Порог и предел упругости сплавов
Сопротивление малым пластическим деформациям — основное свойство пружинных сплавов — еще до сих пор часто характеризуют величиной предела текучести, реже предела пропорциональности и только в последнее время начали более широко использовать для этой цели величину предела упругости.
В то же время предел текучести соответствует такому напряжению, при котором остаточные деформации приобретают величину 0,05—0,2%, существенно превосходящую допустимую для упругих элементов и соответствующую значительным изменениям в дислокационной структуре. Поэтому использование величины предела текучести для расчетов упругих элементов, работающих даже в условиях статических напряжений, или для оценки качества пружинных сплавов нельзя признать правильным. Также нельзя считать достаточно обоснованным применение для точной характеристики пружинных материалов предела пропорциональности, поскольку в условиях обычно используемых методов его определения он может отвечать либо напряжению, соответствующему упругой области, либо развитию небольшой пластической деформации. Наконец, при определении пределов текучести и пропорциональности требуется измерение полной деформации в условиях приложенной нагрузки и величины самой нагрузки с достаточно высокой точностью.
Более надежная характеристика свойств пружинных сплавов — условный предел упругости, соответствующий появлению остаточной деформации -10в-3% или лучше 10в-4%. Главное отличие предела упругости от предела пропорциональности — не в величине заданного допуска на остаточную деформацию, а в более высокой точности его определения при равноценной методике испытаний, поскольку при этом измеряется только остаточная деформация после разгрузки. Кроме того, предел упругости прямо указывает на величину напряжения, соответствующую появлению определенной остаточной деформации. Поэтому при изучении и оценке пружинных сплавов основное внимание следует уделять определению предела упругости тем более, что в ряде случаев в упругих элементах действуют напряжения, близкие к этой характеристике сопротивления малым пластическим деформациям.
Наконец, важен и тот факт, что между условным пределом упругости и величиной упругого гистерезиса, определяемого при технических измерениях (рис. 1), упругого последействия и циклической прочности (рис. 2), существует достаточно четкая и физически обоснованная корреляция.
Известно, что у многих монокристаллов отчетливо выражен абсолютный предел упругости, ниже которого нет ни остаточной деформации, ни упругого гистерезиса, иначе говоря, ниже этого предела кристаллы ведут себя как идеально упругое тело. Судя по данным экспериментальных исследований, и для поликристаллов существует предел упругости, близкий к абсолютному, который можно назвать порогом упругости. Ниже этого порога упругости, измеряемого с допуском на остаточную деформацию ~10в-4% или ~10в-5%, не обнаруживается остаточной деформации даже при увеличении точности измерений.
Этот порог упругости, или абсолютный предел упругости, некоторые авторы определяют как напряжение, соответствующее первому появлению замкнутой петли упругого гистерезиса, после того как линии нагрузки и разгрузки совпадали (при более низких напряжениях). Если построить зависимость площади замкнутой петли гистерезиса, т. е. величины, пропорциональной энергии, рассеиваемой в процессе деформации, в функции амплитуды напряжения, то порогом упругости можно назвать напряжение, получаемое в результате экстраполяции указанной зависимости на нулевую площадь петли. Однако вопрос о применении этого метода определения истинного предела или порога упругости, по-видимому, нуждается в дополнительном обсуждении, поскольку образование замкнутой петли гистерезиса, по данным, связано не только с изменением в дислокационной структуре, зависящей от природы металла, но и с методикой испытания или обработки образцов.
При достаточно большой амплитуде напряжений петля упругого гистерезиса от замкнутой переходит в незамкнутую, или открытую. Напряжение, отвечающее первому появлению такой петли, а следовательно, и некоторой микропластической деформации — обычно величиной порядка (1/2)*10в-6 — можно называть пределом микротекучести (упругости). Естественно, что величины абсолютного предела, или порога упругости и предела микротекучести (или упругости) зависят от чувствительности измерительной техники, но при одинаковой чувствительности измерительных средств они характеризуют разные стадии процесса деформации (микропластической деформации).