță. Sârma de la L63 se aplatizează cu ușurință fără crăpare, în timp ce sârma de la LS59-1 se crăpă după mai multe lovituri. Alama LS59-1 este ușor laminată la cald, iar L63 este laminată numai într-un interval de temperatură îngust, dincolo de care piesa de prelucrat se fisurează.

Astfel, plasticitatea depinde de temperatură, viteza și metoda de deformare. Proprietățile plasticului sunt puternic influențate de multe impurități, adesea chiar și în concentrații foarte mici.

În practică, pentru determinarea plasticității se folosesc teste tehnologice în care se folosesc metode de deformare care sunt mai conforme cu procesele tehnologice corespunzătoare.

O evaluare comună a ductilității este unghiul de îndoire, numărul de îndoiri sau răsuciri pe care un semifabricat le poate rezista fără fisuri sau rupturi.

Testul de strângere a găurii din bandă (analog ștanțare și embotire adâncă) se efectuează până când apar lacrimi și fisuri.

Proprietățile plastice bune sunt importante în procesele de formare a metalelor. În timpul funcționării normale, metalul se află într-o stare elastică și proprietățile sale plastice nu apar. Prin urmare, la prima vedere, nu are sens să se concentreze asupra indicatorilor de plasticitate în timpul funcționării normale a produselor.

Dar dacă există posibilitatea ca sarcinile să depășească limita de curgere, atunci este de dorit ca materialul să fie din plastic. Un metal fragil se prăbușește imediat după ce depășește o anumită limită, în timp ce un material ductil este capabil să absoarbă suficientă energie în exces fără a se prăbuși.

Conceptele de vâscozitate și plasticitate sunt adesea identificate, dar acești termeni caracterizează diferite proprietăți:

Plastic- determina capacitatea de deformare fara distrugere, se apreciaza in unitati liniare, relative sau conventionale.

Viscozitate- determină cantitatea de energie absorbită în timpul deformării plastice, se măsoară cu ajutorul unităților de energie.

Cantitatea de energie necesară pentru a rupe un material este egală cu aria de sub curba efort-deformație din diagrama efort-deformație adevărată. Aceasta înseamnă că depinde atât de deformarea maximă posibilă, cât și de rezistența metalului. Metoda de determinare a intensității energiei în timpul deformării plastice este descrisă în GOST 23.218-84.

DURITATE. O caracteristică generalizată a proprietăților elastoplastice este duritatea.

Duritate- aceasta este proprietatea stratului superficial al unui material de a rezista la patrunderea altui corp, mai solid, atunci cand are un efect concentrat asupra suprafetei materialului. „Celălalt corp, mai dur” este un indentor (bilă de oțel, piramidă de diamant sau con) presat în metalul testat.

Tensiunile cauzate de indentor sunt determinate de forma acestuia și de forța de indentare. În funcție de amploarea acestor tensiuni, în stratul superficial al metalului apar deformații elastice, elastoplastice sau plastice. În primul caz, îndepărtarea sarcinii nu lasă urme pe suprafață. Dacă solicitarea depășește limita elastică a metalului, atunci după îndepărtarea sarcinii, rămâne o amprentă pe suprafață.

Cu cât indentarea este mai mică, cu atât este mai mare rezistența la indentare și duritatea este considerată mai mare. Prin mărimea forței concentrate, care nu lasă încă o amprentă, se poate determina duritatea la punctul de curgere.

Determinarea numerică a durității se realizează folosind metodele Vickers, Brinell și Rockwell.

În metoda Rockwell, duritatea este măsurată în unități HR, care reflectă gradul de recuperare elastică a indentării după îndepărtarea sarcinii. Acestea. Numărul durității Rockwell determină rezistența la deformații elastice sau plastice mici. În funcție de tipul de metal și de duritatea acestuia, se folosesc scale diferite. Scala cel mai frecvent utilizată este C și numărul de duritate HRC.

Cerințele pentru calitatea suprafeței pieselor din oțel după tratamentul termic sunt adesea formulate în unități HRC. Duritatea HRC reflectă cel mai bine nivelul de performanță al oțelurilor de înaltă rezistență și, având în vedere simplitatea măsurătorilor Rockwell, este foarte utilizată în practică. Detalii despre metoda Rockwell cu o descriere a diferitelor scări și durități ale diferitelor clase de materiale.

Duritatea Vickers și Brinell este definită ca raportul dintre forța de indentare și aria de contact a indentorului și a metalului la penetrarea maximă a indentorului. Acestea. numerele de duritate HV și HB au semnificația tensiunii medii pe suprafața unei amprente nerestaurate, se măsoară în unități de tensiune (MPa sau kgf/mm 2) și determină rezistența la deformare plastică. Principala diferență dintre aceste metode este legată de forma indentorului.

Utilizarea unei piramide de diamant în metoda Vickers (GOST 2999-75, GOST R ISO 6507-1) asigură asemănarea geometrică a imprimărilor piramidale sub orice sarcină - raportul dintre adâncimea și dimensiunea imprimării la indentarea maximă nu depinde de forța aplicată. Acest lucru face posibilă compararea destul de strictă a durității diferitelor metale, inclusiv a rezultatelor obținute la diferite sarcini.

Indentatoarele cu bile în metoda Brinell (GOST 9012-59) nu oferă similitudini geometrice ale indentărilor sferice. Acest lucru duce la necesitatea selectării valorii de sarcină în funcție de diametrul indentorului cu bile și de tipul de material testat conform tabelelor cu parametrii de testare recomandați. Consecința acestui lucru este ambiguitatea atunci când se compară numerele de duritate HB pentru diferite materiale.

Dependența durității determinate de mărimea sarcinii aplicate (mică pentru metoda Vickers și foarte puternică pentru metoda Brinell) necesită indicarea obligatorie a condițiilor de încercare la înregistrarea numărului de duritate, deși această regulă nu este adesea respectată.

Zona de influență a indentatorului asupra metalului este comparabilă cu dimensiunea indentării, adică duritatea caracterizează proprietățile locale ale unui semifabricat sau produsului. Dacă stratul de suprafață (placat sau întărit) diferă ca proprietăți de metalul de bază, atunci valorile de duritate măsurate vor depinde de raportul dintre adâncimea adâncimii și grosimea stratului - adică. va depinde de metoda și condițiile de măsurare. Rezultatul unei măsurători de duritate se poate referi fie numai la stratul de suprafață, fie la metalul de bază, ținând cont de stratul de suprafață al acestuia.

La măsurarea durității, rezistența rezultată la pătrunderea indentorului în metal este determinată fără a lua în considerare componentele structurale individuale. Media are loc dacă dimensiunea imprimării depășește dimensiunea tuturor neomogenităților. Duritatea componentelor de fază individuală (microduritate) este determinată prin metoda Vickers cu forțe scăzute de indentare.

Nu există o relație directă între diferitele scale de duritate și nu există metode bine fundamentate pentru conversia numerelor de duritate de la o scară la alta. Tabelele existente care leagă în mod formal diferitele scale se bazează pe măsurători comparative și sunt valabile doar pentru anumite categorii de metale. În astfel de tabele, numerele de duritate sunt de obicei comparate cu numerele de duritate HV. Acest lucru se datorează faptului că metoda Vickers vă permite să determinați duritatea oricăror materiale (în alte metode intervalul de duritate măsurată este limitat) și asigură similaritatea geometrică a imprimeurilor.

De asemenea, nu există nicio legătură directă între limitele de duritate și curgerea sau rezistența, deși în practică este adesea folosită relația σ in = k HB. Valorile coeficientului k sunt determinate pe baza unor teste comparative pentru clase specifice de metale și variază de la 0,15 la 0,5 în funcție de tipul de metal și de starea acestuia (recoacet, prelucrat la rece etc.).

Modificări ale proprietăților elastice și plastice odată cu schimbările de temperatură, după tratament termic, întărire la rece etc. se manifestă prin modificări de duritate. Duritatea este măsurată mai rapid, mai ușor și permite testarea nedistructivă. Prin urmare, este convenabil să se controleze modificarea caracteristicilor metalului după diferite tipuri de prelucrare tocmai prin modificarea durității. De exemplu, călirea, crescând σ 0,2 și σ 0,2 /σ in, crește duritatea, iar recoacere o reduce.

În cele mai multe cazuri, duritatea este determinată la temperatura camerei folosind un indentor pentru mai puțin de un minut. Duritatea determinată în acest caz se numește duritate pe termen scurt. La temperaturi ridicate, când se dezvoltă fenomenul de fluaj (vezi mai jos), se determină duritatea pe termen lung - reacția metalului la expunerea prelungită la indentor (de obicei în decurs de o oră). Duritatea pe termen lung este întotdeauna mai mică decât duritatea pe termen scurt și această diferență crește odată cu creșterea temperaturii. De exemplu, în cupru, duritatea pe termen scurt și pe termen lung la 400 o C este de 35HV și 25HV, iar la 700 o C - 9HV și, respectiv, 5HV.

Metodele luate în considerare sunt statice: indentatorul se introduce lent, iar sarcina maximă se aplică suficient de lungă pentru a finaliza procesele de deformare plastică (10 - 180 s). În metodele dinamice (de impact), impactul indentorului asupra metalului este pe termen scurt și, prin urmare, procesele de deformare decurg diferit. Diverse variații ale metodelor dinamice sunt utilizate în testerele portabile de duritate.

La ciocnirea cu materialul studiat, energia indentatorului (lovirea) este cheltuită pentru deformarea elastică și plastică. Cu cât se consumă mai puțină energie pentru deformarea plastică a unei probe, cu atât duritatea „dinamică” trebuie să fie mai mare, ceea ce determină rezistența materialului la deformarea elastoplastică la impact. Datele primare sunt convertite în numere de duritate „statică” (HR, HV, HB), care sunt afișate pe dispozitiv. O astfel de recalculare este posibilă numai pe baza măsurătorilor comparative pentru anumite grupuri de materiale.

Există, de asemenea, evaluări de duritate bazate pe rezistența la uzura abrazivă sau tăiere, care reflectă mai bine proprietățile tehnologice corespunzătoare ale materialelor.

Din cele de mai sus rezultă că duritatea nu este o proprietate primară a unui material; mai degrabă, este o caracteristică generalizată care reflectă proprietățile sale elastoplastice. În același timp, alegerea metodei și a condițiilor de măsurare pot caracteriza în primul rând fie proprietățile elastice, fie, dimpotrivă, plastice.