Главная  Переработка нефти и газа 

Скачать эту книгу

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 [ 29 ] 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57

формации (см. рис. 85, /) OBSoSk. в этом случае максимальная перед разрушением нагрузка Рь определяет так называемое действительное сопротивление отрыву или хрупкую прочность материала. здесь Ов уже не условная, а имеющая определенный физический смысл характеристика, определяемая природой материала и условиями хрупкого разрушения.

для относительно малопластичных материалов, дающих кривую растяжения, показанную на рис. 85, , ов- это условное напряжение в момент разрушения. здесь 5б = =Sk и достаточно строго характеризует предельную прочность материала, поскольку образец равномерно деформируется в условиях одноосного растяжения вплоть до разрыва. разница в абсолютных значениях Ов и 8ь зависит от удлинения перед разрушением, прямой пропорциональной зависимости между ними нет. f

таким образом, в зависимости от типа и даже количественных характеристик диаграмм растяжения одного типа физический смысл Св, Sb и Sk может значительно, а иногда и принципиально меняться. все эти напряжения часто относят к разряду характеристик предельной прочности или сопротивления разрушению, хотя в ряде важных случаев <7в и Sb на самом деле определяют сопротивление значительной пластической деформации, а не разрушению. поэтому прн сопоставлении ов, Sb и Sk разных металлов и сплавов следует всегда учитывать конкретный смысл этих свойств для каждого материала в зависимости от вида его диаграммы растяжения.

Характеристики пластичности при растяжении

основные характеристики пластичности при испытании на растяжение - относительное удлинение б и относительное сужение ф. расчетные формулы (8) и (9) и условность этих характеристик уже обсуждались в гл. i. рассмотрим теперь более детально методику их определения и физический смысл для различных материалов.

относительное удлинение можно рассчитывать по первичной диаграмме растяжения. определив абсолютное удлинение д/ к моменту разрушения в точке (см. рис. 86) и зная начальную расчетную длину /о, получим величину б. но прн записи диаграммы без применения тензометров фиксируется удлинение не только расчетной части, а всего образца вместе с головками. этот факт, а также недостаточная жесткость многих испытательных машин делает расчет б по диаграмме растяжения менее точным, чем по

результатам измерения конечной расчетной длины 4 разорванного образца.

если разрушение происходит в средней трети расчетной длины образца, то Ik 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 4 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 (рнс. 99). вблизи шейки, где локализуется пластическая деформация, удлинение, естественно, больше, чем вдали от нее, где оно не превышает величины равномерного удлинения л/ь. если образец разрывается вблизи головки,

то измерение расстояния между границами расчетной длины даст явно заниженную величину Ik по сравнению с той, которую бы мы получили прн аналогичном разрыве образца на две примерно равные половины.

для того чтобы избежать такого занижения Ik и соответственно относительного удлинения, используют специальный прием «переноса» места разрыва к середине образца. для этого расчетную длину до начала испытания делят рисками на N (обычно 6-10) равных интервалов. если отрыв происходит в средней трети расчетной длины, то эти риски не нужны. если же излом пройдет по одной из крайних третей расчетной длины, например между второй и третьей рисками на рис. 99, то k определяют следующим образом. обозначим буквой d крайнюю риску на короткой части разрушенного образца. фиска с располагается, так, что dnccn. расстоянию cd соответствует какое-то число интервалов. если четное число, то далее от точки с в сторону более длинной части образца откладываем {N-л/)/2 интервалов. если л/ нечетно, то откладываем {N-N-1)/2 интервалов, получаем точку а. теперь можно определить «истинную» lk = cd-\2ac.

Расстояние

Рис. 99. Распределение удлинения по рабочей длине растянутого образца

Схема на рис. 99 позволяет сделать несколько важных ВЫВОДОВ. Ширина зоны сосредоточенной деформации cd обычно не превышает двух диаметров do образца. Поэтому место разрыва имеет смысл «переносить», если он происходит в одной из крайних третей образца. Ошибки в определении Ik при меньшем удалении места излома от середины образца незначительны. «Перенос» места разрыва теряет также смысл при отсутствии шейки или небольшой ее величине (il7< 10 %).

Значения cd и Alh примерно постоянны для данного материала при одинаковой Fq и не зависят от /о. Поэтому чем больше /о, тем меньше влияние сосредоточенной деформации на суммарное относительное удлинение, т. е. чем короче образец, тем большая доля длины приходится на сильную сосредоточенную деформацию и тем больше измеряемая после испытания величина 6. Цри использовании стандарных образцов с пяти- и десятикратным отношением lo/do вклад сосредоточенной деформации в общее относительное удлинение (обозначается 6б, бю) для большинства металлов и сплавов сравнительно невелик. Поэтому для них величина б 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 i)?, также определяемое суммой равномерного и сосредоточенного сужения. Но здесь вклад равномерной деформации в суммарное относительное сужение обычно невелик. Величина равномерного относительного сужения \b=(Fo-Fb)/Fo пластичных материалов (за исключением случаев сверхпластической деформации) не превышает 10-15 %, в то время как \р достигает 70-99 %. Общее \р 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 определяют обычно при испытании цилиндрических образцов. Образование шейки при растяжении плоских образцов сопровождается усложнением формы поперечного сечения, площадь которого и соответственно величину \р точно установить довольно трудно.

Характеристики пластичности часто связаны с прочностными свойствами. При достаточно высоких значениях относительного удлинения и сужения (>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 ао,2(стт.н)/ств является важной характеристикой материала. Обычно оно тем меньше, чем выше пластичность. Например, у высокопластичных (6 = 15-1-35 %) отожженных алюминиевых сплавов с7о,2/ств=0,38~0,45, а у искусственно состаренных 0,77-0,96 (при б<5 %).

Работа пластической деформации при растяжении

Пластическая деформация образца, в частности при растяжении, требует затраты определенной работы. Эта работа частично рассеивается образцом в виде тепла (образец слегка нагревается прн деформации), но большая ее часть остается в виде запасенной, накопленной энергии, связанной главным образом с дислокациями. Величина работы деформации служит важной характеристикой материала, которой в последние годы уделяется все большее внимание.

Полная работа деформации Л при растяжении определяется площадью между первичной кривой растяжения и осью деформаций. Например, на рис. 86 работе деформации соответствует площадь Opesbkk. Тогда

Pd{M) = [ Pdl. о о

(59)

Кроме полной, определяют удельную работу деформации (вязкость), т. е. работу, отнесенную к единице объема расчетной части образца: a=A/V= (PAl)/Fl=Se, где Р и S - усредненные величины. Отсюда следует, что величина а определяется как площадь под кривой истинных напряжений (см. рис. 98, obk): Ik

а - f Sde, (60)

В первом приближении (пунктир на рис. 98) а=(5т+, Ч5,) eft/2.

Видно, что ek=(Sk-St)/igp, где tg р - коэффициент де-

формационного упрочнения. Тогда a = (S-Sy2tgP.

Г61)

Из формул (59) -(61) следует, что удельная работа деформации-это комплексная характеристика. Она определяется совокупностью более «простых» механических свойств материала--прочностных и пластических. Следует подчеркнуть, что по формуле (61) экспериментальным точкам на зависимостях вязкости от различных параметров, например от температуры илн концентрации легирующего элемента, не должны в общем случае соответствовать экстремумы на соответствующих зависимостях предела текучести, истинного сопротивления разрыву или коэффициента деформационного упрочнения. Прн плавном, монотонном изменении этих свойств на кривой вязкости могут наблюдаться максимумы и минимумы. Таким образом, удельная работа деформации может оказаться более чувствительной характеристикой изменения структурного состояния материала, чем «простые» свойства.

Испытания на двухосное растяжение методом выдавливания

Многие листовые конструкции - баллоны и сосуды под внутренним давлением, обшивка самолетов и ракет-работают в условиях двухосного растяжения. Для оценки поведения материалов в таких условиях проводят специальные испытания на двухосное растяжение методом гидравлического илн пневматического выдавливания. Квадратный листовой образец закрепляют на опорной плите с круглым или эллиптическим отверстием и выдавливают снизу под давлением жидкости или газа вплоть до разрушения образующегося сферического или эллипсовидного сегмента. В полюсе сегмента создается схема двухосного растяжения: симметричного (Si = 52) в сферическом и несимметричного (5>S2) в эллипсовидном.

В процессе испытания может быть записана диаграмма деформации в координатах давление - стрела прогиба (или радиус изгиба), по которой рассчитывают напряжения на разных стадиях деформации и в момент разрушения. Основными характеристиками свойств материала при испытании на двухосное растяжение по описанной схеме являются условный и истинный пределы прочности. Для сферического сегмента авд = /*А/2/о и SjPkR/2tk, где Овд, 5пд - условный и истинный пределы прочности; Ри- давление в момент разрушения; R - радиус сегмента в момент разрушения; и th-начальная и конечная толщина образца в зоне полюса сегмента.

По результатам испытаний в качестве характеристики

пластичности оценивают истинное утонение сегмента в зоне полюса: з-ln(V*)- Может быть также определен предел текучести - напряжение в полюсе сегмента, соответствующее определенной остаточной деформации. Допуск на 0,2 % относительного удлинения при одноосном растяжении эквивалентен 0,1 % при симметричном двухосном растяжении {8-82) и 0,17 7о при S2=0,5Si.

Испытания на двухосное растяжение более жесткие, чем на одноосное. Прн решении вопроса о возможности применения материала в листовой конструкции, работающей в условиях двухосного растяжения, сопоставляют его свойства по результатам испытаний на одноосное и двухосное растяжение. Если они близки или выше в условиях двухосного растяжения, то считают, что материал может использоваться в соответствующей конструкции.

Часто для лучшего моделирования реальных условий эксплуатации испытания на двухосное растяжение проводят, задавая листовому образцу определенный запас упругой энергии (в конструкциях запас упругой энергии обычно значительно больше, чем в испытательных машинах, особенно жестких). Для этого образец подвергают предварительному выдавливанию. В таком случае величина /о не будет равна исходной толщине испытываемо-

На рис. 100 показана схема уста-новки ДРОМ-2 для испытания листовых образцов на двухосное растяжение методом выдавливания. Образцы могут иметь размеры 220X220 или 270X270 мм с рабочей частью диаметром 120 и 150 мм соответственно при толщине 1,5-2 мм. Образец 2 устанавливают на столик / с прижимными кольцами. Они должны обеспечивать жесткое крепление образца по контуру, чтобы он не проскальзывал во время выдавливания.

Рис. 100. Схема установки ДРОМ-2 для испытания листовых образцов на двухосное растяжение внутренним давлением:

/ - столик со сменными прижим--ными кольцами; 2 - образец; 3 - верхняя прижимная головка; 4 - гидроцилиндр для прижима; 5 и 6 - цилиндры и поршень гидроусилителя; 7 - полость низкого давления; 8 - полость высокого давления под образцом; 9. УО-стержень и упругий элемент с тензодатчиком для измерения прогиба