Характеристики пластичности при растяжении

 

Основные характеристики пластичности при испытании на растяжение – относительное удлинение после разрыва δ и относительное сужение ψ.

δ = . 100% (2.16)

ψ =. 100% (2.17)

где l₀ - исходная расчетная длина образца,

l_k - конечная длина после разрушения образца,

F₀ , F_k – первоначальная и конечная площадь сечения образца.

Относительное удлинение можно рассчитывать по первичной диаграмме растяжения. Определив абсолютное удлинение Δl к моменту разрушения в точке k (см. рис. 2.45) и зная начальную расчетную длину l₀, получим величину δ . Но при записи диаграммы без применения тензометров фиксируется удлинение не только расчетной части, а всего образца вместе с головками. Это делает расчет δ по диаграмме растяжения менее точным, чем по результатам измерения конечной расчетной длины l_k разорванного образца.

Если разрушение происходит в средней трети расчетной длины образца, то l_k определяют как расстояние между границами расчетной длины после плотного составления двух половин разрушенного образца. Когда эти половины нельзя составить плотно, без заметного зазора, следует определять l_k как сумму расстояний от границ расчетной длины до края излома каждой части разорванного образца.

Методика несколько усложняется, если разрыв происходит вблизи головок – в одной из крайних третей расчетной части образца. Дело в том, что распределение удлинения в пределах расчетной длины неравномерно (рис. 2.51). Вблизи шейки, где локализуется пластическая деформация, удлинение, естественно, больше, чем вдали от нее, где оно не превышает величины равномерного удлинения Δl_b .

Если образец разрывается вблизи головки, то измерение расстояния между границами расчетной длины даст явно заниженную величину l_k по сравнению с той, которую бы мы получили при аналогичном разрыве образца на две примерно равные половины.

Схема на рис. 2.51 позволяет сделать несколько важных выводов. Ширина зоны сосредоточенной деформации cd обычно не превышает двух диаметров d₀ образца. Значения cd и Δl_k примерно постоянны для данного материала при одинаковой F₀ и не зависят от l₀ . Поэтому чем больше l₀ , тем меньше влияние сосредоточенной деформации на суммарное относительное удлинение после разрыва, т.е. чем короче образец, тем большая доля длины приходится на сильную сосредоточенную деформацию и тем больше измеряемая после испытания величина δ. При использовании стандартных образцов с пяти- и десятикратным отношением l₀/d₀ вклад сосредоточенной деформации в общее относительное удлинение (обозначается δ₅, δ₁₀) для большинства металлов и сплавов сравнительно невелик. Поэтому для них величина δ характеризует в основном способность к равномерной деформации ,а не предельную пластичность материала. В некоторых случаях целесообразно отдельно определять равномерное и сосредоточенное относительное удлинение.

Для характеристики предельной способности материала к пластическому растяжению до разрыва более правильно использовать относительное сужение ψ, также определяемое суммой равномерного и сосредоточенного сужения. Но здесь вклад равномерной деформации в суммарное относительное сужение обычно невелик. Величина равномерного относительного сужения ψ_р=(F₀ – F_b)/F₀ пластичных материалов (за исключением случаев сверхпластичной деформации) не превышает 10-15%, в то время как ψ достигает 70-99%. Общее ψ является, таким образом, характеристикой в основном сосредоточенной деформации, если в образце перед разрушением образуется шейка.

Для экспериментального определения относительного сужения после разрыва образца достаточно измерить его минимальный диаметр в месте разрыва. Величину ψ определяют обычно при испытании цилиндрических образцов. Образование шейки при растяжении плоских образцов сопровождается усложнением формы поперечного сечения, площадь которого и соответственно величину ψ точно установить довольно трудно.

Характеристики пластичности часто связаны с прочностными свойствами. При достаточно высоких значениях относительного удлинения и сужения после разрыва (>10-20%) прочность обычно тем меньше, чем выше пластичность. Но переход к хрупкому разрушению сопровождается, как правило, снижением прочностных свойств.

В зависимости от величины удлинения меняется разница между пределами текучести и прочности. Отношение σ_0,2(σ_тн)/ σ_в является важной характеристикой материала. Обычно оно тем меньше, чем выше пластичность. Например, у высокопластичных (δ=15÷35%) отожженных алюминиевых сплавов σ_0,2/ σ_в=0,38÷0,45, а у искусственно состаренных 0,77-0,96 (при δ<5%).