Закон разгрузки. Явление наклепа

Пластические и хрупкие материалы

Материалы принято делить на пластичные и хрупкие. К пластичным относят материалы, разрушениям которых предшествуют большие остаточные деформации, достигающие иногда 5%. Хрупкими называют материалы, разрушающиеся при малых остаточных деформациях не превышающих 5%. Характерными представителями пластичных материалов являются малоуглеродистая сталь и алюминий, а хрупких - чугун, инструментальная сталь и стекло.

Пластичные и хрупкие материалы отличаются еще и характером разрушения при растяжении. Пластичные материалы проявляют большее сопротивление отрыву частиц, чем сдвигу их относительно друга, и разрушаются главным образом, от сдвига частиц в плоскостях действия наибольших касательных напряжений. Именно вследствие сдвига частиц увеличивается длина образца из пластического материала при его растяжении, а место разрушения в шейке имеет вид кратера, стенки которого наклонены к оси образца под углом 45°. Дном этого кратера является поверхность первоначальной внутренней трещины, возникающей после образования шейки (рис. 4.3а).

Хрупкие материалы, наоборот обладают большим сопротивлением сдвигу, чем отрыву и разрушаются при растяжении внезапно от отрыва частиц материала по плоскости поперечного сечения (рис. 4.3б). Единственной прочностной характеристикой хрупких материалов является предел прочности s_В.

При сжатии образца из пластического материала, как и при растяжении, сначала имеет место линейная зависимость s от e, затем площадка текучести и зона упрочнения. Но в отличие от растяжения площадка текучести едва намечается, и в дальнейшем нагрузка все время возрастает. Возрастание происходит потому, что при сжатии образец из пластического материала не разрушается, а постепенно сплющивается в тонкий диск при одновременном увеличении площади сечения. Предел текучести материала при сжатии по абсолютной величине практически равен пределу текучести при растяжении.

Иные свойства при сжатии проявляют хрупкие материалы. Образцы из таких материалов при сжатии разрушаются внезапно, раскалываясь по наклонным (под углом 45°) плоскостях (рис. 4.3г). Большинство материалов лучше сопротивляются сжатию, чем растяжению. Так, например, для чугуна предел прочности при сжатии выше, чем предел прочности при растяжении примерно в 2,5-4,5 раз.

Если разгрузить образец, растянутый до напряжений, не превышающих предел упругости s_у, то линия разгрузки совпадает с линией нагрузки ОА (рис. 4.5). При повторном нагружении диаграмма растяжения полностью совпадает с первоначальной диаграммой растяжения. Многократные нагружения до напряжения меньше предела пропорциональности не приводят к изменению механических свойств материала.

Рисунок 4.5

Иная картина наблюдается при нагружении до напряжений превышающих предел упругости s_у. Разгрузка пойдет по кривой БО₁. Повторное нагружение происходит по кривой О₁Б до точки Б, из которой произведена разгрузка. Обе линии (разгрузки и нагрузки) близки к прямой параллельной линейному участку диаграммы. Линии разгрузки и нагрузки образуют замкнутую петлю- петлю гистерезиса. Площадь петли гистерезиса соответствует потерям механической энергии за один цикл. После полного цикла образец возвращается к первоначальному состоянию. При дальнейшем нагружении (после точки Б) кривая деформирования продолжается, как будто не было промежуточного цикла. Следовательно, после промежуточной разгрузки появился как бы новый материал с более высоким пределом пропорциональности s_пц, но с меньшей пластичностью. Явление повышения упругих свойств материала в результате предварительного пластического деформирования наклепом или нагартовкой. Наклеп возникает при вытяжке, холодной прокатке металла, в процессе штамповки. Часто наклеп играет положительную роль для упрочнения поверхностного слоя детали, повышения упругих свойств проволоки, канатов.

Как было отмечено выше, цикл нагружения растяжением за пределом упругости приводит к возрастанию предела упругости при растяжении. Экспериментально установлено, что одновременно с возрастанием предела упругости при растяжении понижается предел упругости при сжатию. Это явление было изучено Баушингером и носит название эффект Баушингера.