Curba tensiune - deformatie la tractiune

Curba tensiune - deformatie la tractiune

Comportarea unui material la diverse solicitari este reflectata prin curba tensiune-deformatie care se determina pe baza incercarilor de laborator la tractiune, compresiune, rasucire, fluaj etc.

In cazul incercarii la tractiune, reprezentarea in coordonate rectangulare a variatiei tensiunii medii F/So in functie de deformatia specifica ε determina curba caracteristica conventionala la tractiune (fig. 2.29.). Portiunea liniara initiala OA a curbei caracteristice reprezinta zona de proportionalitate intre tensiune si deformtfie, zona in care este respectata legea lui Hooke. Tensiunea corespunzatoare punctului B reprezinta, limita de elasticitate adica tensiunea maxima pe care o poate suporta materialul fara ca deformatia sa primeasca un caracter permanent

In practica se considera insa ca materialul se comporta elastic pana in apropierea limitei de curgere conventionale R_p (ordonata punctului C ) definita ca raportul dintre sarcina corespunzatoare unei alungiri neproportionale prescrise si aria sectiunii transversale initiale So a epruvetei. Pentru oteluri, alungirea neproportionala se stabileste, uzual, la 0,2 %.

Raportul dintre sarcina maxima si aria sectiunii transversale initiale a epruvetei, Fmax / So, se numeste rezistenta la rupere (se simbolizeaza R_m corespunzand punctu­lui D pentru care sarcina este maxima).

La deformari mai mari decat cea corespunzatoare punctului D epruveta sufera o gatuire treptata care duce la ruperea in punctul E. Aparent, tensiunea in epruveta scade deoarece aceasta se calculeaza pentru sectiunea initiala considerata convenfional constanta pe parcursul incercarii. In realitate insa, sectiunea epruvetei se modifica treptat astfel ca tensiunea reala in sectiunea respectiva creste pana la rupere. Curba R_real = f / ε se numeste curba reala tensitme-deformatie spre deosebire de curba convenfionala tensiune-deformafie, care considera sectiunea epruvetei ca fiind constanta pe parcursul incercarii.

Incercand o corelare intre etapele ruperii ductile si diferitele portiuni ale curbei conventional tensiune - deformatie, se poate afirma ca aparitia fisurilor are loc in jurul punctului E (pe curba conventionala tensiune-deformatie), iar dezvoltarea acestora are loc in domeniul de deformare de dupa punctul mentionat, cind se constata ruperea efectiva a materialului. (fig. 2.29.). Limita dintre o rupere ductila si una fragila este arbitrara si relativa.

Un material dat se poate rupe fie fragil, fie ductil in raport cu urmatorii factori: starea de tensiune, structura materialului, conditiile de incercare (in special temperatura la care se realizeaza incercarea), dimensiunile si forma piesei etc. Rolul acestor factori, in
determinarea tipului fragil sau ductil de rupere, este definit de influenta pe care o
manifesta fiecare dintre ei asupra deplasarii dislocatiei. Factorii care se opun
deplasarii dislocatiilor faciliteaza ruperea fragila, iar factorii care produc
relaxarea tensiunilor, favorizeaza producerea ruperii pe cale ductila. Astfel
pentru un metal dat, starea de tensiune triaxiala, marimea insemnata a grauntelui
si prezenta incluziunilor favorizeaza ruperea fragila, in timp ce ridicarea temperaturii la care se produce incercarea sau micsorarea vitezei de aplicare a
sarcinii inlesneste ruperea ductila.

Ruperea la oboseala

Ruperile care apar in urma aplicarii unor sarcini variabile si repetate in timp se numesc ruperi la oboseala si se manifesta prin unele caracteristici care le deosebesc de ruperile determinate prin aplicarea unor sarcini constante. Ruperile la oboseala se produc, in general, la tensiuni mult mai mici decat cele necesare pentru a produce ruperea in conditii statice si sunt foarte periculoase deoarece nu sunt precedate de modificari vizibile ale aspectului sau dimensiunilor pieselor respective

Ruperea la oboseala a materialelor metalice este initiate de existenta unor concentratori de tensiune geometrici sau metalurgici(variatii bruste ale dimensiunilor; unghiuri ascutite interioare; gauri incluziuni nemetalice; microfisuri, microretasuri) care, sub actiunea sarcinilor variabile si repetabile in timp, determina o ecrasiunecrescanda a zonelor respective in urma careia materialul nu se mai poate deforma plastic si se fisureaza. Fisurarea are loc, deregula, la suprafata pieselor. Fisura astfel obtinuta se dezvolta treptat sub actiunea repetata a sarcinilor variabile, iar in momentul in care sectiunea efectiv ramasa nu mai rezista solicitarilor intervine, in mod corespunzator, ruperea brusca a acesteia.

O rupere prin oboseala poate fi usor recunoscuta prin existenta a doua zone distincte: o zona lucioasa, relativ neteda, dar care evidentiaza prin aspectul sau, formarea si avansarea in timp a fisurii incipiente si o zona mata, cu asperitati corespunzatoare ruperii finale, care are loc instantaneu (fig. 2.35.). Rezistenta la oboseala se defineste ca reprezentand tensiunea alternanta sau oscilanta care produce corespunzator ruperea unei epruvete dupa un numar de alternante extrem de mare. Numarul de alternante se stabileste conventional si este in mod obisnuit 10⁷ pentru oteluri, respectiv 10⁸ pentru aliajele neferoase.Rezistenta la oboseala scade cu cresterea dimensiunilor piesei si a rezistentei la intindere a materialului.

Fluajul

Daca la temperatura normala proprietatile de rezistenta ale materialelor metalice nu sunt practic dependente de timp, la temperaturi inalte insa, aceste proprietati pot suferi modificari considerabile.

Astfel, la temperaturi inalte, un material metalic se poate deforma plastic sub actiunea unor sarcini mult mai mici decat limita de curgere si, daca aceasta sarcina se mentine constanta, deformarea va avea un caracter absolut continuu, cu caracter permanent Deformarea lenta, progresiva in timp si continua a unui material sub actiunea unei sarcini constante se numeste fluaj.

Comportarea la fluaj a unui material metalic poate fi caracterizata prin curba de fluaj, care se determina prin aplicarea unei sarcini constante de tractiune unei epruvete, care se mentine un anumit timp la o temperatura inalta. Se determina astfel variatia in timp a deformatiei epruvetei care, in cazul general, poate fi reprezentata printr-o curba de fluaj (fig. 2.36.). Dupa lungirea instantanee ε aceasta curba prezinta trei zone de maxima importanta: zona fluajului primar sau nestabilizat (AB), zona fluajului secundar sau stabilizat (BC), zona fluajului tertiar sau accelerat (CD). In prima zona viteza de fluaj descreste, rezistenta la fluaj a materialului crescand datorita deformatiei plastice proprii, care produce o ecruisare tot mai puternica. A doua zona se caracterizeaza printr-o viteza de fluaj aproximativ constanta, ca urmare a procesului de ecruisare prin relaxarea determinata de fenomene de restaurare. Valoarea medie a vitezei de fluaj in aceasta zona se numeste: viteza minima de fluaj. A treia zona se caracterizeaza printr-o crestere extrem de rapida a vitezei de fluaj. Acest fenomen se petrece pana la ruperea in punctul D. Cresterea este legata atat de reducerea sectiunii (gatuirea epruvetei), cat si de anumite modificari structurale ale materialului metalic.

Principalele mecanisme microscopice responsabile de producerea flua­jului sunt urmatoarele: alunecarea dislocatiilor (la temperaturi mici), catararea dislocatiilor: limiteaza actiunea de blocare a dislocatiilor exercitata de fazele precipitate pe planul de alunecare a defectelor liniare, alunecarea limitelor de graunti, difuzia atomilor si a vacantelor.

La fluaj, actiunea simultana a doua fenomene va caracteriza fiecare stadiu in producerea acestuia: fenomenul de durificare prin multiplicare dislocatiilor - ecruisarea, fenomenul de reducere numarului de dislocatii - recoacere - care implica scaderea rezistentei materialului.