1.9. Основные механические характеристики материала

Чтобы дать количественную оценку описанным выше свойствам материала, перестроим диаграмму растяжения в координатах . Для этого уменьшим в раз

ординаты раз абсциссы, где и соответственно площадь поперечного сечения и рабочая длина образца до нагружения. Так как эти величины постоянны, то диаграмма имеет тот же вид, что и диаграмма растяжения (см. рис. 1.30), и называется условной диаграммой растяжения.

Отметим на диаграмме характерные точки и дадим определение соответствующих им числовых величин.

Рис. 1.38

Наибольшее напряжение, до которого материал следует закону Гука, называется пределом пропорциональности Предел пропорциональности зависит от условно принятой степени приближения, с которой начальный участок диаграммы можно рассматривать как прямую. Степень отклонения кривой от прямой определяют по величине угла, который составляет касательная к диаграмме с осью а. В пределах закона Гука тангенс этого угла определяется величиной Обычно считают, что если отношение оказалось на больше, чем то предел пропорциональности достигнут.

Упругие свойства материала сохраняются до напряжения, называемого пределом упругости. Под пределом упругости понимается такое наибольшее напряжение, до которого материал не получает остаточных деформаций.

Для того чтобы найти предел упругости, необходимо после каждой дополнительной нагрузки разгружать образец и следить, не образовалась ли остаточная деформация. Так как

пластические деформации в отдельных кристаллах появляются уже на самой ранней стадии нагружения, ясно, что предел упругости, как и предел пропорциональности, зависит от требований точности, которые устанавливают на производимые замеры. Обычно остаточную деформацию, соответствующую пределу упругости, принимают в пределах т. е. Соответственно этому допуску предел упругости обозначают через или

Понятия предела пропорциональности и предела упругости довольно условны; они решающим образом зависят от условно принятой нормы на угол наклона касательной и на остаточную деформацию. Поэтому значения в справочные данные по свойствам материалов обычно не включают.

Следующей, более определенной характеристикой является предел текучести. Под пределом текучести понимается то напряжение, при котором происходит рост деформации без заметного увеличения нагрузки. В тех случаях, когда на диаграмме отсутствует явно выраженная площадка текучести, за предел текучести условно принимают напряжение, при котором остаточная деформация т.е. (рис. 1.39). В некоторых случаях устанавливают предел или

Рис. 1.39

Условный предел текучести обозначают через в зависимости от принятой величины допуска на остаточную

деформацию. Индекс 0,2 обычно в обозначениях предела текучести опускают. Если необходимо отличить предел текучести на растяжение от предела текучести на сжатие, то в обозначение вводится дополнительный индекс или соответственно растяжению или сжатию. Таким образом, для предела текучести получаем обозначения (Тт.р и егт.с.

Предел текучести легко поддается определению и является одной из основных механических характеристик материала. Только не следует думать, что для определения условного предела текучести необходима последовательная нагрузка и разгрузка, пока остаточная деформация не достигнет заданного уровня. Все гораздо проще. Надо при прямом нагружении записать диаграмму испытания (см. рис. 1.39) и по оси абсцисс отложить заданную деформацию Затем из полученной точки А провести прямую, параллельную начальному прямому участку. Ордината точки пересечения этой прямой с диаграммой (точка В) как раз и даст искомое значение условного предела текучести.

Отношение максимальной силы, которую способен выдержать образец, к его начальной площади поперечного сечения носит название предела прочности, или временного сопротивления. Временное условное сопротивление при испытании на растяжение обозначают через на сжатие - через

Существенно заметить, что не является напряжением, при котором разрушается образец. Если относить растягивающую силу не к начальной площади сечения образца, а к наименьшему сечению в данный момент, можно обнаружить, что среднее напряжение, которое называется истинным напряжением, в наиболее узком сечении образца перед разрывом существенно больше, чем

Значения егтр и для некоторых наиболее часто встречающихся материалов приведены в табл. 1.1.

Для высокопрочных нитей и нитевидных кристаллов основной характеристикой наряду с модулем упругости и плотностью является временное сопротивление (табл. 1.2). Именно им в первую очередь и определяется прочность создаваемого композита. Что же касается предела текучести, то его для

(кликните для просмотра скана)

этих структурных элементов не определяют. Нити и нитевидные кристаллы лишены тех структурных свойств, которые лежат в основе явления общей текучести и последующего упрочнения.

При испытании на растяжение определяют еще одну характеристику материала - так называемое удлинение при разрыве 6, представляющее собой среднюю остаточную деформацию на определенной стандартной длине образца к моменту разрыва. Определяют 8 в процентах следующим образом.

Перед испытанием на поверхность образца наносят ряд рисок, делящих рабочую часть образца на равные части. После того как образец испытан и разорван, обе его части составляют по месту разрыва (рис. 1.40). Далее, по имеющимся на поверхности рискам от сечения разрыва вправо и влево откладывают отрезки, имевшие до испытания длину (см. рис. 1.40). Таким образом определяется среднее удлинение на стандартной длине . В некоторых случаях за принимают длину, равную (см. табл. 1.1).

Рис. 1.40

Удлинение при разрыве в процентах будет следующим:

Возникающие деформации распределены по длине образца неравномерно. Если произвести обмер отрезков, расположенных между соседними рисками, можно построить эпюру остаточных удлинений, показанную на рис. 1.40. Наибольшее удлинение возникает в месте разрыва. Оно называется обычно истинным удлинением при разрыве.

Диаграмма растяжения, построенная с учетом уменьшения площади и местного увеличения деформации, называется истинной диаграммой растяжения (кривая на рис. 1.41).

Рис. 1.41

Построение истинной диаграммы бывает необходимо при теоретическом анализе операции глубокой штамповки и вообще при решении задач образования больших деформаций. Это построение выполняют приближенными способами.

Один из них заключается в следующем. Сначала определяют координаты и точки - истинной точки разрыва (рис. 1.41). Очевидно,

где - значение растягивающей силы в момент разрыва в точке - площадь поперечного сечения шейки после разрыва.

Значение легко определить обмером разорванного образца из условия равенства объемов материала до и после испытания. Вблизи места разрыва единица длины образца имеет до испытания объем апосле разрыва - Тогда откуда

Абсцисса точки будет равна

Далее, из найденной таким образом точки к кривой проводят касательную На участке обычная диаграмма совпадает с истинной, поскольку шейка на образце еще не образовалась. При больших деформациях за истинную диаграмму принимают прямую СD. Вместо прямой можно было бы с той же степенью приближения провести также плавно изменяющуюся кривую, касательную к кривой