Б - при вторичном нагружении после разгрузки

На участке OA материал подчиняется закону Гука. Дефор­мации образца очень малы и при разгрузке исчезают. Участок OA называют зоной упругости. За пределами этого участка деформация образца складывается из упругой и пластической (остаточной) составляющих.

Участок ВС характеризуется нарастанием пластической де­формации без увеличения осевой нагрузки (P = Р _т) и называет­ся зоной общей текучести.

При нагрузке Р _т во всем объеме рабочей части образца происходят необратимые деформации сдвига между кристаллическими слоями. В результате текучести происходит перестройка кристаллической решетки, несущая способность образца увеличивается и для его дальнейшего деформирования требуется повышение нагрузки.

Участок CD называют зоной упрочнения. Здесь удлинение образца сопровождается возрастанием нагрузки, но гораздо более медленным

(в сотни раз), чем на участке ОА. В точ­ке D диаграммы осевая растягивающая нагрузка достигает мак­симального значения (Р=Р _max).

К этому моменту на образце наметилось место будущего разрыва - образовалось местное сужение, называемое шейкой.

Дальнейший ход испытания связан с прогрессирующим уто­нением шейки и сосредоточением деформации образца в районе шейки. Участок DF диаграммы носит название зоны местной текучести. Здесь нагрузка плавно уменьшается (Р _разр <P _max) вплоть до разрушения образца в шейке.

Если образец нагрузить до точки L диаграммы, а затем плавно уменьшить нагрузку, то зависимость между силой и де­формацией изобразится отрезком LM, параллельным прямой ОА. При полной разгрузке образца его удлинение уменьшится, но не исчезнет. Таким образом, полное удлинение образца в точке складывается из двух составляющих – упругой ∆l _у и оста­точной - ∆l _ост. При повторном нагружении такого образца мате­риал будет деформироваться упруго до точки L (рис.1,б). В результате предварительной вытяжки материал приобрел спо­собность воспринимать без остаточных деформаций большие нагрузки. Исчезла площадка текучести, материал стал более хрупким. Подобное явление, называемое наклепом (или нагартовкой), широко используют в технике.

Параметры диаграммы растяжения в координатах ∆l - Р зависят не только от свойств материала образца, но и от его размеров. Чтобы исключить последнее, машинную диаграмму ∆l - Р перестраивают в координатах ε - σ

(относительная деформация - напряжение). Связь между координатами опреде­ляется зависимостями

σ = P / A₀ и ε = ∆l / l₀ ,

где A₀ - начальная площадь поперечного сечения образца

l₀ -начальная расчетная длина образца.

Рис.2. Диаграммы деформаций пластичного материала: кривая 1 – условная для испытания на растяжение; кривая 2 – истинная; кривая 3 – условная для испытания на сжатие

Поскольку А₀ и l₀ - константы, диаграмма деформаций при растяжении имеет ту же форму (рис.2, кривая 1). Обработка диаграммы деформаций позволяет определить следующие основные характеристики материала:

- физический предел текучести σ_тр = P _т /A₀;

- предел прочности (временное сопротивление) σ_вр = P _max /A₀;

- относительное удлинение после разрыва

δ = [(l _к – l₀) / l₀ ] · 100 % = [(l _к / l₀) – 1] · 100 %;

- относительное сужение после разрыва

ψ = [(A₀ – A _к) / A₀ ] · 100 % = [1 – (A _к / A₀)] · 100 %.

Первые две характеристики относятся к характеристикам прочности, две другие - к характеристикам пластичности. Здесь l _к- конечная расчетная длина образца; А _к- площадь поперечного сечения образца в месте его разрыва.

По величине относительного удлинения после разрыва δматериалы условно разделяют на следующие группы:

δ≤ 5 % - хрупкие материалы;

5 % < δ ≤ 15 % - материалы ограниченной пластичности;

δ > 15 % - пластичные материалы.

Более тщательная обработка диаграммы деформаций при растяжении позволяет определить дополнительные характеристики материала. Предел пропорциональности σ_пстандарт оп­ределяют как условное напряжение, при котором отступление от прямой пропорциональной зависимости между нагрузкой и удли­нением составляет 50 % (рис.3,а). Для получения величины σ_пк кривой диаграммы деформаций проводится касательная под углом

α_п = arctg (tg α / 1,5).

Под пределом упругости σ_упонимается наибольшее напряжение, до которого образец не получает остаточных деформаций. Поскольку определить это значение практически невозможно, условным пределом упругости называют то напряжение, при кото­ром остаточная деформация составляет 0,01 % (рис.3, б).

Для материалов без четко выраженной площадки текучести определяют условный предел текучести σ _0,2 , который соответствует остаточной деформации 0,2 % (рис.3, в).

Следует заметить, что рассмотренная диаграмма деформаций является условной, поскольку в процессе испытания площадь поперечного

Рис.3. Графические способы определения характеристик прочности: а – предела пропорциональности σ _п; б – предела упругости σ _у; в – условного предела текучести σ _0,2

сечения образца А₀ не остается постоянной, а постепенно уменьшается. Напряжение в шейке σ_к существенно отличается от рассчитанного по формуле σ = Р / А₀. Продольная деформация в шейке ε_ктакже значительно превосходит сред­нюю деформацию образца, характеризуемую величиной δ(рис.4). Диаграмма зависимости между напряжением и дефор­мацией в шейке носит название истинной диаграммы деформаций (кривая 2 на рис.2). На участках упругости, текучести и упрочения она практически совпадает с условной диаграммой деформаций. Последний участок истинной диаграммы деформаций строится как касательная к условной диаграмме, проведенная из точки F _к , координаты которой рассчитываются по формулам

σ_к = P _разр/ А _к (истинное сопротивление);

ε_к= (A₀ / А _к) - 1(истинное удлинение при разрыве);

Рис.4. Характер деформации (а) и эпюра (б) остаточных деформаций в месте разрыва образца пластичного материала

Рис.5. Диаграммы деформации хрупкого материала: при растяжении (кривая 1); присжатии (кривая 2)

Рис.6. Испытание на сжатие: а – сферическая опора нижнего захвата; б, в – формы выточек на торцах образца; г – е – стадии деформирования пластичного образца;