Розвантаження і повторне навантаження. Відносне подовження і звуження після розриву. Робота деформації.
Розвантаження й повторне навантаження. Вище було зазначено, що якщо при зусиллі розтягання, яке викликає напругу не вище межі пружності, припинити навантаження, а потім розвантажувати зразок, то процес розвантаження зобразиться на діаграмі лінією, що практично збігається з лінією навантаження. Після остаточного розвантаження зразка його подовження повністю зникне. Повторне навантаження на діаграмі піде по тій же лінії ОВ, отриманій при першому навантаженні зразку.
Інакше буде, якщо до початку розвантаження напруга в зразку перевищує границю пружності. Зробивши розвантаження, наприклад, після досягнення силою значення, зображеною ординатою точки М (рис.4.2), помітимо, що процес розвантаження на діаграмі буде описуватися вже не кривою, що збігається із кривою навантаження OABCDM, а прямій MN, паралельній прямолінійній ділянці ОА діаграми. Подовження отримане зразком до початку розвантаження, при розвантаженні повністю не зникне. Зникла частина подовження на діаграмі зобразиться відрізком , а що залишилось — відрізком . Отже, повне подовження зразку за границею пружності складається із двох частин – пружної і пластичної:
Так буде аж до розриву зразка. Після розриву пружна складова повного подовження в обох частинах зразка (відрізок ) зникає. Подовження, що залишилося, зображується відрізком .
Будемо знову навантажувати зразок, який був розтягнутий силою, що викликала в ньому напругу вищу границі текучості, а потім розвантажувати. При цьому виявиться, що лінія повторного навантаження майже збігається на діаграмі з лінією розвантаження MN. Границя пропорційності підвищиться і стане приблизно рівною тому напруженню, до якого спочатку був розтягнутий зразок. При подальшому збільшенні сили, що розтягує, крива діаграми збіжиться з MEL. Частина діаграми, розташована ліворуч від лінії NM, виявиться відсіченою, тобто початок координат переміститься в точку N. Залишкове подовження після розриву буде менше, ніж у зразку, що не піддавався попередньому пластичному деформуванню.
Таким чином, попередня витяжка за границю текучості змінює деякі механічні властивості сталі — підвищує границю пропорційності й зменшує залишкове подовження після розриву, тобто робить її більш крихкою. Зміна властивостей матеріалу в результаті деформації за границею текучості називається наклепом. У деяких випадках явище наклепу небажано і його прагнуть усунути, в інших же, навпаки, наклеп корисний і його створюють штучно.
Відносне подовження і звуження після розриву. Повне подовження, отримане зразком перед руйнуванням, зменшиться після розриву, тому що в частинах зразка зникнуть пружні деформації. Відносним подовженням після розриву називають відношення у відсотках збільшення розрахункової довжини зразка після розриву до її первісної величини:
| (4.8) |
Відносне подовження після розриву характеризує пластичність матеріалу. Залежно від величини цього подовження матеріали ділять на пластичні й крихкі. Для перших можна умовно прийняти , а для других — До пластичних матеріалів відносяться малоувуглецева сталь, мідь, свинець та ін., а до крихких — загартована сталь, чавун, скло, камінь, бетон і ін. Наприклад, для вуглецевої сталі марки Ст.2 відносне подовження після розриву .
Відносне звуження зразка після розриву визначається розподілом абсолютного зменшення площі поперечного перерізу в шийці на первісну площу і виражається у відсотках від початкової площі поперечного перерізу:
| (4.9) |
Чим більше відносне звуження після розриву, тим пластичніше матеріал. Наприклад, для м’якої вуглецевої сталі марки Ст.2 .
Відносне подовження й відносне звуження є характеристиками пластичності матеріалу.
Треба, відзначити, що в деяких Європейських стандартах (EN) останнім часом замість відносного подовження після розриву визначається інша характеристика — відносне подовження при максимальній силі.
Робота деформації. Крім зазначених вище характеристик механічних властивостей матеріалу, діаграма розтягання дає можливість визначити ще і його енергетичні характеристики.
Величина площі діаграми розтягання в координатах характеризує роботу, витрачену на розрив зразка. Це можна показати в такий спосіб.
Нехай деякій силі, що розтягує, відповідає деформація зразка (рис.4.4). Дамо силі нескінченно мале збільшення , при цьому деформація одержить збільшення . Очевидно, робота зовнішніх сил на цьому переміщенні
Робота, витрачена на розтягання зразка до подовження ,
| (4.10) |
Рис.4.4. Визначення роботи деформації
Як видно з рис.4.4, інтеграл являє собою площу OABCDMNO діаграми розтягання. Робота, витрачена на розрив зразка, буде дорівнювати всієї площі OABCDELGO діаграми розтягання.
У межах пружності повна робота деформації виражається площею трикутника (рис.4.5,а):
| (4.11) |
Розділивши повну роботу деформації на обсяг робочої частини зразка, одержимо питому роботу деформації, тобто роботу, витрачену на деформування одиниці об’єму матеріалу:
| (4.12) |
Підставивши в (4.12) значення з (4.11), одержимо
| (4.13) |
Питома робота деформації в межах пружності виражається площею трикутника на діаграмі (рис.4.5,б).
| а | б |
Рис.4.5. Питома робота деформації
Питома робота деформації характеризує здатність матеріалу пручатися ударній дії навантаження: чим більше питома робота деформації до розриву, тим краще матеріал пручається ударним навантаженням.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
