Относительное удлинение (δ5, δ10 (A), %) — мера пластичности: на сколько процентов образец вытянулся к моменту разрыва; чем выше — тем безопаснее сталь ведёт себя под перегрузкой.
Суть
При испытании на растяжение образец сначала удлиняется упруго, потом течёт, образует шейку и рвётся. Относительное удлинение показывает, насколько выросла расчётная длина образца к моменту разрыва по отношению к исходной. Это самая наглядная мера пластичности: сталь с δ5 = 25 % перед разрушением заметно вытягивается и «предупреждает» о перегрузке, сталь с δ5 = 5 % рвётся почти без деформации.
δ = (lк − l0) / l0 × 100 %
Здесь l0 — начальная расчётная длина образца, lк — длина того же участка после разрыва (половинки складывают вместе). Индекс у δ указывает, какой образец использовали: δ5 — короткий, с l0 = 5,65√F0 (для круглого сечения это пять диаметров), δ10 — длинный, с l0 = 11,3√F0. Поскольку основное удлинение сосредоточено в шейке, на коротком образце его доля больше: δ5 у той же стали всегда выше δ10, и сравнивать между собой можно только величины с одинаковым индексом. В европейских и американских нормах тот же показатель обозначают A (A5, A50 mm).
Вместе с относительным удлинением в ГОСТ 1497 определяют относительное сужение ψ — уменьшение площади сечения в шейке. Оба показателя дополняют друг друга: δ описывает равномерную и сосредоточенную деформацию по длине, ψ — способность металла деформироваться локально без трещины.
От чего зависит
- Углерод и прочность. Пластичность и прочность у стали связаны обратно: сталь 10 даёт δ5 ≥ 31 %, сталь 20 — ≥ 25 %, сталь 45 — ≥ 16 % (ГОСТ 1050). Легирование марганцем и кремнием в низколегированных сталях поднимает σт при умеренной потере δ.
- Структура и термообработка. Феррито-перлитная сталь после нормализации или отжига пластичнее, чем после закалки; отпуск возвращает часть удлинения.
- Наклёп. Холодная деформация (волочение, холодная прокатка, правка) резко снижает δ — это и есть деформационное упрочнение; снимается отжигом.
- Неметаллические включения и газы. Сера, фосфор, кислород в кипящей стали дают включения, на которых зарождается разрушение, поэтому у спокойной стали δ выше при том же составе.
- Направление вырезки и температура. Продольные образцы показывают большее удлинение, чем поперечные (строчечность структуры); при отрицательных температурах δ падает, а склонность к хрупкому разрушению оценивают уже по ударной вязкости.
Ключевые числа
| Метод определения | Растяжение по ГОСТ 1497; короткий образец l0 = 5,65√F0 (δ5), длинный l0 = 11,3√F0 (δ10) |
|---|---|
| Ст3сп, Ст3пс (ГОСТ 380 / ГОСТ 535), до 20 мм | δ5 ≥ 26 % |
| Сталь 10 (ГОСТ 1050), нормализованная | δ5 ≥ 31 % |
| Сталь 20 (ГОСТ 1050), нормализованная | δ5 ≥ 25 % |
| Сталь 45 (ГОСТ 1050), нормализованная | δ5 ≥ 16 % |
| Сталь 09Г2С (ГОСТ 19281) | δ5 ≥ 21 % |
| Сталь 17Г1С (ГОСТ 19281) | δ5 ≥ 20 % |
| Трубы ГОСТ 8731 из стали 10 / 20 / 09Г2С | δ5 ≥ 24 % / 21 % / 21 % |
| 12Х18Н10Т (ГОСТ 5949), закалка | δ5 ≥ 40 % |
Где встречается в трубах
Для трубы относительное удлинение — гарантия того, что металл переживёт гибку, раздачу, развальцовку и монтажные перегрузки без трещин, а при аварийном давлении сначала «раздуется», а не лопнет хрупко. Поэтому в стандартах на трубы δ5 нормируют наряду с σт и σв, а для холоднодеформированных труб требуют термообработку — иначе наклёп съедает запас пластичности.
- Нормы δ5 для горячедеформированных бесшовных труб заданы в ГОСТ 8731 по маркам: сталь 20, 09Г2С; сортамент — ГОСТ 8732-78.
- У электросварных труб из Ст3сп удлинение проверяют на образцах из основного металла и по сварному шву — см. контроль качества труб.
- Технологические пробы (сплющивание, раздача, загиб) по сути проверяют ту же пластичность на готовой трубе, что и δ на образце: приёмка труб и допуски.
- Фактическое δ5 партии — в паспорте качества, вместе с σт и σв; требования по маркам — в библиотеке стандартов.
- Как удлинение соотносится с прочностными характеристиками — в статьях о пределе текучести и временном сопротивлении.
Связанные термины
- Предел текучестиНапряжение, при котором сталь начинает деформироваться необратимо; главная расчётная характеристика для трубопроводов и конструкций.
- Временное сопротивление (предел прочности)Максимальное напряжение, которое выдерживает образец до разрушения; именно эта величина зашифрована в классе прочности «К».
- Ударная вязкость KCU и KCVРабота, затраченная на разрушение надрезанного образца ударом; показывает, склонна ли сталь к хрупкому разрушению, особенно на холоде.
- Наклёп (деформационное упрочнение)Рост прочности и твёрдости при холодной деформации за счёт искажения решётки; снимается отжигом.