книги / Сопротивление материалов деформированию и разрушению. Ч. 1
.pdfВся |
площадь диаграммы |
|
|
|
|
|
|
|
|
д'к |
|
|
|
|
|
|
£/=* |
f |
Ptd(M) |
|
|
|
(1.7) |
|
|
6 |
|
|
|
|
|
будет равна работе, затраченной на разрыв образца. |
|
|
|
||||
Разделив полную работу деформации |
U на объем рабочей части образца V0 — |
||||||
= l0F0, |
получим удельную работу деформации, т. е. работу, затраченную на дефор |
||||||
мирование единицы материала. Из этого следует, что площадь диаграммы |
в координа |
||||||
тах о — е будет характеризовать удельную работу разрушения |
û. |
|
для раз |
||||
На |
рис. 1.3 приведены диаграммы деформирования при растяжении |
||||||
личных |
материалов и условий испытаний. Кривая |
1 соответствует высокопрочной |
|||||
нержавеющей стали [78], кривая 2 — композиту |
Ni — NbC [172], кривые |
3 и 4 — |
|||||
стали 06Г2АЮ при комнатной температуре |
(4) и 113 К (3) [70], |
кривые |
5—7 — ма |
||||
лоуглеродистой стали (С = 0,16 %) |
в отожженном состоянии при комнатной тем |
пературе и скорости нагружения 85 %/мин (5), при 723 К и скоростях нагружения 85 %/мин (6) и 0,1 %/мин (7) [152], кривая 5 — серому чугуну [80], кривая 9 — кера мике на основе нитрида кремния [30], кривая 10 — эпоксидной смоле, армированной
стеклотканью в направлении нитей, кривая 11 — тоже под углом 45° |
к направле |
нию нитей [172], кривая 12 — карбид циркония при 2673 К [1], кривая |
13 — поли |
стиролу при 293 К, кривая 14 — полистиролу при 370 К [34].
Приведенная на рис. 1.2 диаграмма условна, так как при ее построении использо вались условные напряжения, полученные путем деления усилия на первоначальную площадь сечения без учета его изменения в процессе растяжения, и условные дефор мации, которые могут .существенно отличаться от истинных деформаций в месте образования шейки. Особенно существенно сказываются отмеченные недостатки при рассмотрении деформационных и энергетических характеристик разрушения метал лов, для которых наблюдаются значительные пластические деформации и образование шейки.
Для устранения этих недостатков строятся истинные диаграммы деформирова ния. Во всех случаях при построении истинных диаграмм деформирования по вер тикальной оси откладываются истинные напряжения, равные отношению силы к дей
ствительной площади поперечного |
сечения |
|
|
o“ = W |
(1.8) |
По горизонтальной оси откладываются продольные деформации, учитывающие |
||
процесс деформирования материала |
в области больших пластических |
деформаций |
(в области шейки), причем во всех случаях эти деформации рассчитываются по харак теристикам относительного сужения поперечного сечения образца в месте шейки, так как выполнить непосредственное измерение продольных деформаций в шейке весь ма сложно.
Рассмотрим два подхода к определению истинных продольных деформаций. В пер вом случае в качестве истинного (аддитивного) удлинения принимается величина
е |
I |
(1.9) |
Такая запись деформации позволяет учесть, что в процессе деформирования длина рабочей части образца непрерывно изменяется и приращение длины образца в ка кой-то момент деформации следует относить не к первоначальной длине образца 10, а к длине в этот момент.
Записав / = /0 + At и подставив эту запись в выражение |
(1.9), получим |
|
в в ln .—1^ |
«= In (1 -f- е.). |
( 1. 10) |
'о
Аналогично для истинного (аддитивного) сужения поперечного сечения образца можно записать
F
1
( 1. 11)
1 - ^ i ’
Fo
где ф,-, еi — текущие значения относительного сужения поперечного сечения и
удлинения. |
|
|
|
объем не изменяется, |
т.' е, |
Приняв, что при пластическом деформировании |
|||||
/уо = Ft, получим |
F0lF = |
l/l0, т. е. е = ф*. В этом случае |
|
||
|
|
С= 1п ( 1 —f—8^) = |
1п | __• |
|
(1*12) |
При разрушении |
будем иметь |
|
|
|
|
|
|
ep - l n _ i _ , |
ок — 5 К. |
(1.13) |
|
|
|
1 --- |
|
|
|
При таком подходе истинная диаграмма строится в координатах он — In |
^ |
||||
(рис. 1.4, кривая 1). |
|
|
|
|
|
Крайняя правая |
точка |
этой диаграммы |
имеет |
координаты SK и In ■^ — ф . |
Весьма часто истинная диаграмма деформирования аппроксимируется |
параболой |
ан |
(1.14) |
которая представляет прямую в двойных логарифмических координатах и где |
т — |
|||
коэффициент деформационного упрочнения, |
|
|
||
|
|
lg S K- l g a H |
(Ы 5 ) |
|
|
|
lg ер — lg с |
||
|
|
|
||
Площадь, ограниченная истинной диаграммой деформирования, представляет |
||||
энергию; для зависимости |
(1.14) она будет |
|
|
|
|
СР |
4 |
|
|
н* = |
Г 5К |
de = |
L _ 5Kep. |
(1.16) |
|
£ |
\ ер } |
1 ;+■ т |
|
Рис. 1.4. Истинные диаграммы деформирования при растяжении
22
Во |
втором случае, предполагая неизменность объема и в связи с этим |
равен- |
||||||||
етво е и ф*, можно из уравнений (1.10) и (1.11) записать |
1 + *t |
|
1 |
|
откуда |
|||||
1 — Ф* ' |
||||||||||
истинная деформация еи = ф4-/(1 — ф<). |
|
|
|
|
|
|
|
|||
Для момента разрушения |
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
ô« = _ Ü L _ |
|
|
|
|
|
(1.17) |
|
|
|
|
t — Ф |
|
|
|
|
|
|
|
При таком подходе истинная диаграмма деформирования строится в |
координа |
|||||||||
тах |
оиА|)t7(l — чр(-). Крайняя |
правая точка |
этой |
диаграммы |
имеет |
координаты |
||||
S u и |
|
ф |
2). |
|
|
|
|
|
|
|
1 |
(рис. 1.4, кривая |
|
|
|
|
|
|
|
||
По аналогии с (1.14) запишем ои = 5К (sH/ôH)mi н найдем удельную энергию в |
||||||||||
виде |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
de" = |
1 + |
5кби. |
|
|
|
(1.18) |
|
|
|
|
|
mj |
|
|
|
|
|
|
Между истинным сопротивлением разрыву SKи сопротивлением разрыву <ук (см. |
||||||||||
рис. |
1.2) имеет место соотношение |
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
SK = <W( 1 — Ф)« |
|
|
|
|
|
(1*19) |
|
Между деформациями в продольном и поперечном |
направлениях в |
пределах |
||||||||
закона Гука имеет место простое соотношение |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
|
е' = — ре, |
|
|
|
|
|
(1.20) |
|
где |
в' — деформация в поперечном направлении; |
р — коэффициент |
Пуассона. |
|||||||
Коэффициент Пуассона для разных материалов изменяется |
в широких |
преде |
||||||||
лах. Его значения для некоторых материалов даны в табл. 1.1. |
|
может быть |
||||||||
Для области неупругого деформирования поперечная деформация |
||||||||||
найдена с использованием зависимости (1.20), |
если заменить р |
на р'; величину р ' |
||||||||
можно найти по формуле [183] |
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
|
р' = 0,5 — - а 11 (0,5 — р). |
|
|
|
|
( 1*21) |
|||
|
|
|
Ее |
|
|
|
|
|
|
|
Для случая постоянства объема при деформировании |
р * |
0,5. |
принимать |
|||||||
При |
проведении точных расчетов для области |
шейки необходимо |
во внимание влияние многоосности напряженного состояния, обусловленного кри визной профиля шейки.
По данным Зибеля [36], многоосность напряженного состояния в шейке при водит к повышению наблюдаемых напряжений а по сравнению с истинными напря
жениями течения о в соответствии с зависимостью
о11= |
ст/(1 -f- D/8p), |
( 1*22) |
где D — диаметр шейки; р — радиус кривизны профиля шейки. |
|
|
В соответствии с Бриджменом |
[36], эта зависимость имеет вид |
|
о" = о/[(1 + |
4p/D) In (1 + 0,25D/p)]. |
(1.23) |
Эта особенность деформирования приводит к увеличению измеряемых напря жений на последней стадии деформирования.
В табл. 1.2 приведены характеристики механических свойств, определяемые по рассмотренным выше методикам для ряда металлов и сплавов, дающие представле ние об их значении и соотношении [160].
При растяжении, если исключить момент образования шейки, материал нахо дится в условиях линейного однородного напряженного состояния. Теория напря женного состояния будет рассмотрена в следующем параграфе, а здесь отметим толь- о, что при линейном напряженном состоянии, которое реализуется при растяжении.
Материал
Сталь
25
30
45
60
1X13
1Х18Н10Т
15Г2АФДпс ЭИ-612
Никелевый сплав ^ ЭИ-826
Медь
Латунь Л 62 Бр АЖ9
Алюминиевый
сплав
АМгб
В93
Д16Т СЧ 21-40
Термическая |
обработ |
V |
<*0,002, |
<*0,2« |
6. % |
4>. % |
£.10—5, |
SK. |
V |
б". |
т |
|
|
|
ка |
|
МН/м* |
||||||||||
|
|
МПа |
МПа |
МПа |
|
МПа |
МПа |
0/ |
% |
|
|||
|
|
|
|
|
/0 |
|
|
||||||
В состоянии поставки |
518 |
273 |
279 |
40,0 |
60,4 |
2,01 |
1139 |
92,5 |
152 |
0,224 |
673 |
||
Нормализация |
726 |
396 |
414 |
20,5 |
41,3 |
2,00 |
1174 |
57,4 |
70 |
0,275 |
528 |
||
|
» |
|
668 |
388 |
408 |
26,7 |
51,2 |
2,09 |
1337 |
71,8 |
105 |
0,260 |
661 |
|
> |
|
937 |
300 |
622 |
16,7 |
47,0 |
2,04 |
1462 |
58,0 |
89 |
0,110 |
668 |
Закалка |
и отпуск |
638 |
355 |
429 |
35,0 |
67,9 |
2,16 |
1620 |
— |
332 |
0,234 |
2345 |
|
Закалка |
и старение |
650 |
140 |
250 |
71,0 |
53,6 |
1,98 |
1697 |
101,0 |
116 |
0,380 |
976 |
|
В состоянии |
поставки |
532 |
390 |
410 |
32,3 |
72,0 |
2,09 |
1161 |
119,7 |
257 |
0,265 |
1041 |
|
Закалка |
и старение |
1000 |
440 |
595 |
24,0 |
36,6 |
2,04 |
1570 |
53,8 |
58 |
0,349 |
620 |
|
Типовая |
обработка |
960 |
650 |
720 |
.7,9 |
8,1 |
2,28 |
1060 |
10,0 |
8,8 |
0,210 |
87 |
|
Отожженная |
|
232 |
— |
70 |
65,0 |
85,6 |
1,13 |
861 |
193,6 |
595 |
0,416 |
862 |
|
В состоянии |
поставки |
325 |
— |
125 |
15,4 |
82,5 |
1,13 |
769 |
85,5 |
470 |
0,243 |
357 |
|
То же |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
» |
|
449 |
164 |
371 |
25,3 |
73,0 |
0,98 |
1097 |
94,9 |
271 |
0,208 |
680 |
|
» |
|
688 |
148 |
315 |
33,3 |
35,5 |
1,10 |
1032 |
42,0 |
55 |
0,325 |
296 |
|
|
|
248 |
93 |
139 |
13,3 |
20,7 |
0,72 |
332 |
24,3 |
25,1 |
0,227 |
66 |
Закалка,. естественное |
598 |
403 |
527 |
8,8 |
12,9 |
0,74 |
693 |
15,5 |
14,8 |
0,101 |
96 |
||
старение |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
То же |
|
|
545 |
307 |
361 |
13,4 |
10,7 |
0,72 |
646 |
15,4 |
12,0 |
0,232 |
81 |
В состоянии |
поставки |
225 |
100 |
— |
0 |
0 |
1,25 |
227 |
0,18 |
— |
—■ |
0,41 |
Рис. 1.5. Схема напряжений по наклонным площадкам
Рис. 1.6. Изменение нормальных и касательных напряжений в зависимости от уг ла наклона. площадки к оси
максимальные нормальные напряжения будут иметь место в сечениях, перпендику лярных к оси образца. По этим площадкам касательные напряжения т, т. е. напря жения, действующие параллельно площадке, будут равны нулю. Если взять сече ние, наклоненное к оси образца (рис. 15), на нем будут иметь место и нормальные, и касательные напряжения. В соответствии с рис. 1.5, нормальные и касательные
напряжения для сечения, находящегося под углом а к оси образца, будут |
(1-24) |
<rœ = a c o s a ; та = u s in a . |
Распределение нормальных (сплошные линии) и касательных (пунктирные ли нии) напряжений при растяжении образца в зависимости от ориентировки сечения показано на рис. 1.6. Цифры указывают углы (в градусах) между плоскостью площад ки и растягивающей силой. Из этого рисунка видно, что максимальные касательные напряжения имеют место по площадкам, наклоненным под углом 45° к направлению растягивающей силы. Также можно сделать вывод, что касательные напряжения по взаимно перпендикулярным площадкам равны и противоположны по знаку (за кон парности касательных напряжений). Касательные напряжения считают положи тельными, если они стремятся повернуть рассматриваемую часть элемента относи тельно любой точки, взятой внутри ее, по часовой стрелке и наоборот.
Наличие касательных напряжений в растягиваемом образце показывает, что разрушение образцов при растяжении может происходить вследствие не только отры ва, но и сдвига. Такие виды разрушения наблюдаются, в частности, при испытании монокристальных образцов, когда плоскости легчайшего сдвига близки к площадкам, наклоненным к оси действия силы под углом 45°.
Поскольку напряжения при растяжении одинаковы в каждой точке какого-либо сечения и всех параллельных ему сечений, то такое напряженное состояние являет ся однородным. В случае хрупкого разрушения (см. рис. 1.1, а) интерпретация ре зультатов существенно упрощается.
По диаграмме деформирования можно определить модуль упругости и предель ные напряжения, соответствующие разрушению, равные отношению максимального усилия Ртах к площади поперечного сечения. Общая работа разрушения в этом слу-
Р А / |
(У в |
чае будет U — — 21^-----, а удельная — и — |
max шах |
£ |
£ |
Предельные деформации при разрушении хрупких материалов весьма малы* Так, для оксида алюминия они равны примерно 0,047 %, для карбида титана — 0,067, бетона — 0,02, графита — 0,14 % [30]. Сравнение значений этих величин с аналогичными характеристиками для металлов (табл. 1.2) дает представление об их соотношении.
Представление диаграммы деформирования для хрупких материалов в виде, приведенном на рис. 1.1, а, является весьма упрощенным, поскольку не учитывает специфики деформирования различных классов материалов; приводящей к отклоне нию зависимости Р — Д/ от полностью упругой.
1.1.2.Сжатие. Материалы при сжатии испытывали на цилиндрических или
призматических (прямоугольного или квадратного поперечного сечения) |
образцах, |
у которых отношение длины к диаметру (или к ширине) изменяется в |
пределах |
Щ , = 1...3. Результаты испытаний на сжатие существенно зависят от отношения длины образца к его диаметру и от условий трения по торцам образцов. В процессе
испытаний на сжатие может быть построена диаграмма сжатия, т. е. |
зависимость |
|||
между сжимающим усилием Р и абсолютным укорочением |
образца |
Д/ = |
/„ — I. |
|
Условную диаграмму деформирования при сжатии строят |
в координатах услов |
|||
ное напряжение |
|
|
|
(1.25) |
a = P/F0, |
|
|
||
— относительное укорочение |
|
|
|
|
е = |
. |
|
|
(1.26) |
‘о |
|
|
|
|
Как и при растяжении, можно построить |
истинную диаграмму сжатия, |
если |
по оси ординат отложить истинное напряжение, которое в области развитых пласти ческих деформаций называется иногда напряжением течения,
°* = PIF, |
(1.27) |
а по оси абсцисс — истинную деформацию
Иногда в качестве меры истинной деформации при сжатии принимают аддитив ную деформацию
|
|
|
е*«1п (/„//). |
(1.28) |
На рис. 1.7 в качестве примера построены условные диаграммы деформирования |
||||
при растяжении и сжатии для пластичной стали и чугуна. |
а) начальные участки |
|||
При испытании образцов из пластичной'стали (рис. 1.7, |
||||
диаграмм |
деформирования |
при сжатии и растяжении совпадают, т. е. совпадают |
||
значения |
модулей |
Юнга, |
пределов пропорциональности,, |
пределов упругости и |
пределов |
текучести. |
При |
дальнейшем сжатии образцов, т. е. увеличении их осадки, |
с увеличением деформаций наблюдается резкий рост напряжений, что связано с рас
плющиванием образцов (рис. 1.8). |
1 |
невозможно. |
Довести такой образец до разрушения при |
сжатии практически |
|
Условно предполагается, что предел прочности |
при сжатии совпадает |
с пределом |
прочности при растяжении.
Вследствие наличия контактных сил трения после появления значительных плас тических деформаций напряженно-деформированное состояние образцов при сжатии
Рнс. 1.7. Условные диаграммы деформирования при растяжении и сжатии для плас тичной стали (а) и чугуна (б)
Рис. 1.8. Последовательные стадии деформирования образца из пластичной стали при сжатии
Рис. 1.9. Характер разрушения при сжатии цилиндрических образцов, изготовлен ных из пластичного (а), малопластичного (б), хрупкого материала при наличии тре ния (в) и при хорошей смазке контактных поверхностен (г)
шения влияния сил трения на процесс деформирования образцов при сжатии используются различные смазки, прокладки из антифрикционных материалов, применяется комбинация образцов с коническими выточками и промежуточных конических элементов. При испытании малопластичных и хрупких материалов раз рушение происходит путем скалывания под углом 45° к оси образца под действием
Т а б л и ц а |
1.3. |
Пределы |
прочности некоторых материалов |
при растяжении |
||||
и сжатии |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Предел прочности ав, МПа |
|||
|
Материал |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
при растяжении |
|
при сжатии |
||
Чугун |
обыкновенный |
|
140... 180 |
600... 1000 (150...250) |
||||
серый |
|
|||||||
серый |
мелкозернистый |
|
210.'..250 |
|
До |
1400 (350) |
||
отбеленный |
|
|
|
— |
|
До |
1750 |
|
Керамика и минералокерамика |
|
640 |
|
2600 (570) |
||||
твердый сплав ВКЮ |
основе |
оксида |
|
|||||
минералокерамика на |
155 |
|
|
850 |
||||
алюминия |
|
|
|
|
|
|||
твердый сплав |
|
|
J240 |
|
4120 (890) |
|||
94 % Wc, 6 % Со |
|
, |
|
|||||
87 % Wc, 13 % Со |
|
1430 |
|
3900 (900) |
||||
70 % Wc, 30 % Ni |
|
|
990 |
|
2630 (610) |
|||
сплав |
(30 % |
A lj03, 70 % Cr) |
|
267 |
|
|
835(180) |
|
Графит |
|
|
|
|
10 |
|
|
41,8 |
Пластмассы |
|
|
|
20...30 |
|
80... 100 (28...38) |
||
бакелит |
|
|
|
|
||||
текстолит |
|
|
|
85... 100 |
|
130...250 |
||
Древесина |
|
|
|
|
80/— |
|
|
40/5 |
сосна |
|
|
|
|
|
|
||
дуб |
|
|
|
|
95/— |
|
|
ЬО/15 |
П р и м е ч а н и е . Перед косой приведены данные |
растяжения и |
сжатия вдоль волокон. |
||||||
после косой — поперек волокон. |
» |
|
|
|
|
касательных напряжений, путем расстрескивания по плоскостям, параллельным оси образца, и путем комбинированного механизма разрушения. При таких видах раз рушения при испытаниях получают лишь одну характеристику механических свойств — предел прочности. На рис. 1.9 схематически показаны виды разрушения при сжатии различных материалов [191].
Предел прочности при сжатии для малопластичных и хрупких материалов мо жет быть существенно выше, чем предел прочности при растяжении. Сравнение пре
делов |
прочности при растяжении и сжатии для некоторых материалов дано в |
табл. |
1.3 [122, 139]. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
С учетом того, что хрупкие материалы часто раз |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
рушаются параллельно оси сжимающего образца |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
(рис. 1.9), |
с помощью |
зависимости |
(1.20) |
можно |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
подсчитать |
расчетные |
растягивающие |
напряжения,, |
||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
соответствующие относительной деформации ев: ор = |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
= —р£ев = —рав. Значения этих напряжений при |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ведены для некоторых материалов в табл. 1.3 (в скоб |
|||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ках). |
|
|
|
|
|
|
|
пределы проч |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Интересно отметить более низкие |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
ности при сжатии, чем |
при растяжении |
|
для |
древе |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
сины, что объясняется малой прочностью |
сцепления |
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
волокон в древесине. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Энергия разрушения при сжатии может быть |
||||||||||||
Рис. |
1.10. |
Типовая |
кривая |
|
найдена |
как площадь |
соответствующих |
диаграмм |
|||||||||||||
|
деформирования |
с |
использованием |
соотношений, |
|||||||||||||||||
упрочнения при сжатии |
|
рассмотренных для |
случая |
растяжения. |
имеют |
ре |
|||||||||||||||
зультаты испытаний |
|
|
|
|
Наибольшее |
практическое значение |
|
||||||||||||||
пластичных металлов |
на сжатии |
при |
оценке их |
способности |
|||||||||||||||||
к |
пластической |
деформации |
при различных видах пластической обработки (ковка, |
||||||||||||||||||
прессование, |
вытяжка |
и т. п.). |
В |
этом |
случае |
результаты |
испытаний |
|
на |
сжатие |
|||||||||||
представляются |
в координатах |
напряжения |
течения |
о" — истинная |
деформация |
е |
|||||||||||||||
(рис. |
1.10). Прямолинейный |
участок на этой диаграмме, который имеет место при |
|||||||||||||||||||
деформациях больше |
10...20 |
%, |
может быть описан |
уравнением |
[60] |
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
< |
= |
+ |
|
|
' |
|
|
|
|
|
|
(1.29) |
|
где as — экстраполированный предел текучести; |
Ь* — коэффициент. |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
Т а б л и ц а |
1.4. Значения коэффициентов |
Ь* |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
Матерная |
|
|
|
|
|
|
|
Состояние |
|
|
Коэффициент |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
Углеродистые |
стали с содержа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
|
нием углерода • |
|
|
|
|
Отжиг |
|
|
|
|
|
|
|
|
1,3— 1,7 |
|
|||||
|
до 0,30 |
% |
% |
|
|
|
|
|
» |
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
0,35—0,70 |
|
|
|
|
|
|
|
горячаяпрокатка |
|
|
2,0—2,4 |
|
||||||||
|
до 0,35 % |
% |
|
|
|
|
Нормализация, |
|
2,2—2,7 |
|
|||||||||||
|
0,35—0,70 |
|
|
|
|
Нормализация, |
горячая прокатка, |
3,5—4,0 |
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
закалка + |
отпуск |
|
|
|
|
|||||||
Легированные |
конструкционные |
Отжиг |
|
|
|
|
|
|
|
|
1,8—2,7 |
|
|||||||||
|
стали |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Горячая прокатка |
|
|
отпуск |
2,5—3,0 |
|
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нормализация, |
закалка + |
|
3,0—4,0 |
|
||||||||
Медь и медные сплавы |
|
|
Отжиг, |
горячаяштамповка |
|
|
|
1,0—2,0 |
|
||||||||||||
Алюминий и алюминиевые сплавы |
То же |
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5—1,0 |
|
||||||||||
|
В табл. |
1.4 по данным работы |
[60] приведены |
значения |
коэффициента |
Ь* для |
|||||||||||||||
а” |
(в МПа) |
и е (в %). |
Если известны коэффициенты |
Ь*, для построения |
зависи |
мости (1.29) необходимо знать значение as. Корреляционные соотношения харак теристик механических свойств (сгв, сгт, и НВ) и значений crs для различных сталей и сплавов было детально проанализировано в работе [60] и получены следующие зависимости для сталей:
<Jg = 150 + (0,85. . .0,95) ов,
Og = 60 -f- (1,75. . . 1,85) (Tj,
а, = 140+ (0,33. . .0,35) НВ;
t*
|
0 . » |
20 + (1 ,3 5 .. Л ,4 5 )а„ |
|
|
|
|
|
|
|||
|
0S = |
180 + |
(2,32. . .2,42) от, |
|
|
|
|
|
|||
|
0S = (0,86. . .0,88) НВ\ |
|
|
|
|
|
|
||||
для алюминия и его сплавов |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
ай = |
(1,32.. .1,36) 0В— 20, |
|
|
|
|
|
||||
|
оа = |
(2,4. . .2,5) 0Т — 20, |
|
|
|
|
|
|
|||
|
os = |
(0,46. . .0,50) НВ — 20. |
|
|
|
|
|
|
|||
Для примера на рис. 1.11 и в |
табл. |
1.5 |
показано |
соотношение |
значении as и |
||||||
характеристик механических свойств для сталей после |
различной термической обра |
||||||||||
ботки [60]. |
Изгиб. Типичные |
схемы испытаний образцов |
на |
изгиб показаны на |
|||||||
1.1.3. |
|||||||||||
рис. 1.12. Предполагается, что испытываемые |
образцы |
находятся |
в условиях плос |
||||||||
кого изгиба, т. е. все заданные нагрузки лежат в одной плоскости, которая совпадает |
|||||||||||
с одной из главных плоскостей |
образца. Обычно такой является плоскость, прохо |
||||||||||
дящая через оси симметрии сечений образца. |
Нагрузки, |
воспринимаемые |
различны |
||||||||
ми сечениями образцов, характеризуются изгибающим моментом М„ |
и поперечной |
||||||||||
силой Q. Изгибающий момент в каком-либо сечении образца |
численно |
равен |
ал |
||||||||
гебраической сумме моментов относительно оси сечения от всех |
внешних |
сил, |
дей |
||||||||
ствующих на одну из частей (левую или правую) мысленно рассеченного |
стержня; |
||||||||||
изгибающий момент положителен, если он вызывает сжатие в |
верхних |
волокнах |
|||||||||
балки. Поперечная (перерезывающая) сила в каком-либо сечении |
численно |
равна ал |
|||||||||
гебраической сумме проекций на плоскость сечения |
всех внешних сил, |
действующих |
|||||||||
на одну из частей (левую или правую) рассеченного |
стержня; поперечная |
сила поло- |
Рис. 1.11. Зависимость между экстраполированным пределом текучести и пределом прочности сталей:
1 |
— отжиг; |
2 — нормализация; S — горячая прокатка; 4 — закалка |
+ |
отпуск, Т, ■» 673 Кг |
|
6 |
— закалка + |
отпуск, Т * 273 К; 6 •=-. закалка + отпуск, Г = |
873 |
К; 7 —дзакалка -f |
|
+ |
отпуск, |
Т = |
973 К |
|
|
g Таблица 1.5. Соотношение характеристик механических |
свойств |
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
Содержалне элеме]НТОв , % |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
Материал |
|
|
Предшествующая обработке |
0 Т. |
ав. |
% |
ф. % |
и в , |
as. |
|||
С |
Мя |
МПа |
||||||||||
|
Si |
|
|
|
МПа |
МЛа |
|
|
|
МПа |
||
Армко-железо |
0 ,0 2 |
0,03 |
Следы Отжиг |
(Т = |
|
|
2 1 0 |
340 |
37 |
74 |
960' |
420 |
(Си — 0,060 %) |
|
|
Нормализация |
1198 |
К) |
2 1 0 |
340 |
36 |
18 |
960 |
430 |
|
Армко-железо |
0,03 |
0,03 |
0 ,0 0 2 Отжиг (Т = 1113 К) |
|
|
170 |
290 |
39 |
28 |
800 |
420 |
|
|
|
|
Нормализация |
(Т = |
1113 |
К) |
2 2 0 |
320 |
34 |
69 |
880 |
470 |
Сталь
низкоуглеро- |
0,03 |
0,*7 |
— |
днстая |
0,05 |
0,31 |
|
11341 |
0 ,0 1 |
||
08ки |
0,09 |
0,30 |
— |
15 |
0,15 |
0,43 |
0,27 |
2 0 |
0,19 |
0,37 |
0,37 |
25 |
0,29 |
0,55 |
0,13 |
30 |
0,32 |
0,58 |
0,25 |
40 |
0,41 |
0,59 |
0,30 |
45 |
0,43 |
0,58 |
0,30 |
|
0,45 |
0 ,6 6 |
0 ,2 0 |
50 |
0,50 |
0,70 |
0,27 |
60 |
0,62 |
0,40 |
0,24 |
Отжиг |
|
|
|
2 0 0 |
310 |
44 |
82 |
860 |
4Ю |
|
Нормализация |
|
|
2 0 0 |
320 |
42 |
80 |
880 |
420 |
||
Отжиг |
|
|
|
240 |
320 |
45 |
78 |
880 |
390 |
|
Нормализация |
|
|
270 |
350 |
42 |
77 |
970 |
460 |
||
Горячая прокатка |
|
|
180 |
300 |
— |
— |
840 |
470 |
||
То же |
|
|
|
230 |
380 |
— |
— |
1050 |
550 |
|
» |
» |
|
|
|
250 |
420 |
— |
— |
1170 |
580 |
» |
» |
|
|
|
280 |
460 |
— |
— |
1270 |
580 |
» |
» |
|
|
|
300 |
500 |
— |
— |
1400 |
620 |
Отжиг |
|
|
|
— |
470 |
. — |
— |
1310 |
550 |
|
Нормализация |
|
|
— |
495 |
— |
— |
1370 |
650 |
||
Закалка + |
отпуск |
(Г = 733 |
К) |
— |
945 |
— |
— |
2620 |
950 |
|
Отжиг |
|
|
|
— |
585 |
— |
— |
1610 |
650 |
|
Нормализация |
(Т = 873 |
|
— |
625 |
— |
— |
1760 |
720 |
||
Закалка + |
отпуск |
К) |
— |
860 |
— |
— |
2300 |
840 |
||
Закалка + |
отпуск |
(Т = 973 |
К) |
— |
610 |
— |
— |
1750 |
610 |
|
Горячая прокатка |
|
|
360 |
610 |
— |
— |
1700 |
740 |
||
То же |
|
|
|
380 |
640 |
— |
— |
1790 |
820 |
|
Отжиг |
|
|
|
366 |
680 |
23,2 |
42 |
1790 |
850 |