Материал: Экспериментальные методы исследований. Калинин Ю.Е

диаграмме кручения не бывает, хотя после образования первых трещин деформация становится неравномерной, сосредоточиваясь вблизи излома.

Рис. 4.15. Диаграмма кручения

По аналогии с другими статическими испытаниями при кручении определяют условные пределы пропорциональности, упругости, текучести и прочности, а также истинный предел прочности. Но все эти свойства выражают не через нормальные, а через касательные напряжения. В области упругой деформации кручением цилиндрического образца

181

где d - диаметр рабочей части образца; W - момент сопротивления; Jp - полярный момент инерции сечения для круглого образца, Jр = d3/32.

Формула (4.11) дает хорошие результаты и в области малых пластических деформаций, но после значительного пластического течения она уже непригодна. По ней рассчитывают все перечисленные выше прочностные свойства при кручении, кроме истинного предела прочности. Последний определяют по формуле, учитывающей поправку на пластическую деформацию:

где Mкр - наибольший крутящий момент, предшествующий разрушению образца; - удельный угол закручивания перед разрушением (в радианах на 1 мм):

Предел пропорциональности при кручении пц – это ус-

ловное касательное напряжение, при котором отступление от линейной зависимости между напряжениями и деформациями достигает такой величины, когда тангенс угла, образуемого касательной к диаграмме кручения и осью деформаций, превышает первоначальное значение на 50 % (рис. 4.15, ’).

Предел упругости при кручении упр - условное касательное напряжение, при котором образец подвергается остаточной сдвиговой деформации па заданную величину. Допуск на остаточную деформацию задается по величине относительного сдвига

182

который должен быть равен 0,0045; 0,0075 или 0,016 %. За предел упругости упр принимают напряжение, при котором относительный сдвиг становится равным сумме сдвига в момент достижения пц и заданного допуска.

На стадии упругой деформации по результатам испытания на кручение может быть определен модуль сдвига:

Определяемый при кручении предел текучести обычно условный. Это касательное напряжение, вычисляемое по формуле (4.11), которому соответствует остаточный относительный сдвиг на 0.3 % (0,3), что эквивалентно удлинению = 0,2 %.

Условный предел прочности при кручении тпч соответ-

ствует моменту кручения перед разрушением, его рассчитывают без учета пластической деформации по формуле (4.11). Для определения истинного предела прочности по формуле (4.12) образец после начала пластической деформации нагружают небольшими ступенями до разрушения, измеряя Mкр, 1 и 2 после каждой ступени. Затем вычисляют удельный угол закручивания по формуле (4.13) и строят участок диаграммы кручения перед разрушением в координатах Mкр -. По полученной кривой графически определяют величину dMкр/d как тангенс угла между касательной к точке, соответствующей наибольшему крутящему моменту, и осью абсцисс.

Условные пределы пропорциональности, упругости, текучести и прочности при кручении имеют физический и технический смысл, аналогичный соответствующим прочностным свойствам при других статических испытаниях для материалов, разрушающихся после сжатия и изгиба и дающих первичную диаграмму растяжения без максимума. Для материалов, в которых при растяжении образуется шейка, величины пч и особенно tк являются более строгими характеристика-

183

ми предельной прочности в условиях кручения, чем B, SВ и Sh при растяжении.

Основной характеристикой пластичности при кручении является относительный сдвиг g, определяемый по формуле (4.14) в момент разрушения. Величина g при этом включает как упругую, так и остаточную деформацию. Для пластичных материалов, у которых вклад упругой деформации по сравнению с пластической относительно мал, общий сдвиг можно без большой погрешности принять за остаточный. Для малопластичных металлов и сплавов при расчете остаточного относительного сдвига необходимо вычесть из общего g, определенного по формуле (4.15), упругий сдвиг gупр = (пц/G)100 %.

Разновидностью испытаний на кручение является проба на скручивание проволоки диаметром d менее 10 мм. Образец длиной 100d зажимается в твердых губках захватов и скручивается при вращении до разрушения.

4.7. Испытания на замедленное разрушение

Замедленным (задержанным) называют разрушение дета-

лей при комнатной или близкой к ней температуре через некоторое время после начала действия постоянного напряжения, которое ниже предела текучести. К такому разрушению склонны закаленные и неотпущенные стали, высокопрочные алюминиевые, титановые и другие сплавы. Склонность к замедленному разрушению усиливают водород, содержащийся в сталях и титановых сплавах, а также острые надрезы и другие концентраторы напряжений. Замедленное разрушение может произойти даже при хранении изделия, если в нем имеются остаточные напряжения (литейные, закалочные и др.).

Время до начала разрушения может колебаться от нескольких минут до нескольких месяцев и лет. В этот инкубационный период происходит зарождение и (или) докритический рост трещины. После достижения трещиной критического размера lкр, зависящего от действующего растягивающего на-

184

пряжения, происходит ее быстрый закритический рост, и деталь растрескивается или полностью разрушается. Излом замедленного разрушения является макрохрупким.

Испытания на замедленное разрушение проводят с использованием цилиндрических образцов, аналогичных разрывным, но имеющим посередине рабочей части острый надрез в виде кольцевой выточки (рис. 4.16). Растягивающее напряжение обычно составляет (0,7 - 0,9) 0,2. Нагружение образцов проводят в машинах, предназначенных для испытаний на длительную прочность, либо в специальных пружинных устройствах, схема одного из которых показана на рис. 4.17. Характеристикой замедленного разрушения является время до разрушения при заданном напряжении.

Рис. 4.16. Образец для испытания на замедленное разрушение

Время до разрушения возрастает с уменьшением напряжения, причем существует пороговое напряжение п, ниже которого замедленное разрушение вообще не происходит (рис.

4.18).

4.8. Испытания на ударную вязкость

Громадное число машин и конструкций подвергаются ударным нагрузкам, которые часто приводят к разрушению.

185