Діаграма деформування

Рис.1 Діаграма деформування металевого матеріалу. Напруження ($\sigma$) показано у функції від деформації ($\epsilon$)
1: Границя істинної пружності
2: Границя пропорційності
3: Границя пружності
4: Границя текучості σ_0,2

Рис.2 Діаграма розтягу конструкційної сталі
1. Границя міцності
2. Границя текучості
3. Руйнування
4. Область деформаційного зміцнення
5. Область деформаційного знеміцнення
A: Умовне напруження (F/A₀)
B: Істинне напруження (F/A)

Рис.3 Крива деформування крихкого матеріалу

Діагра́ма деформува́ння (у частковому випадку — діаграма розтягання) відображає залежність між напруженням і деформацією матеріалу. Крива може мати різну форму в залежності від виду матеріалу, його стану та умов, при яких відбувалось навантаження (наприклад від температури).

Діаграма розтягування має низку характерних ділянок (див. рис.1 та 2).

Від початку навантажування до певного значення напружень має місце прямо пропорційна залежність між напруженням та деформацією. На цій стадії розтягування справедливий закон Гука.

Далі ця лінійна залежність втрачається і межа має назву границя пропорційності. Отже границею пропорційності називається напруження, після якого порушується закон Гука (точка 2 рис.1).

При подальшому збільшенні навантаження, у матеріалі з'являються залишкові деформації, що не зникають після розвантаження. Найбільше напруження, до якого залишкова деформація не виявляється, називається границею пружності (точка 3 рис.1).

Для випадку конструкційних сталей границя текучості відповідає площинці текучості діаграми деформування матеріалу. Подальше збільшення навантаження приводить до появи горизонтальної площинки текучості на діаграмі деформування (точка 2 на рис.2). Такий процес деформації називають текучістю матеріалу, що супроводжується залишковим подовженням при постійному навантаженні (напруженні), яке не зникає після розвантаження. Отже, границею текучості (англ. Yield Strength) σ_Т зветься найменше напруження, при якому деформація зразка відбувається при постійному розтягувальному напруженні. У випадку, якщо така площинка текучості відсутня, замість σ_т використовується напруження σ_0,2 (читається: сигма нуль-два), яке відповідає напруженню, при якому залишкова відносна деформація у матеріалі (пластична деформація) складає $\epsilon = 0,2 %$ на довжині випробовуваного зразка (точка 4 на рис.1).

Початок пластичної деформації відповідає настанню деякого критичного стану, який можна виявити не тільки за появою залишкових деформацій, але і за підвищенням температури, зміною електропровідності та магнітних властивостей при цьому. Після стадії текучості матеріал знову набуває здатності збільшувати опір (зона деформаційного зміцнення англ. Strain Hardening) до деякої границі. Напруження, що відповідає максимальному опору матеріалу має назву тимчасовий опір або границя міцності (англ. Ultimate Strenght) і позначається σ_в (точка 1 на рис.2).

Подальше деформування матеріалу відбувається катастрофічно і супроводжується локалізацією деформації (поява шийки) та пов'язаним з цим частковим розвантаженням. Ця зона діаграми має назву «область знеміцнення» (англ. Necking region) (поз.5 на рис.2) і закінчується руйнуванням (точка 3 на рис.2).

Слід зауважити, що така форма діаграми (діаграма A на рис.2) має місце, коли оперувати умовними напруженнями (обчислюються відношенням зусилля до початкової площі зразка). У випадку коли розраховувати напруження по реальній площі (істинні напруження), котра у випадку розтягу зменшується, то буде отримано діаграму в істинних напруженнях (діаграма B, на рис.2) і характерного екстремуму, що відповідає границі міцності не спостерігається.

Наведені вище закономірності характерні для пластичних матеріалів. У випадку крихких матеріалів (наприклад, скла) діаграма деформування по деформаціях є значно коротшою і, слід відзначити, що руйнування настає без прояву пластичності (рис.3).

Див. також

Напруження
Деформація
Пружність
Пластичність
Міцність

Література

• Опір матеріалів. Підручник /Г. С. Писаренко, О. Л. Квітка, Е. С. Уманський. За ред. Г. С. Писаренка — К.: Вища школа,1993 .- 655 с. ISBN 5-11-004083-5
• Опір матеріалів: Навч. посіб. для студентів ВНЗ. Рекомендовано МОН / Шваб’юк В.І. — К., 2009. — 380 с.

Посилання

• Stress-strain diagram
• Engineering Stress-strain Curve