§ 11.6. Упругость, пластичность, хрупкость и твердость.
При любом виде деформации в твердом теле происходит смещение частиц, из которых оно состоит, относительно друг друга. Это вызывает возникновение в материале сил, препятствующих деформации. Эти силы, называемые силами упругости, действуют как внутри деформированного тела, между его частями, так и на другие тела, вызвавшие его деформацию. Они стремятся восстановить прежнюю форму и объем деформированного тела. Свойство деформированных тел принимать свою первоначальную форму и свой объем после прекращения действия внешних сил называется упругостью. Деформация тела, которая исчезает после снятия внешних нагрузок на это тело, называется упругой деформацией.
Опыт показывает, что тело можно деформировать настолько, что оно не восстановит свою прежнюю форму, когда внешние воздействия на него исчезнут. Свойство тел сохранять деформацию после снятия внешних нагрузок называют пластичностью. Остаточная деформация тела, которая сохраняется после снятия внешних нагрузок на тело, называется пластической деформацией.
Упругость (пластичность) тел в основном определяется материалом, из которого они сделаны. Например, сталь и резина упруги, а медь и воск пластичны. Деление материалов на упругие и пластичные условно, так как каждый материал в большинстве случаев обладает одновременно и пластичностью, и упругостью. Например, стальную пружину можно растянуть так, что она уже не сожмется. С другой стороны, медная спираль при небольших растяжениях пружинит (т. е. сжимается, если ее отпустить). Опыт показывает, что обычно при постепенном увеличении нагрузок на материал в теле сначала возникают упругие деформации, а затем появляются пластические деформации.
Кроме того, свойства материала сильно зависят от внешних условий. Например, обычно пластичный свинец при низких температурах становится упругим, а упругая сталь при очень больших давлениях или высоких температурах становится пластичной.
Важными механическими свойствами материалов, которые приходится учитывать в машиностроении, являются хрупкость и твердость.
На практике встречаются материалы, которые при относительно небольших нагрузках упруго деформируются, а при увеличении внешней нагрузки разрушаются прежде, чем у них появится остаточная деформация. Такие материалы называются хрупкими (например, стекло, кирпич). Хрупкие материалы очень чувствительны к ударной нагрузке. При резком ударе хрупкие тела сравнительно легко разрушаются.
Твердость материала можно определить различными способами. Обычно более твердым считают тот материал, который оставляет царапины на поверхности другого материала. Наиболее твердым материалом является алмаз. В технике твердость материала определяют вдавливанием в его поверхность алмазного конуса или стального шара (рис. 11.18). Чем меньше войдет конус в материал при определенной силе вдавливания, тем тверже этот материал.
Рис. 11.18.
Твердость материала существенно влияет на величину трения качения, поэтому шариковые подшипники делают из твердой стали. При малой площади соприкосновения твердость материала имеет значение и для трения скольжения, например, опоры для осей в часах делают из твердых материалов — рубина и агата.
