1.7. Диаграмма растяжения

Рассмотрим основные особенности диаграммы растяжения.

На рис. 1.27 показана типичная для углеродистой стали диаграмма испытания образца в координатах Полученная кривая условно может быть разделена на следующие четыре зоны.

Зона О А носит название зоны упругости. Здесь материал подчиняется закону Гука и

Этот участок кривой на рис. 1.27 для большей наглядности показан с отступлением от масштаба. Удлинения на участке ОА очень малы, и прямая ОА, будучи вычерченной в масштабе истинных удлинений, совпала бы в пределах толщины линии с осью ординат.

Рис. 1.27

Рис. 1.28

Значение силы, до которой остается справедливым закон Гука, зависит от размеров образца и физических свойств материала.

Зона АВ называется зоной общей текучести, а участок АВ диаграммы - площадкой текучести. Здесь происходит существенное изменение длины образца без заметного увеличения нагрузки. Наличие площадки текучести АВ для металлов не является характерным. В большинстве случаев при испытании на растяжение и сжатие площадка АВ не обнаруживается, и диаграмма растяжения образца имеет вид кривых, показанных на рис. 1.28. Кривая 1 типична для алюминия и отожженной меди, кривая 2 - для высококачественных легированных сталей.

Зона ВС (см. рис. 1.27) называется зоной упрочнения. Здесь удлинение образца сопровождается возрастанием нагрузки, но неизмеримо более медленным (в сотни раз), чем на упругом участке. В стадии упрочнения на образце намечается место будущего разрыва и начинает образовываться так называемая шейка - местное сужение образца (рис. 1.29). Впрочем, место будущего разрыва намечается ранее - при общей текучести. Обнаружить его можно с помощью наклеенных термопар, выявляющих место наиболее интенсивного повышения температуры образца.

Рис. 1.29

По мере растяжения образца утонение шейки прогрессирует. Когда относительное уменьшение площади сечения сравняется с относительным возрастанием напряжения, сила Р достигнет максимума (точка С). В дальнейшем удлинение образца происходит с уменьшением силы, хотя среднее напряжение в поперечном сечении шейки и возрастает. Удлинение образца носит в этом случае местный характер, и поэтому участок кривой называется зоной местной текучести. Точка соответствует разрушению образца.

Рис. 1.30

Если испытуемый образец, не доводя до разрушения, разгрузить (точка К на рис. 1.30), то в процессе разгрузки зависимость между силой Р и удлинением изобразится прямой (см. рис. 1.30). Опыт показывает, что эта прямая параллельна прямой ОА. При разгрузке удлинение полностью не исчезает. Оно уменьшается на величину упругой части удлинения (отрезок ). Отрезок представляет собой остаточное удлинение. Его называют также пластическим удлинением, а соответствующую ему деформацию - пластической деформацией. Таким образом,

Соответственно

Если образец был нагружен в пределах участка ОА и затем разгружен, то удлинение будет чисто упругим, и

При повторном нагружении образца диаграмма растяжения принимает вид прямой и далее - кривой (см. рис. 1.30), как будто промежуточной разгрузки и не было.

Положим теперь, что у нас имеются два одинаковых образца, изготовленных из одного и того же материала. Один из образцов до испытания нагружению не подвергается, а другой был предварительно нагружен силами, вызвавшими в образце остаточные деформации.

Испытывая первый образец, мы получим диаграмму растяжения показанную на рис. 1.31, а. При испытании второго образца отсчет удлинения будет производиться, естественно, от ненагруженного состояния и остаточное удлинение учтено не будет. В результате получим укороченную диаграмму (рис. 1.31, б). Отрезок соответствует силе предварительного нагружения. Таким образом, вид диаграммы для одного и того же материала зависит от степени начального нагружения (вытяжки), а само нагружение выступает теперь уже в роли некоторой предварительной технологической операции. Весьма существенным является то, что отрезок (см. рис. 1.31, а) оказывается больше отрезка ОА. Следовательно, в результате предварительной вытяжки материал приобретает способность воспринимать без остаточных деформаций большие нагрузки.

Рис. 1.31

Явление повышения упругих свойств материала в результате предварительного пластического деформирования носит название наклепа, или нагартовки, и широко используется в технике.

Например, для придания упругих свойств листовую медь или латунь в холодном состоянии прокатывают на валках. Цепи, тросы, ремни часто подвергают предварительной вытяжке силами, превышающими рабочие, с тем, чтобы избежать остаточных удлинений в дальнейшем. В некоторых случаях явление наклепа оказывается нежелательным, как, например, в процессе штамповки многих тонкостенных деталей. В этом случае для того, чтобы избежать разрыва листа, вытяжку производят в несколько ступеней. Перед очередной операцией вытяжки деталь подвергают отжигу, в результате которого наклеп снимается.