|
|
|
|
Основы конструирования приборов
Реферат по теме
Основные механические характеристики материалов
Студента группы ИУ 3-32
Кондратова Николая
Диаграмма растяжения
Построение диаграммы растяжения-сжатия является основной задачей испытаний на растяжение-сжатие. Для этих испытаний используются цилиндрические образцы; полученные диаграммы являются зависимостью между силой, действующей на образец, и его удлинением. На рис. 1 показана типичная для углеродистой стали диаграмма испытания образца в координатах P, (l. Кривая условно может быть разделена на четыре зоны.
Зона ОА носит название зоны упругости. Здесь материал подчиняется закону Гука и
Рис. 1.
Удлинения (l на участке ОА очень малы, и прямая ОА, будучи вычерченной в масштабе, совпадала бы в пределах ширины линии с осью ординат. Величина силы, для 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. В большинстве случаев при испытании на растяжение и сжатие площадка АВ не обнаруживается, и диаграмма растяжения образца имеет вид кривых, показанных на рис. 2. Кривая 1 типична для алюминия и отожженной меди, кривая 2 - для высококачественных легированных сталей.
Зона ВС 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.3). 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 CD называется зоной местной текучести. Точка D соответствует разрушению образца. У многих материалов разрушение происходит без заметного образования шейки.
Если испытуемый образец, не доводя до разрушения, разгрузить (точка К рис. 4), то в процессе, разгрузки зависимость между силой Р и удлинением (l изобразится прямой КL (рис. 4). Опыт показывает, что эта прямая параллельна прямой ОА.
Рис. 2
При разгрузке удлинение полностью не исчезает. Оно уменьшается на величину упругой части удлинения (отрезок LM). Отрезок OL представляет собой остаточное удлинение. Его называют также пластическим удлинением, а соответствующую ему деформацию - пластической деформацией. Таким образом,
ОМ=(lупр + (lост.
Соответственно
( = (упр + (ост
Если образец был нагружен в пределах участка ОА и затем разгружен, то удлинение будет чисто упругим, и (lост = 0.
Рис. 3
При повторном нагружении образца диаграмма растяжения принимает вид прямой LK и далее - кривой KCD (рис.4), как будто промежуточной разгрузки и не было.
Если взять два одинаковых образца, изготовленных из одного и того же материала, причем один из образцов до испытания нагружению не подвергается, а другой - был предварительно нагружен силами, вызвавшими в образце остаточные деформации.
Рис. 4
Испытывая первый образец, мы получим диаграмму растяжения OABCD, показанную на рис. 5, а. При испытании второго образца отсчет удлинения будет производиться от ненагруженного состояния, и остаточное удлинение OL учтено не будет. В результате получим укороченную диаграмму LKCD (рис. 5, б). Отрезок МК 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 LK (рис. 5,б) оказывается больше отрезка ОА. Следовательно, в результате предварительной вытяжки материал приобретает способность воспринимать без остаточных деформаций большие нагрузки.
Рис. 5
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 листовой меди или латуни, ее 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 подвергается отжигу, в результате которого наклеп снимается.
Основные механические характеристики материала
Для того, чтобы оценить свойства не образца, а материала, перестраивается диаграмма растяжения P = f ((l) в координатах ( и (. Для этого уменьшим в F раз ординаты и в l раз абсциссы, где F и l - соответственно площадь поперечного сечения и рабочая длина образца до нагружения. Так как эти величины постоянны, то диаграмма ( = f (() имеет тот же вид, что и диаграмма растяжения, но будет характеризовать уже не свойства образца, а свойства материала.
Наибольшее напряжение, до которого материал следует закону Гука, называется пределов пропорциональности ((n).
Величина предела пропорциональности зависит от той степени точности, с которой начальный участок диаграммы можно рассматривать как прямую. Степень отклонения кривой ( = f (() от прямой ( = Е( определяют по величине угла, который составляет касательная к диаграмме с осью (. В пределах закона Гука тангенс этого угла определяется величиной 1/E. Обычно считают, что если величина d(/d( оказалась на 50% больше чем 1/Е, то предел пропорциональности достигнут.
Упругие свойства материала сохраняются до напряжения, называемого пределом упругости ((у) --- наибольшего напряжения, до которого материал не получает остаточных деформаций.
Для того чтобы найти предел упругости, необходимо после каждой дополнительной нагрузки образец разгружать и следить, не образовалась ли остаточная деформация. Так как пластические деформации в отдельных кристаллах появляются уже в самой ранней стадии нагружения, ясно, что величина предела упругости, как и предела пропорциональности, зависит от требований точности, которые накладываются на производимые замеры. Обычно остаточную деформацию, соответствующую пределу упругости, принимают в пределах (ост= (1(5) 10-5, т. е. 0,001 ( 0,005%. Соответственно этому допуску предел упругости обозначается через (0.001 или (0.005
Следующей характеристикой является предел текучести --- напряжение, при котором происходит рост деформации без заметного увеличения нагрузки. В тех случаях, когда на диаграмме отсутствует явно выраженная площадка текучести, за предел текучести принимается условно величина напряжения, при котором остаточная деформация (ост = 0,002 или 0,2% (рис. 6).