Диаграмма растяжения сталей. Основные этапы деформации

Диаграмма растяжения сталей. Основные этапы деформации

 

Подготовили: курсант уч.гр.3111

Горячкина В.В.

          Диаграмма  растяжения характеризует поведение  металла при деформировании от  момента начала нагружения до разрушения образца. На диаграмме выделяют три участка: упругой деформации – до нагрузки Рупр; равномерной пластической деформации от Рупр до Рmax и сосредоточенной пластической деформации Рmax до Рк. Если образец нагрузить в пределах Рупр, а затем полностью разгрузить и замерить его длину, то никаких последствий нагружения не обнаружится.  
         Такой характер деформирования образца называется упругим. При нагружении образца более Рупр появляется остаточная (пластичес-кая) деформация.  
           Пластическое деформирование идет при возрастающей нагрузке, так как металл упрочня-

 

ется в процессе деформирования. Упрочнение металла при деформировании называется наклепом. При дальнейшем нагружении пластическая деформация, а вместе с ней и наклеп все более увеличиваются, равномерно распределяясь по всему объему образца. После достижения максимального значения нагрузки Рmax в наиболее слабом месте появляется местное утонение образца – шейка, в которой в основном и протекает дальнейшее пластическое деформирование. В это время между деформированными зернами, а иногда и внутри самих зерен могут зарождаться трещины. В связи с развитием шейки, несмотря на продолжающееся упрочнение металла, нагрузка уменьшается от Рmax до Рк , и при нагрузке Рк происходит разрушение образца. При этом упругая деформация образца (Dlупр) исчезает, а пластическая (Dlост) остается.

           Диаграмма  растяжения показывает зависимость  удлинения образца от продольной  растягивающей силы. Ее построение  является промежуточным этапом  в процессе определения механических  характеристик материалов (в основном  металлов).Диаграмму растяжения  материалов получают экспериментально, при испытаниях образцов на  растяжение.Для этого образцы стандартных размеров закрепляют в специальных испытательных машинах (например УММ-20 или МИ-40КУ) и растягивают до их полного разрушения (разрыва). При этом специальные приборы фиксируют зависимость абсолютного удлинения образца от прикладываемой к нему продольной растягивающей нагрузки и самописец вычерчивает кривую характерную для данного материала.

 

         Диаграмма  построена в системе координат F-Δl, где: F - продольная растягивающая сила, [Н]; Δl - абсолютное удлинение рабочей части образца, [мм].

Как видно из рисунка, диаграмма имеет четыре характерных участка:

I - участок пропорциональности;

II - участок текучести;

III - участок самоупрочнения;

IV - участок разрушения.

Рассмотрим подробнее процесс построения диаграммы.

 

 

 

           В  самом начале испытания на  растяжение, растягивающая сила F, а следовательно, и деформация Δl стержня равны нулю, поэтому диаграмма начинается из точки пересечения соответствующих осей (точка О). На участке I до точки A диаграмма вычерчивается в виде прямой линии. Это говорит о том, что на данном отрезке диаграммы, деформации стержня Δl растут пропорционально увеличивающейся нагрузке F. После прохождения точки А диаграмма резко меняет свое направление и на участке II начинающемся в точке B линия какое-то время идет практически параллельно оси  Δl, то есть деформации стержня увеличиваются при практически одном и том же значении нагрузки. В этот момент в металле образца начинают происходить необратимые изменения. Перестраивается кристаллическая решетка металла. При этом наблюдается эффект его самоупрочнения. После повышения прочности материала образца, диаграмма снова "идет вверх" (участок III) и в точке D растягивающее усилие достигает максимального значения. В этот момент в рабочей части испытуемого образца появляется локальное утоньшение (рис. 2), так называемая "шейка", вызванное нарушениями структуры материала (образованием пустот, микротрещин и т.д.). Вследствие утоньшения, и следовательно, уменьшения площади поперечного сечения образца, растягива еще усилие необходимое для его растяжения уменьшается, и кривая диаграммы "идет вниз". В точке E происходит разрыв образца. Разрывается образец конечно же в сечении, где была образована "шейка"

           Работа  затраченная на разрыв образца W равна площади фигуры образованной диаграммой. Ее приближенно можно вычислить по формуле: W=0,8Fmax⋅Δlmax.. По диаграмме также можно определить величину упругих остаточных деформаций в любой момент процесса испытания. Для получения непосредственно механических характеристик металла образца диаграмму растяжения необходимо преобразовать в диаграмму напряжений.

 

Спасибо за внимание!