СВОЙСТВА ПРИ СТАТИЧЕСКИХ НАПРЯЖЕНИЯХ

Прочность при растяжении. Испытание материалов на растяжение — наиболее простое и распространенное. Чтобы результаты испытаний были сравнимы, применяют геометрически подобные образцы обычно круглого сечения. Образец растягивают на разрывной машине с постоянной скоростью движения захватов и определяют зависимость удлинения расчетной части образца М от нагрузки Р вплоть до разрушения. По этим данным строят диаграмму растяжения (рис. 1), т. е. зависимость относительного удлинения от условного напряжения где — площадь поперечного сечения образца до деформации.

В начале нагружения между напряжением и деформацией существует линейная зависимость, что позволяет при расчетах пользоваться законом Гука. Напряжение, при котором отступление от линейной зависимости между напряжением и деформациями впервые достигает некоторой заданной величины, называют пределом пропорциональности (точка 1 на рис. 1). Если в какой-либо момент начать разгружать образец (точка А), то зависимость между напряжением и деформацией при разгрузке изобразится прямой линией практически параллельной линии нагрузки Деформация в точке А состоит из упругой части вуцр, которая устраняется

Рис. 1. Диаграмма растяжения

Рис. 2. Диаграмма растяжения с площадкой текучести

после снятия нагрузки, и остаточной (пластической) части которая остается после снятия нагрузки Напряжение, при котором остаточные деформации впервые достигают некоторой заданной величины (обычно порядка называют пределом упругости (точка 2) Предел упругости часто считают совпадающим с пределом пропорциональности При нагружении за пределом упругости остаточные деформации заметно увеличиваются Для низкоуглероди стой стали деформация некоторое время растет без нарастания напряжений, что дает площадку текучести (рис 2) Напряжение, соответствующее площадке текучести, называют пределом текучести егт.

Многие материалы не имеют площадки текучести Для них онределя ется условный предел текучести — напряжение, при котором остаточные деформации достигают некоторой заданной величины (обычно условный предел текучести, соответствующий указанной величине остаточной деформации, обозначают (точка 3 на рис. 1)

Вначале образец равномерно растягивается по всей длине, при большой деформации происходит потеря устойчивости пластической деформации и образуется местное сужение — шейка, в результате чего нагрузка, воспринимаемая образцом, и условное напряжение уменьшаются, хотя истинное напряжение, определяемое по действительной минимальной площади поперечного сечеиия образца, продолжает возрастать, как показано на рис 1 штриховой линией Хрупкие материалы разрушаются без образования заметной шейки Максимальное условное напряжение, которое выдерживает образец, называют временным сопротивлением, или пределом прочности (точка 4) Истинное напряжение в момент окончательного разрушения образца называют истинным пределом прочности —

При испытании на растяжение определяют также характеристики пластичности материала относительное удлинение и относительное сужение (уменьшение площади поперечного сечения) при разрыве

Относительное удлинение, числеиио равное отрезку (рис 1), вычисляют по формуле

где — суммарная длина разорвавшихся участков расчетной части образца, — Длина расчетной части образца до деформации Так как после образования шейки образец деформируется по длине неравномерно, то величина в определенной степени зависит от расчетной длины образца Поэтому удлинение, определенное на образце, расчетная длина которого в 5 раз превышает диаметр, иногда обозначают

Рис. 3. К определению твердости по Бринеллю

Относительное сужение поперечного сечения

где — площадь сечения расчетной части образца до деформации, — конечная площадь сечения по шейке образца после разрушения

Механические свойства сталей и других конструкционных материалов приведены в разделе «Расчеты на прочность»

При пластической деформации объем материала практически не меняется, поэтому до момента образования шейки и

После образования шейки формулой (3) определяется местное удлинение в зоне шейки, поэтому значение по формуле (3) оказывается большим, чем по формуле (1) Истинный предел прочности

При бопьших пластических деформациях приращение относительной деформации в каждый момент нагружения должно определяться по отношению к текущей длине образца

Полное истинное удлинение к

Истинное удлинение меньше условного, однако до значений, типичных для конструкционных материалов, различие между ними невелико Например, при величина В справочниках обычно приводят значения

Прочность при сжатии. Стандартных испытаний на сжатие обычно не проводят, так как такие испытания сопряжены с большими трудностями (при некотором эксцентриситете приложения сжимающей силы образцы начинают изгибаться, их форма из-за трения в захватах становится бочкообразной, образцы из пластичных материалов не разрушаются, а сплющиваются) Для большинства конструкционных материалов модуль упругости, предел пропорциональности (упругости) и условный предел текучести при растяжении и сжатии можно считать одинаковыми Предел прочности хрупких материалов (чугуны) при сжатии может быть значительно выше, чем при растяжении

Твердость Обычно чём тверже материал, тем выше его статическая прочность Так как испытание на твердость проводится без разрушения детали, широко применяют приближенную оценку прочности и правильности термообработки по значению твердости Твердость по Бринеллю по ГОСТ 9012-59 определяют вдавливанием в испытуемый материал шарика из закаленной стали диаметром 10 мм под нагрузкой Число равно отношению силы вдавливающей шарик, к площади поверхности полученного отпечатка (рис 3)

где Р берется в Н

Для оценки твердости иногда используют диаметр отпечатка в мм

1. Соотношения между числами твердости по Бринеллю, Роквеллу и пределом прочности сталей (см. скан)

Чем выше твердость, тем меньше диаметр отпечатка (табл. 1).

Твердость закаленной стали определяют по Роквеллу (ГОСТ 9013 - 59, шкала С) вдавливанием алмазного конуса. Число твердости соответствует разности глубин проникновения конуса под действием основной нагрузки и ее снятия при сохранении предварительной нагрузки

Для сталей между значениями чисел твердости и пределом прочности существуют устойчивые соотношения, приведенные в табл 1. Для материалов, разрушающихся без образования шейки (чугуны, литые алюминиевые сплавы), закономерной связи твердости с пределом прочности не наблюдается.

Ударная вязкость. Для контроля механических свойств материалов, особенно склонных к хрупкому разрушению, большое практическое значение имеет ударная вязкость которую определяют ударным разрушением на копре надрезанного образца стандартной формы (размерами с полукруглым надрезом глубиной 2 мм и радиусом 1 мм). Число равно отнесению работы .4, идущей на разрушение образца, к площади поперечного сечения обраны в месте излома

Для конструкционных сталей ударная вязкость обычно колеблется в пределах . Применение материалов с для изготовления деталей машин допускается в редких случаях

Влияние концентрации напряжения. При однократном статическом нагружении материал, обладающий достаточной пластичностью, по достижении в местах концентрации напряжений предела текучести деформируется без увеличения напряжений В результате напряжения по сечению выравниваются

Рис. 4. Кривые длительной прочности при разных постоянных температурах

и разрушающая иагрузка практически не изменяется. При повторных нагружениях концентрация напряжений снижает несущую способность детали (см. ниже). В более хрупких материалах неравномерное распределение напряжений сохраняется до момента разрушения и оценивается эффективным коэффициентом концентрации напряжений при постоянной нагрузке, который определяют экспериментально как отношение предела прочности гладкого образца к пределу прочности аналогичного образца с концентратором напряжений (обычно с надрезом)

Чувствительность материала к концентрации напряжения оценивают также ударной вязкостью, которую определяют на образцах с надрезом.