Глава 2. МЕХАНИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ И ОЦЕНКА ПРОЧНОСТИ ДЕТАЛЕЙ

Следует различать механические характеристики материала, зависящие от его химического состава, структуры, термообработки, температуры, условий и скорости нагружегяя, и механические характеристики изготовленной из этого материала детали, на которые дополнительно влияют ее размеры и форма, а также условия взаимодействия с другими деталями и средой.

К основным механическим свойствам материала относят: прочность — способность сопротивляться нагрузкам без разрушения;

деформативность — способность изменять размеры и форму без разрушения;

упругость — способность восстанавливать первоначальные размеры и форму после снятия нагрузок;

пластичность — способность получать значительную деформацию, остающуюся после снятия нагрузки; эту деформацию называют остаточной;

твердость — способность сопротивляться при местных контактных воздействиях пластической деформации или хрупкому разрушению в поверхностном слое;

сопротивление усталости — способность сопротивляться усталости, т. е. возникновению и развитию трещины под влиянием многократно повторяющихся нагружений.

Материалы, разрушающиеся при значительной остаточной деформации, называют пластичными, при очень малой — хрупкими.

Характеристики прочности, пластичности и твердости определяют при постепенно возрастающих нагрузках; они служат для оценки статической прочности материала. Сопротивление усталости определяют при циклически меняющихся нагрузках, по ней судят о работоспособности материала при переменных напряжениях

По мере увеличения нагрузки или времени ее действия происходит постепенное исчерпание способности материала сопротивляться дальнейшему нагружению; это явление называют повреждаемостью.

Один и тот же материал при различных условиях и скоростях нагружения и при разных температурах может обладать различными механическими свойствами. Количественная оценка механических свойств проводится при испытании стандартных образцов в определенных условиях нагружения.

К основным механическим характеристикам детали наряду с ее прочностью и сопротивлением усталости относят жесткость — способность сопротивляться изменению размеров и формы под действием нагрузок; противоположную характеристику называют податливостью.

Нагрузка, при которой происходит нарушение прочности детали, препятствующее ее дальнейшей работе, может значительно превосходить нагрузку, вызывающую местное разрушение материала в какой-либо точке, вследствие включения в работу ранее менее нагруженных участков детали. Способность детали сопротивляться разрушению при наличии трещин называют трещиностойкостью.

Большинство используемых конструкционных материалов (стали, алюминиевые и титановые сплавы) имеют одинаковые механические свойства по всем направлениям, т. е. являются изотропными. Наряду с ними встречаются материалы (дерево, многие композиционные материалы, т. е. состоящие из двух или нескольких компонентов), свойства которых по разным направлениям существенно различны. Их называют анизотропными. Механические характеристики деталей из композиционных материалов зависят от способа их изготовления.

Анизотропия может быть специально получена в процессе отливки (детали с направленной кристаллизацией или монокрнсталлической структурой) для обеспечения повышенной прочности в направлении действия наибольших нагрузок.