Файл: Быков В.А. Пластичность, прочность и разрушение металлических судостроительных материалов.pdf

йстинйую удельную работу деформации как площадь указанной диа­ граммы:

Истинная удельная работа ae оказывается значительно больше средней удельной работы деформации а по формуле (27). С работой, затрачиваемой на пластическое деформирование образца до разру­ шения, металловеды связывают понятие о вязкости металлов.

§ 12

Определение предела пропорциональности и предела упругости при растяжении

Сопротивление упругому деформированию ме­ таллов характеризуется начальным участком кривой теоретической прочности, которая представляет собой сопротивление отклонению атомов от состояния устойчивого равновесия (см. рис. 6). В пределах этого участка кривая близка к прямой линии, чем и предопределяется закон пропорциональности. Упругие удлинения сравнительно не­ велики. Например, для судостроительной стали с пределом пропор­ циональности (тпц = 40 кгс/мм2 наибольшее упругое относительное удлинение

е = ЮО = • 100 = 0,2% .

При тщательном измерении упругих деформаций могут наблю­ даться отклонения от закона пропорциональности, поскольку на­ чальный участок диаграммы растяжения строго не является прямым. Отклонение от закона пропорциональности более заметно у литых металлов. Так, например, для серого чугуна с пределом прочности на растяжение ав = 24 кгс/мм2 модуль упругости колеблется от 11 300 кгс/мм2 — при низких напряжениях до 5500 кгс/мм2 — с приближением напряжений к разрушающим. Металлы, пластически обработанные давлением, обнаруживают менее заметное отклонение от закона пропорциональности, чем литые металлы.

Продольная упругая деформация при осевом растяжении или сжатии обычно находится по формуле

Однако, согласно более точным данным, такая деформация опреде­ ляется по формуле

где Е — начальный модуль упругости;

k — коэффициент, который для стали имеет значение от 5 до 7.

40

Отклонение зависимости Л/ = / (Р) от линейной выражается безразмерной величиной k-^-. Принимая для судостроительной стали

наибольшее напряжение а = 40 кгс/мм2 (близким к пределу пропор­ циональности) и Е = 2 ПО4 кгс/мм2, находим

b jr" - " т ш = 0’Ш ’ или 1,4%-

Отклонение оказалось небольшим, близким к погрешности от неточности измерения деформаций. Поэтому для металлов, обра­ ботанных давлением, закон пропорциональности считается досто­ верным для решения практических задач.

При отчетливом переходе первона­ чального прямого участка диаграммы в кривую линию при нагрузке Р пц, пре­ дел пропорциональности находится со­

ответственно этой нагрузке, т. е. как

р

ния и осью нагрузок. Рекомендуемые нормы даны в табл. 3. Под пределом упругости понимается напряжение, приводящее

к остаточной деформации, обнаруживаемой при разгрузке. Для установления предела упругости образец растягивается рядом после­ довательно возрастающих нагрузок Р 1у Р 2, . . Рп с разгрузкой после каждой из них до силы первоначального нагружения об­ разца Р 0. Каждый раз для разгруженного образца делается отсчет деформации. Возвращение показания измерительного прибора к пер­ воначальному значению, которое было при нагрузке Р 0, свидетель­ ствует об отсутствии остаточной деформации. В таком случае про­ водится очередное нагружение на следующую ступень и затем разгружение с отсчетом деформации; указанные нагружения и разгружения проводятся до обнаружения остаточного удлинения, которое нормируется (см. табл. 3).

Для облегчения нахождения предела упругости обычно не при­ бегают к разгрузкам и пользуются диаграммой растяжения, построен-

41

Таблица 3

Нормы допуска, рекомендуемые для определения пределов пропорциональности и упругости по испытаниям

на растяжение (к рис. 17 и 13, а)

ной по ряду последовательно возрастающих нагружений и измерен­ ных удлинений образца. Затем из начала координат на абсциссе откладывают удлинение, равное принятому допуску, и, согласно параллельности линий нагружения и разгружения, находят предел упругости по диаграмме. На практике распространено нахождение предела упругости при остаточном удлинении 0,2%. При столь значи­ тельном допуске на остаточное удлинение предельные усилие и на­ пряжение соответствуют явлению текучести, на что уже указывалось ранее (см. рис. 13, а). В этом случае понятия пределов упругости

итекучести отождествляются.

Сповышением допуска на остаточное удлинение наблюдается уменьшение соответствующего предельного напряжения, т. е. имеет место неравенство o0i05 < cr0i2 < о0,5. Уменьшение допуска на остаточное удлинение до минимального значения, отсчитываемого по измерительному прибору, вследствие возможных упругих несо­ вершенств материала может привести к низким предельным напря­ жениям, не представляющим опасности для нагруженных деталей. Поэтому, во избежание заниженных пределов упругости, следует обоснованно выбирать допуск на остаточную деформацию, в соответ­ ствии с реальным предельным состоянием материала напряженной детали.

§ 13

Явление текучести и его объяснение

Для явления текучести характерно прекраще­ ние возрастания растягивающей силы, а иногда и некоторый спад ее, несмотря на развитие пластической деформации. Это происходит вследствие срабатывания внутренних барьеров материала. Указан­ ные барьеры сдерживают переход от упругой деформации материала к пластической. Происхождение таких барьеров объясняется двояко,

42

По представлениям физиков, барьеры образуются из атомов Примесей, растворенных в металлах. Эти атомы собираются вокруг дислокаций в «облака», замещая атомы основного металла в узлах его кристаллической решетки или внедряясь в решетку. Скопление атомов растворенных примесей может оказаться выше предела насы­ щения, что приводит к выделению частиц примесей. Оседание этих частиц на дислокациях обнаруживается под микроскопом. Под влия­ нием напряженности, дислокации приходят в движение, т. е. раз­ вивается пластическая деформация. При этом дислокации увлекают за собой «облака» примесей или вырываются из них. С выходом дисло­

тельны к концентрации напряжений. Поэтому первые видимые при­ знаки текучести наблюдаются в местах перехода от цилиндрической части образца к головкам. На рис. 18 схематически представлено образование первичной полосы текучести, располагающейся по на­ правлению наибольшего касательного напряжения. Сначала пласти­ ческая деформация происходит на небольшом участке; скорость

деформации оказывается большой — превосходящей в 100 раз

скорость деформации при равномерном растяжении. На поверхности образца, около головки, образуется впадина, приводящая к умень­ шению диаметра образца на 0,15—0,2 мм, что при диаметре 10 мм соответствует относительному сужению площади поперечного сече­ ния ф = Зн-4%. Впадина становится новым концентратором напря­ жений, способствующим дальнейшему разрушению жестких барьеров и продвижению пластического состояния к середине образца. Когда текучесть распространится на всю длину образца, пластическая деформация станет равномерной, а ее скорость снизится.

При отсутствии примесей, образующих «облака» вокруг дисло­ каций или цементитную сетку, например для электролитического железа и аустенитной стали, диаграмма растяжения имеет плавный характер, что показано сплошной линией на рис. 19. Наличие жестких

43