Различные дефекты свроения кристаллической решетки монокристалла называются дислокациями. Эти дефекты возникают при отсутствии атомов в узлах решетки (вакансии), «лишних» атомах, расположенных вне узлов Решетки Гмежузельных или внедренных атомов), смещениях одной части решетки относительно другой (винтовая дислокация) и т. д.

Учитывая это работу стали при растяжении можно представить в сле-луюшем виде Сначала до предела пропорциональности (Одц) происходят упругие деформации, пропорциональные действующей нагрузке, в виде уп-руговоэвратимого искажения атомной решетки. Затем в отдельных зернах феррита по благоприятно расположенным плоскостям, имеющим дислокации, проявляются отдельные сдвиги, пропорциональность между напряжениями и деформациями нарушается (деформации растут быстрее напряжений, уча-

центр дислокации

-o-e-« jj о-© G-0-©-ю- -юэ»о-о--

о-о» о» эо» о-о-

Рис. П.З. К работе стали

й -схема деформации монокристалла при растяжении; б - сдвиг по монокристаллу, не имеющему дефектов; 0 - то же, с дефектом строения кристаллической решетки

сток м.ежду Опц и сгт). При дальнейшем повышении напряжения сдвиги в отдельных кристаллах развиваются в линии сдвига, приводящие к большим деформациям при постоянном напряжении, и тем самым обусловливается площадка текучести. В зернах феррита происходят необратимые сдвиги по плоскостям скольжения. Поэтому после снятия нагрузки возвратится только имеющаяся упругая деформация (линия разгрузки пойдет параллельно линии нагрузки), а необратимая останется, приводя к остаточным деформациям.

При дальнейшем нагружении деформацию в кристаллитах феррита начинает сдерживать перлитовая сетка по границам кристаллов, линии сдвигов должны обтекать или ломать перлитовые включения, для чего необходимс повышение напряжений, чем и объясняется возрастающая несущая способность - стадия самоупрочнения. При дальнейшем возрастании напряжений деформации удлинения и поперечного сужения начинают концентрироваться в более слабом месте, образуя шейку. Сечение в шейке интенсивно уменьшается, что приводит к дополнительному повышению напряжен-ий в месте сужения, и в результате исчерпания сил межатомного взаимодействия происходит разрыв.

Площадка текучести свойственна сталям с содержанием углерода 0,1 - 0,3%. При меньшем содержании углерода перлитовых включений мало и они не могут оказать сдерживающего влияния по зернам феррита, при большем- перлитовые включения полностью блокируют зерна феррита и не дают про->:виться в них Существенным сдвигам.

Диаграмма работы материала при растяжении очень наглядно характеризует его поведение под нагрузкой. Ввиду простоты и четкости испытания на растяжение показатели предела теку-

6, hHIck 60

чести, временного сопротивления и относительного удлинения при растяжении, замеренные при нормальной температуре / = = 20° С,. являются главными характеристиками механических свойств металла и приводятся в стандартах на соответствующие марки стали.

2. РАБОТА СТАЛИ НА СЖАТИЕ

Под работой стали на сжатие понимают работу на сжатие коротких элементов, которые не могут потерять устойчивость. Напряжение в сжатом элементе определяют так же, как и в растянутом: o=P/f, кН/см. Диаграмма работы стали на сжатие показана, на рис. II.4. Там же для сравнения пунктиром нанесена диаграмма стали на растяжение.

Вначале сталь при сжатии ведет себя так же, как и при растяжении: тот же модуль упругости, совпадение пределов пропорциональности, упругости и текучести. В дальнейшем происходит раздвоение диаграмм: временное сопротивление сжатию получить у мягких малоуглеродистых сталей не удается, материал сплющивается, воспринимая все большую нагрузку. В последующем у мягких сталей появляются трещины по периметру образца, высокоуглеродистые хрупкие стали разрушаются по наклонным плоскостям.

Ввиду того что в упругой и упруго-пластической стадиях работы сталь прп растяжении и сжатии ведет себя одинаково, соответствующие расчетные характеристики ее принимаются также одинаковыми. Повышенная несущая способность при сжатии в области самоупрочнения используется при работе стали на смятие (сжатие коротких элементов, которые не могут потерять устойчивость); в этом случае расчетное сопротивление принимается более высоким, чем при растяжении и сжатии.

S. РАБОТА СТАЛИ ПРИ СЛОЖНОМ НАПРЯЖЕННОМ СОСТОЯНИИ

Сложное напряженное состояние характеризуется наличием двух или трех взаимно перпендикулярных главных нормальных напряжений 0\, Ог и Оз, действующих одновременно.

Рассмотрим двухосное (плоскостное) напряженное состояние, когда оч=7==0, 02=70, а аз=0. В этом случае растяжения в дву.х

16 20 t,4

Рис. II.4. Диаграмма работы стали на сжатие (кривая 1) и эталонная диаграмма растяжения (кривая 2)

12 16 20 2t 28 C%

направлениях (рис. II.5, кривая /) наблюдается повышение пределов пропорциональности, текучести и прочности, исчезает площадка текучести, сильно сокращается относительное удлинение. В случае растяжения в одном направлении и сжатия в другом происходит обратная картина (рис. II.5, кривая 2): уменьшаются пределы упругости, текучести и прочности, увеличивается относительное удлине-<, ние. Для сравнения со

стандартными характеристиками пунктиром показана эталонная диаграмма работы стали при обычном одноосном растяжении (кривая 3). Характер диаграммы работы стали зависит от соотношений главных напряжений oi и (Т2. Наиболее «жестко» сталь работает при Oi=02 и наиболее пластично при Oi = -02 (чистый сдвиг). Другие соотношения 0) и 02 дадут соответственно промежуточные диаграммы. Однозначное двухосное напряженное состояние, приводящее к повышению предела текучести и сокращению пластичности стали, является неблагоприятным, способствующим хрупкому разрушению стали, и, наоборот, разнозначное напряженное состояние благоприятно, так как дает повышенную пластичность.

В случае трехосного (объемного) напряженного состояния, когда 01=70, О2#0 и ОзтО, напряжение Оз усугубляет картину работы стали, описанную выше: если напряжение Оз имеет тот же знак, что Ui и Стг, то материал работает еще более упруго и жестко. При трехосном растяжении разрушение происходит упруго от отрыва (заметим, что при трехосном равномерном сжатии разрушить металл не удается). Если напряжение СТз имеет другой знак, то еще более облегчается переход в пластическуро стадию работы.

Таким образом, работа стали существенным образом зависит от напряженного состояния, которое предопределяет условия перехода его в пластическое состояние. Переход в пластическое состояние изучается в теориях прочности.

Рис. 11,5. Диаграмма работы стали при сложном напряженном состоянии / а, и Ог имеют одинаковые знаки; 2 - о, и о, имеют разные знаки; 3 - эталонная диаграмма одноосного растяжения

Теории Прочности рассматриваются в курсах сопротивления материалов.