Влияние дополнительных напряжений на формоизменение, пластичность и сопротивление деформации

Цель работы: Изучить влияние формы сечения полосы на появление дополнительных напряжений, изучить влияние дополнительных напряжений на сопротивление деформации и пластичность при растяжении стальных цилиндрических образцов.

Оборудование: лабораторный прокатный стан с гладкими рабочими валками, универсальная испытательная машина УИМ-50.

Образцы: три стальных образца с разной формой поперечного сечения для первой части работы; цилиндрический образец и образец с кольцевым надрезом для второй части работы.

Измерительный инструмент: штангенциркуль 0–250 мм, с точностью измерения 0,05 мм; микрометр 0–25 мм, с точностью измерения 0,01 мм.

Общие сведения

Пластическая деформация металлов всегда сопровождается неравномерным распределением деформаций по объему. Причинами неравномерной деформации являются:

• неоднородность внутреннего строения (разные механические свойства отдельных зерен, различная их ориентация и т.д.);

• неравномерное распределение температур по объему деформируемого тела;

• наличие сил внешнего трения;

• неравномерное распределение напряжений, связанное с влиянием формы инструмента и заготовки.

При неравномерной деформации связанные между собой частицы тела, действуя друг на друга, вызывают появление внутренних взаимно уравновешенных напряжений. Очевидно, частицы металла, получающие большую положительную деформацию (растяжение), будут стремиться растянуть соседние слои, т.е. создают в них напряжения растяжения, и, наоборот, частицы, получающие меньшее растяжение по сравнению с соседними, будут препятствовать растяжению последних, налагая на них напряжения сжатия.

Напряжения, возникающие от неравномерной деформации различных слоев металла, называют дополнительными напряжениями. Эти напряжения накладываются и алгебраически суммируются с основными напряжениями, изменяя величину и характер распределения рабочих напряжений [4]. Так как дополнительные напряжения являются взаимно уравновешенными, то после снятия приложенной нагрузки они могут остаться в деформированном теле и тогда называются остаточными.

Дополнительные напряжения, а, следовательно, и остаточные, различают трех видов: дополнительные напряжения первого рода – напряжения, взаимно уравновешивающиеся между значительными объемами деформируемого тела; второго рода – между отдельными металлическими зернами и третьего рода – внутри зерна.

Величина дополнительных (остаточных) напряжений и время, в течение которого тело подвержено воздействию этих напряжений, зависят от температуры деформации. Чем выше температура, тем меньше величина дополнительных и остаточных напряжений. Остаточные напряжения полностью отсутствуют, если температура горячей обработки обеспечивает полную рекристаллизацию данного металла [5].

Дополнительные напряжения, увеличивающие накопленную потенциальную энергию деформируемого тела, способствуют повышению сопротивления деформированию. Если сумма основных и дополнительных напряжений достигнет значения сопротивления разрушению, то наступает разрушение. Особенно опасны в этом отношении растягивающие дополнительные напряжения у поверхности образца. Наличие их значительно снижает пластичность металла.