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

Использование двух измерительных установок с двух противоположных сторон образца позволяет учесть искажения из-за его неизбежного изгиба в результате пусть малого, но всегда имеющегося перекоса в захватах машины. Величину удлинения поэтому определяют как среднеарифметическое значение из отсчетов по двум шкалам: Д/ = = (Oa-f Оа )/1000. Как видно из этой формулы, коэффициент увеличения достаточно велик для точного измерения малых удлинений (цена деления шкалы 8 на рис. 88 составляет 0,001 мм).

На рис. 89, а дана схема дифференциального конденсаторного (емкостного) датчика. При деформации перемещается средняя пластина, располагающаяся между обкладками дифференциального конденсатора

Гк-П

Рис. 89. Схемы дифференциального конденсаторного датчика (а) и индуктивного тензометра (б)

С: и Сг. В результате нарушается баланс мостовой схемы, а сигнал разбаланса после усиления фиксируется как мера деформации.

У индуктивных тензометров (см. рнс. 89,6} имеются два ножа, установленных на подшипниках. Их перемещение в результате дефор нации передается на ферритовые сердечники 2 катушек индуктивности /, 3. Здесь также используется мостовая схема, в которой из-за перемещения сердечников возникает разность напряжений, пропорциональная удлинению и фиксируемая после усиления самопишущим прибором. Возможна непрерывная запись изменения расчетной длины образца в зависимости от нагрузки.

Методика определения предела пропорциональности с помощью тензометров сводится к следующему. Сначала образец без тензометров растягивают до достижения начального усилия Ро» соответствующего % от примерно ожидаемого предела пропорциональности. Затем на образец устанавливают тензометр, обеспечивающий измерение уд.лииений с двух противоположных сторон образца. Последующее нагружение образца производят ступенями и сразу же после каждой ступени нагружения (без разгрузки) снимают показания тензометров. До напряжения, отвечающего 70 - 80 7о ожидаемого Опц, дают три - пять крупных (и равных но величине) ступеней ДР. Дальнейшие ступени ДР делают более мелкими: Аа20 МПа. Исныта-

ние прекращают, когда прирост удлинения M\-\-f увеличится в 1,5 - 3 раза но сравнению со средним приростом деформации А (при той же степени нагружения) на прямолинейном участке кривой растяжения.

Искомая нагрузка Рпц должна отвечать приросту удлинения А/ = Ар -Ь/зад, где [зад - ззданный допуск на отклонение от закона пропорциональности. Обычно !згд=0,5\. Если после очередной малой ступени нагружения на APi мы получим Д/>Д+/зад, ТО ДЛЯ определения Рпц допускается линейная интерполяция. Например, Ар равно восьми

делениям шкалы тензометра, а /зад - четырем делениям. При нагрузке 40000 Н величина Д/ равна десяти делениям (не хватает двух делений для получения /зад). После очередной ступени нагружения (ДР= 1000 Н) величина А -Ы составляет 14 делений. Следовательно, приросту усилия на 1000 Н соответствуют четыре деления шкалы тензометра, но одно деление приходится 250 Н. Тогда Рпц = 40000-}-,+2 •250=40500 Н.

При определенин предела пропорциональности можно оценить и величину модуля нормальной упругости. Для этого необходимо перевести использованную ступень нагружения АР (или АР) в соответствующий прирост напряжений Аа, а среднее абсолютное удлинение Аср в упругой области, отвечающее каждой ступени, - в относительное Дб. Поскольку в области упругой деформации поперечное сечение образца почти не меняется, Да;Д5, а Аб очень близко к приросту истинного относительного удлинения Ае. Тогда £ = Д5/ДеАа/Аб.

При испытаннях на растяжение может быть определен коэффициент Пуассона. Для этого на образец в виде широкой пластины устанавливают два тензометра для измерения поперечной и продольной деформации.

Предел упругости. Следующая характерная точка на первичной диаграмме растяжения (см. рис. 86) - точка е. Ей отвечает нагрузка, по которой рассчитывают условный предел упругости - напряжение, при котором остаточное удлинение достигает заданной величины, обычно 0,05 7о. иногда меньше - вплоть до 0,005 %. Использованный прн расчете допуск указывается в обозначении условного предела упругости: Oo.os. fo.oi и т. д.

Предел упругости характеризует напряжение, при котором появляются первые признаки макропластической де-

У некоторых материалов точка е соответствует меньшей нагрузке, чем точка р.

0,05или 02% от Ig

Рис. 90- Определение услов ных предела упругости и те кучести по диаграмме рас гяжсния

формации. В СВЯЗИ с малым допуском по остаточному удлинению даже 00,05 трудно с достаточной точностью определить но первичной диаграмме растяжения. Поэтому в тех случаях, когда высокой точности не требуется, предел упругости принимается равным пределу пропорциональности. Если же необходима точная количественная оценка 0о,о5, то используют тензометры. Методика определения оо.оз вомно-гом аналогична онисанной для одц, но имеется одно ирин-

циниальное различие. Поскольку при онределении предела упругости допуск задается по величине остаточной деформации, после каждой ступени нагружения необходимо разгружать образец до начального напряжения ОоЮ % от ожидаемого ао,о5 и затем только измерять удлинение но тензометру.

Если масштаб записи диаграммы растяжения по оси удлинений составляет 50: I и более, а по оси нагрузок <10 МПа иа 1 мм, ГОСТ 1497-73 допускает графическое определение ao.os- Для этого но оси удлинений от начала координат откладывают отрезок О/(=0,05 /о/ЮО и через точку К проводят прямую, параллельную прямолинейному участку диаграммы (рис. 90). Ордината точки е будет соответствовать величине нагрузки Ро.оз, онределяюшей условный предел упругости: Oo,o5 = Po,o5/fo.

Предел текучести. При отсутствии на диаграмме растяжения зуба и площадки текучести рассчитывают условный предел текучести - напряжение, при котором остаточное удлинение достигает заданной величины, обычно 0,2 %, иногда 0,1 или 0,3 % и более. Соответственно условный предел текучести обозначается ао,2. cjo,i или оо.з. Как видно, эта характеристика отличается от условного предела упругости только величиной допуска. Предел текучести характеризует напряжение, при котором происходит более полный переход к пластической деформации.

Наиболее точная оценка величины ао,2 может быть выполнена при использовании тензометров. Методика здесь полностью аналогична применяемой для определения ао,05-Поскольку допуск по удлинению для расчета условного предела текучести относительно велик, его часто определяют графически по диаграмме растяжения, если последняя

записана в достаточно большом масштабе (не менее 10: I по оси деформаций). Делается это так же, как при расчете предела упругости (см. рис. 90), только отрезок 0/С= = 0,2/о/ЮО.

Условные пределы пропорциональности, упругости и текучести характеризуют сопротивление материала малым деформациям. Величина их незначительно отличается от истинных напряжений, отвечающих соответствующим допускам но деформации. Техническое значение этих пределов сводится к тому, чтобы оценить уровни наиряжений, под действием которых та или иная деталь может работать, не подвергаясь остаточной деформации (предел пропорциональности) или деформируясь на какую-то небольшую допускаемую величину, определяемую условиями эксплуатации (ао,о1, 0,05. Оо,2 и т.д.). Учитывая, что в современной технике возможность остаточного изменения размеров деталей и конструкций лимитируется все более жестко, становится ясной насущная необходимость точного знания пределов иропорциональности, упругости и текучести, которые широко используются в конструкторских расчетах.

Физический смысл предела пропорциональности любого материала настолько очевиден, что не требует специального обсуждения. Действительно, опц для моно- и поликристалла, гомогенного металла и гетерофазного сплава - это всегда максимальное напряжение, до которого при растяжении соблюдается закон Гука и макронластическая деформация не наблюдается. Следует помнить, что до достижения опц в отдельных зернах поликристаллического образца (при их благоприятной ориентировке, наличии концентраторов наиряжений) может начаться пластическая деформация, которая, однако, не приведет к заметному удлинению всего образца, пока деформацией не окажется охваченным большинство зерен. Начальным стадиям макро-удлинения образца соответствует предел упругости. Для благоприятно ориентированного монокристалла он должен быть близок к критическому скалывающему напряжению, конечно, после перевода касательного напряжения в эквивалентное ему нормальное по формуле (24). Естественно, при разных кристаллографических ориентировках монокристалла предел упругости будет различен. У достаточно мелкозернистого поликристалла в отсутствие текстуры предел упругости изотропен, одинаков во всех направлениях.

Природа условного предела текучести поликристалла в принципе аналогична природе предела упругости. Но именно предел текучести является наиболее расиространенной

II важной характеристикой сопротивления металлов и сплавов малой пластической деформации. Поэтому физический смысл предела текучести и его зависимость от различных факторов необходимо проанализировать подробнее.

Плавный переход от упругой к пластической деформации (без зуба и площадки текучести) наблюдается при растяжении таких металлов и сплавов, в которых имеется достаточно большое количество подвижных, незакрепленных дислокаций в исходном состоянии (до начала испытания). Напряжение, необходимое для начала пластической деформации поликристаллов этих материалов, оцениваемое через условный предел текучести, определяется силами сопротивления движению дислокаций внутри зерен, легкостью передачи деформации через их границы и размером зерен.

Эти же факторы определяют и величину физического предела текучести от - напряжения, при котором образец деформируется под действием практически неизменной растягиваюшей нагрузки Рт (см, рис. 86, площадка текучести на пунктирной кривой). Физический предел текучести часто называют нижним в отличие от верхнего предела текучести, рассчитываемого по нагрузке, соответствующей вершине зуба текучести и (см. рис. 86): От.в = Рт.ъ/Ро (53).

Образование зуба и площадки текучести (так называемое явление резкой текучести) внешне выглядит следующим образом. Упругое растяжение приводит к плавному подъему сопротивления деформированию вплоть до От.в, затем происходит относительно резкий спад напряжений ДС От.н и последующая деформация (обычно иа 0,1 - 1 %) идет при неизменном внешнем усилии- образуется площадка текучести. Во время удлинения, соответствующего этой площадке, образец на рабочей длине покрывается характерными полосами Чернова - Людерса, в которых локализуется деформация. Поэтому величину удлинения на площадке текучести (0,1 - 1 %) часто называют деформацией Чернова - Людерса.

Явление резкой текучести наблюдается у многих технически важных металлических материалов и поэтому имеет большое практическое значение. Оно представляет также общий теоретический интерес с точки зрения понимания природы начальных стадий пластической деформации.

По ГОСТ 1497-73 в общем случае нижний предел текучести (Тт н - это наименьшая величина напряжения течения без учета зуба текучести, если он наблюдается, а верхний - Ст.н - напряжение, соответствующее первому пику нагрузки, зарегистрированному при течении образца.

В последние десятилетия показано, что зуб и площадку текучести можно получить при растяжении моно- и поликристаллов металлов и сплавов с различными решетками и микроструктурой. Наиболее часто фиксируется резкая текучесть при испытании металлов с о. ц. к. решеткой и сплавов на их основе. Естественно, практическое значение резкой текучести для этих металлов особенно велико, и большинство теорий также разрабатывалось применительно к особенностям этих материалов. Использование дислокационных представлений для объяснения резкой текучести было одним из первых и очень плодотворных приложений теории дислокаций.

Вначале образование зуба и площадки текучести в о. ц. к. металлах связывали с эффективной блокировкой дислокаций примесями. Известно, что в о. ц. к. решетке атомы примесей внедрения образуют не обладающие шаровой симметрией поля упругих напряжений и взаимодействуют с дислокациями всех типов, в том числе с чисто винтовыми. Уже при малых концентрациях [<10"-10~ % ;(ат.)] примеси (например, азот и углерод в железе) способны блокировать все дислокации, имеющиеся в металле до деформации. Тогда, по Коттреллу, для начала движения дислокаций и для начала пластического течения необходимо приложить напряжение, гораздо большее, чем это требуется для перемещения дислокаций, свободных от примесных атмосфер. Следовательно, вплоть до момента достижения верхнего предела текучести заблокированные дислокации не могут начать двигаться, и деформация идет упруго. После достижения От.в по крайней мере часть этих дислокаций (расположенных в плоскостях действия максимальных касательных напряжений) отрывается от своих атмосфер и начинает перемещаться, производя пластическую деформацию. Последующий спад напряжений - образование зуба текучести-происходит потому, что свободные от примесных атмосфер и более подвижные дислокации могут скользить некоторое время под действием меньших напряжений От.н, пока их торможение не вызовет начала обычного деформационного упрочнения.

Подтверждением правильности теории Коттрелла служат результаты следующих простых опытов. Еслн нроде-формировать железный образец, например до точки А (рис. 91), разгрузить его и тут же вновь растянуть, то зуба и площадки текучести не возникнет, потому что после предварительного растяжения в новом исходном состоянии образец содержал множество подвижных, свободных от при-