жесткими зернами перлита. Поэтому, чтобы образовались общие плоскости сдвига в образце, сдвиги в отдельных зернах феррита должны обтекать зерна перлита или раскалывать слабые их участки (рис. 2.12), для чего необходимо повыщение напряжений. Карбиды и нитриды в сталях повыщенной и высокой прочности, располагаясь в теле зерен феррита и по их стыкам, приводят к дополнительному сопротивлению сдвига по плоскостям спайности в зернах феррита и соответственно к повыщению прочности стали. Стадию работы материала, в которой происходит повыщение сопротивления внешним воздействиям после площадки текучести до временного сопротивления, называют стадией самоупрочнения. В этой стадии материал работает как упруго-пластический.

Во все время растяжения продольным деформациям удлинения сопутствуют поперечные деформации сужения, причем при подходе к временному сопротивлению деформации удлинения и сужения начинают концентрироваться в наиболее слабом месте, образуя шейку (см. рис. 2.11). Сечение в месте шейки интенсивно уменьшается, что приводит к повышению напряжений в месте сужения, поэтому, несмотря на то, что нагрузка на образец снижается, по месту образования шейки происходит разрыв.

Образование протяженной площадки текучести присуще только сталям, содержащим около 0,1-0,3 % углерода. При меньшем содержании углерода получается недостаточно зерен перлита для сдерживания сдвигов по зернам феррита; при большом - зерен перлита получается так много, что они полностью блокируют зерна феррита и не дают возможности развиваться по ним сдвигам. Диаграммы о-е деформирования стали повышенной прочности (см. рис. 2.11, кривая г) почти не имеют площадки текучести - после упругой работы кривая, имея скругление, переходит в стадию самоупрочнения. У ряда сталей высокой прочности, особенно у термоупрочненных, площадка текучести отсутствует. Условный предел текучести у таких сталей устанавливается по остаточному удлинению, равному 0,2 %.

Рассматривая диаграммы а-е, следует отметить, что основными характерными показателями работы стали на растяжение являются предел текучести, характеризующий начало развития больших деформаций, временное сопротивление, отвечающее предельной нагрузке, воспринимаемой элементом (образцом), и относительное удлинение, характеризующее пластические свойства материала. Показатели этих трех характеристик устанавливаются в стандартах на сталь.

У углеродистой стали марки СтЗ запас работы материала от предела текучести до временного сопротивления ат/ов=0,6, т. е. довольно большой, что дает возможность в широких пределах использовать пластические свойства стали. У высокопрочных сталей предел текучести близко подходит к временному сопротивлению (отношение сТт/аЕ0,8), что ограничивает использование работы материала в упругопластической стадии.

В упругой области для всех прокатных сталей модуль упругости составляет 2,06-10 МПа. При напряжениях от предела пропорциональности апц до стт модуль упругости уменьшается, что слабо сказывается на нарастании общих деформаций конструкций, но оказывает влияние на устойчивость сжатых элементов конструкций.

Для сталей высокой прочности пропорциональность между напряжениями и деформациями нарушается задолго до предела текучести (см. кривую д на рис. 2.11), с чем приходится считаться при решении задач устойчивости элементов конструкций. Однако у ферритоперлито-вых высокопрочных сталей (16Г2АФ и др.) и улучшенных (закалка + -f высокий отпуск, например 14ГСМФР) разница между и СТт невелика.

Пластические деформации и переход в стадию самоупрочнения и разрыв стали при одноосном равномерно распределенном напряжении,

/

Рис 2.14. Пластические дефоомации при разных видах напряжений

о - дв>хоснос растяжение, б - растяжение в одном направлении - сжатие в другой, в - 1!ераЕИо.черное распределение напряжений

Рис 2 15 Развитие деформаций при сложном нагруженни. Диаграмма а-8 при последовательном

иагружении в двух направлениях

о - напряжения одного знака; 6 - напряжения разного знака; /-деформации вдоль первого нагружения, 2 - го же, вдоль второго нагружения

6, МПа

-J0O О /00 200 ioa 400 500 t;c

Рис. 2.16. Механические свойства малоуглеродистой стали при изменении температуры

; -модуль продольной упру 1 ости Я; 2 - временное сопротивление Og, 3 - предел текучести а .j,

как И поликристаллического железа, происходят путем сдвига. По направлению действия максимальных касательных напряжений образуются плоскости интенсивного течения металла с возникновением на поверхности линий Людерса - Чернова (рис. 2.13, а).

При двухосном нагруженни переход металла в пластическое состояние зависит от знака и соотношения величин действующих напряжений.

Так, при однозначном двухосном простом нагруженни (когда нагрузка в обоих направлениях нарастает одинаково) и равномерном распределении напряжений по сечению пластическое течение идет путем сдвига по наклонным к поверхности пластины плоскостям при таких же напряжениях, что и при одноосном нагруженни (рис. 2.14, о).

Если напряжения имеют разные знаки (в одном направлении сжимающие, в другом - растягивающие), то пластическое течение происходит по плоскостям, перпендикулярным поверхности пластины при напряжениях, меньших, чем при одноосном иагружении.

При равных по абсолютной величине сжимающих и растягивающих напряжениях (чистый сдвиг) пластическое течение начинается при ка-

сательных напряжениях, составляющих половину от предела (рис. 2.14,6) текучести при одноосном растяжении (сжатии), что соответствует третьей теории прочности - теории наибольших касательных напряжений.

При неравномерном распределении напряжений общему сдвигу одной части изделия по другой препятствуют упругие зоны. Поэтому в части сечения, затронутой текучестью (рис. 2 14, в), пластическое течение происходит в стесненных условиях, что приводит к повышению значения От. Опыт показывает, что и в этом случае соблюдается гипотеза плоских сечений.

При сложном нагружении, когда нагружение производится сначала в одном направлении, а затем в другом или когда напряжения одного направления увеличиваются (уменьшаются) непропорционально напряжениям другого направления, переход материала в пластическое состояние происходит также в соответствии с теорией касательных напряжений. Так, при нагружении пластин до предела текучести в одном направлении и последующем нагружении того же знака в другом направлении материал работает упруго до тех пор, пока и в этом, втором направлении напряжения достигнут значения От и далее он начинает течь в обоих направлениях, т. е. развитие пластических деформаций в одном направлении почти не сказывается на работе материала в другом направлении (рис. 2,15, а). В случае нагружения пластины до предела текучести в одном направлении, а затем другого знака в перпендикулярном направлении пластические деформации ускоряются и для их остановки напряжения первого нагружения приходится уменьшать до такого значения, при котором касательные напряжения отвечают сопротивлению материала пластическому сдвигу (рис. 2.15,6).

Исследования показывают, что переход материала из упругого состояния в пластическое может быть достаточно близко описан как третьей теорией - касательных напряжений, так и четвертой теорией- энергетической (см. гл. 3, § 3, п. 2).

Значения предела текучести и временного сопротивления (см. табл. 2,1) получены при -f 20°С. При изменении температуры эти показатели меняются (рис. 2.16). При отрицательных температурах временное сопротивление и предел текучести существенно повышаются и сближаются между собой, пластические свойства при отрицательных температурах ухудшаются. При повышении температуры до +100, -f200C временное сопротивление и предел текучести почти не изменяются; при -!-300 °С получается некоторое повышение временного сопротивления. При температурах выше 400-500 °С замечается резкое снижение ат и Ов; при 600 °С они близки к нулю и несущая способность стали практически исчерпывается.

2. Работа стали при концентрации напряжений. В местах искажения сечения (у отверстий, выточек, надрезов, утолщений и т. п.) происходит искривление линий силового потока и их сгущение около препятствий (рис, 2,17), что приводит к повыщению напряжений в этих местах.

Отношение максимального напряжения в местах концентрации к номинальному, равномерно распределенному по ослабленному сечению, называется коэффициентом концентрации. Коэффициент концентрации у круглых отверстий и полукруглых выточек имеет значение 2-3. В местах острых надрезов оно выше и тем больше, чем меньше радиус кривизны надреза и чем гуще собирается в этих местах силовой поток; коэффициент концентрации в этом случае достигает значения 6-9.

Напряженное состояние изделия при наличии концентрации напряжений очень сложное, однако в основном по характеру работы металла можно установить две зоны: зону резкого перепада напряжений (зоны 2-3, рис. 2.18, а) и зону с распределением напряжений, близким к равномерному (зона /).

Развитие пластических деформаций и разрушение при равномерном