Разные материалы по-разному реагируют на приложенную к ним внешнюю силу, вызывающую изменение их формы и линейных размеров. Такое изменение называют пластической деформация. Если тело после прекращения воздействия самостоятельно восстанавливает первоначальную форму и линейные размеры — такая деформация называется упругой.
Упругость, вязкость, прочность и твердость являются основными механическими характеристиками твердых и аморфных тел и обуславливают изменения, происходящие с физическим телом при деформации под действием внешнего усилия и ее предельном случае — разрушении.
Предел текучести материала — это значение напряжения (или силы на единицу площади сечения), при котором начинается пластическая деформация.
Поведение сталей при высоких температурах
Текучесть металла
Знание механических свойств материала чрезвычайно важно для конструктора, который использует их в своей работе.
Он определяет максимальную нагрузку на ту или иную деталь или конструкцию в целом, при превышении которой начнется пластическая деформация, и конструкция потеряет с вою прочность, форму и может быть разрушена.
Разрушение или серьезная деформация строительных конструкций или элементов транспортных систем может привести к масштабным разрушениям, материальным потерям и даже к человеческим жертвам.
Предел текучести — это максимальная нагрузка, которую можно приложить к конструкции без ее деформации и последующего разрушения. Чем выше его значения, тем большие нагрузки конструкция сможет выдержать.
Текучесть металла
На практике предел текучести металла определяет работоспособность самого материала и изделий, изготовленных из него, под предельными нагрузками. Люди всегда прогнозировали предельные нагрузки, которые могут выдержать возводимые ими строения или создаваемые механизмы.
На ранних этапах развития индустрии это определялось опытным путем, и лишь в XIX веке было положено начало созданию теории сопротивления материалов. Вопрос надежности решался созданием многократного запаса по прочности, что вело к утяжелению и удорожанию конструкций.
Сегодня необязательно создавать макет изделия определенного масштаба или в натуральную величину и проводить на нем опыты по разрушению под нагрузкой — компьютерные программы семейства CAE (инженерных расчетов) могут с точностью рассчитать прочностные параметры готового изделия и предсказать предельные значения нагрузок.
Величина предела текучести материала
С развитием атомной физики в XX веке появилась возможность рассчитать значение параметра теоретическим путем. Эту работы первым проделал Яков Френкель в 1924 году.
Исходя из прочности межатомных связей, он путем сложных для того времени вычислений определил величину напряжения, достаточного для начала пластической деформации тел простой формы.
Величина предела текучести материала будет равна
ττ=G/2π. , где G — модуль сдвига, как раз и определяющий устойчивость связей между атомами.
Расчет величины предела текучести
Гениальное допущение, сделанное Френкелем при расчетах, заключалось в том, что процесс изменения формы материала рассматривался как приводимый в действие напряжениями сдвига. Для начала пластической деформации полагалось достаточным, чтобы одна половина тела сдвинулась относительно другой до такой степени, чтобы не смогла вернуться в начальное положение под действием сил упругости.
График физического предела текучести
Френкель предположил, что испытываемый в мысленном эксперименте материал имеет кристаллическое или поликристаллическое строение, свойственно для большей части металлов, керамики и многих полимеров.
Такое строение предполагает наличие пространственной решетки, в узлах которой в строго определенном порядке расположены атомы. Конфигурация этой решетки строго индивидуальны для каждого вещества, индивидуальны и межатомные расстояния и связывающие эти атомы силы.
Таким образом, чтобы вызвать пластическую деформацию сдвига, потребуется разорвать все межатомные связи, проходящие через условную плоскость, разделяющую половины тела.
При некотором значении напряжения, равному пределу текучести, связи между атомами из разных половин тела разорвутся, и рады атомов сместятся друг относительно друга на одно межатомное расстояние без возможности вернуться в исходное положение. При продолжении воздействия такой микросдвиг будет продолжаться, пока все атомы одной половины тела не потеряют контакт с атомами другой половины
В макромире это вызовет пластическую деформацию, изменит форму тела и при продолжении воздействия приведет к его разрушению. На практике линия начала разрушений проходит не посередине физического тела, а находится в местах расположения неоднородностей материала.
Физический предел текучести
В теории прочности для каждого материала существует несколько значений этой важной характеристики.
Физический предел текучести соответствует значению напряжения, при котором, не смотря на деформацию, удельная нагрузка не меняется вовсе или меняется несущественно.
Иными словами, это значение напряжения, при котором физическое тело деформируется, «течет», без увеличения прилагаемого к образцу усилия
Условный предел текучести
Большое число металлов и сплавов при испытаниях на разрыв демонстрируют диаграмму текучести с отсутствующей или слабо выраженной «площадкой текучести». Для таких материалов говорят о условном пределе текучести. Его трактуют как напряжение, при котором происходит деформация в переделах 0,2%.
Условный предел текучести
К таким материалам относятся легированные и высокоуглеродистые стальные сплавы, бронза, дюралюминий и многие другие. Чем более пластичным является материал, тем выше для него показатель остаточных деформаций. Примером пластичных материалов могут служить медь, латунь, чистый алюминий и большинство низкоуглеродистых стальных сплавов.
Сталь, как самый популярный массовый конструкционный материал, находится под особо пристальным вниманием специалистов по расчету прочности конструкций и предельно допустимых нагрузок на них.
Стальные сооружения в ходе их эксплуатации подвергаются большим по величине и сложным по форме комбинированным нагрузкам на растяжение, сжатие, изгиб и сдвиг. Нагрузки могут быть динамическими, статическими и периодическими.
Несмотря на сложнейшие условия использования, конструктор должен обеспечить у проектируемых им конструкций и механизмов долговечность, безотказность и высокую степень безопасности как для персонала, таки для окружающего населения.
Предел текучести стали
Поэтому к стали и предъявляются повышенные требования по механическим свойствам.
С точки зрения экономической эффективности, предприятие стремится снизить сечение и другие размеры производимой им продукции, чтобы снизить материалоемкость и вес и повысить, таким образом, эксплуатационные характеристики.
На практике это требование должно быть сбалансировано с требования ми по безопасности и надежности, зафиксированными в стандартах и технических условиях.
Предел текучести для стали является ключевым параметрам в этих расчетах, поскольку он характеризует способность конструкции выдерживать напряжения без необратимых деформаций и разрушения.
Влияние содержание углерода на свойства сталей
Согласно физико-химическому принципу аддитивности, изменение физических свойств материалов определяется процентным содержанием углерода.
Повышение его доли до 1,2% дает возможности увеличить прочность, твердость, предел текучести и пороговую хладоемкость сплава.
Дальнейшее повышение доли углерода приводит к заметному снижению таких технических показателей, как способность к свариваемости и предельная деформация при штамповочных работах. Стали с низким содержанием углерода демонстрируют наилучшую свариваемость.
Азот и кислород в сплаве
Эти неметаллы из начала таблицы Менделеева являются вредными примесями и снижают механические и физические характеристики стали, такие, например, как порог вязкости, пластичность и хрупкость.
Если кислород содержится в количестве свыше 0,03%- это ведет к ускорению старения сплава, а азот увеличивает ломкость материала.
С другой стороны, содержание азота повышает прочность, снижая предел текучести.
Микроструктура сплава, в составе которого присутствуют азот и кислород
Добавки марганца и кремния
Легирующая добавка в виде марганца применяется для раскисления сплава и компенсации отрицательного влияния вредных серосодержащих примесей. Ввиду своей близости по свойствам к железу существенного самостоятельного влияния на свойства сплава марганец не оказывает. Типовое содержание марганца – около 0,8%.
Кремний оказывает похожее воздействие, его добавляют в процессе раскисления в объемной доле, не превышающей 0,4%. Поскольку кремний существенно ухудшает такой технический показатель, как свариваемость стали. Для конструкционных сталей, предназначенных для соединения сваркой, его доля не должна превышать 0,25%. На свойства стальных сплавов кремний влияния не оказывает.
Примеси серы и фосфора
- Сера является исключительно вредной примесью и отрицательно воздействует на многие физические свойства и технические характеристики.
- Предельно допустимое содержание этого элемента в виде хрупких сульфитов– 0,06%
- Сера ухудшает пластичность, предел текучести, ударную вязкость, износостойкость и коррозионную стойкость материалов.
Фосфор оказывает двоякое воздействие на физико-механические свойства сталей. С одной стороны, с повышением его содержания повышается предел текучести, однако с другой стороны, одновременно понижаются вязкость и текучесть. Обычно содержание фосфора находится в пределах от 0,025 до 0,044%. Особенно сильное отрицательное влияние фосфор оказывает при одновременном повышении объемных долей углерода.
Легирующие добавки в составе сплавов
Легирующими добавками называют вещества, намеренно введенные в состав сплав для целенаправленного изменения его свойств до нужных показателей. Такие сплавы называют легированными сталями. Лучших показателей можно добиться, добавляя одновременно несколько присадок в определенных пропорциях.
Влияние легирующих элементов на свойства стали
Распространенными присадками являются никель, ванадий, хром, молибден и другие. С помощью легирующих присадок улучшают значение предела текучести, прочности, вязкости, коррозионной стойкости и многих других физико-механических и химических параметров и свойств.
Текучесть расплава металла
Текучестью расплава металла называют его свойство полностью заполнять литейную форму, проникая в малейшие полости и детали рельефа. От этого зависит точность отливки и качество ее поверхности.
Жидкий металл для процессоров
Свойство можно усилить, если поместить расплав под избыточное давление. Это физическое явление используется в установках литья под давлением. Такой метод позволяет существенно повысить производительность процесса литья, улучшить качество поверхности и однородность отливок.
Испытание образца для определения предела текучести
Чтобы провести стандартные испытания, используют цилиндрический образец диаметром 20 мм и высотой 10 мм, закрепляют его в испытательной установке и подвергают растягиванию. Расстояние между нанесенными на боковой поверхности образца метками называют расчетной длиной. В ходе измерений фиксируют зависимость относительного удлинения образца от величины растягивающего усилия.
Зависимость отображают в виде диаграммы условного растяжения. На первом этапе эксперимента рост силы вызывает пропорциональное увеличение длины образца.
По достижении предела пропорциональности диаграмма из линейной превращается в криволинейную, теряется линейная зависимость между силой и удлинением.
На этом участке диаграммы образец при снятии усилия еще может вернуться к исходным форме и габаритам.
Для большинства материалов значения предела пропорциональности и предела текучести настолько близки, что в практических применениях разницу между ними не учитывают.
Условный предел текучести – напряжение, соответствующее условно заданной величине деформации, равной 0,2%
- Количественными характеристиками прочности материала являются предел текучести и предел прочности.
- Прочность – способность материалов сопротивляться воздействию внешних нагрузок.
- Упругость – способность материала восстанавливать свою первоначальную форму и размеры после прекращения действия нагрузки.
Выше точки А нарушается пропорциональность между напряжением и деформацией, однако деформация практически является упругой.
В материале фиксируются лишь ничтожные доли остаточной деформации, которая называется микропластическая деформация.
Количественной характеристикой упругости является условный предел упругости — напряжение, при котором остаточная микродеформация равна определенной заданной величине в пределах от 0,001 до 0,05%.
Условный предел упругости обозначается σ0,05, размерность — МПа.
Прочность
Прочность является одной из наиболее важных механических свойств металлов и сплавов при оценке их работоспособности.
В зависимости от вида получаемой диаграммы растяжения для различных материалов определяют либо условный предел текучести, либо физический предел текучести.
Обозначение условного предела текучести — σ0,2, размерность — МПа.
Условный предел текучести определяется на диаграммах «без площадки текучести» (рис.4.6, а).
Рис. 4.6. Диаграммы растяжения без (а ) и с (б ) «площадки тякучести»
Тогда условный предел текучести вычисляется по формуле:
σ0,2 = Р0,2 / F0,
где Р0,2 — определяется по неприведенной диаграмме растяжения (рис.4.6, а);
F0 — площадь поперечного сечения рабочей части образца до испытаний.
Физический предел текучести — напряжение, соответствующее «площадке текучести» на диаграмме.
Обозначение физического предела текучести — σТ, размерность — МПа. Физический предел текучести определяется на приведенной диаграмме растяжения (рис.4.6, б).
- Предел прочности (временное сопротивление разрыву) — максимальное напряжение, которое выдерживает образец непосредственно перед разрушением.
- Предел прочности обозначается — σв, размерность — МПа.
- Предел прочности вычисляется по формуле:
- σв = Рmax / F0,
где Рmax — максимальная нагрузка, определяется по неприведенной диаграмме растяжения (рис.4.6, б);
F0 — площадь поперечного сечения рабочей части образца до испытаний.
Пределы текучести веществ. Как определить предел текучести
Предел прочности
— это то же, что и временное сопротивление материала. Но несмотря на то, что правильнее использовать терминвременное сопротивление , понятие предел прочности лучше прижилось в технической разговорной речи. В то же время в нормативной документации, стандартах применяют термин «временное сопротивление». ©ИЦМ(www.modificator.ru)
Прочность
— это сопротивление материала деформации и разрушению, одно из основныхмеханических свойств . Другими словами, прочность — это свойство материалов, не разрушаясь, воспринимать те или иные воздействия (нагрузки, температурные, магнитные и другие поля).
К характеристикам прочности при растяжении
относятся модуль нормальной упругости, предел пропорциональности, предел упругости, предел текучести и временное сопротивление (предел прочности).
Присматриваемся к сварочному инвертору из Франции
- Предел прочности
- — это максимальное механическое напряжение, выше которого происходит разрушение материала, подвергаемого деформации; предел прочности при растяжении обозначается σВ и измеряется в килограммах силы на квадратный сантиметр (кгс/см2), а также указывается в мегапаскалях (МПа).
- Различают:
- предел прочности при растяжении,
- предел прочности при сжатии,
- предел прочности при изгибе,
- предел прочности при кручении.
Предел кратковременной прочности (МПа)
определяется с помощью испытаний на растяжение, деформацию проводят до разрушения. С помощью испытаний на растяжение определяют временное сопротивление, удлинение, предел упругости и др..
Испытания на длительную прочность предназначены главным образом для оценки возможности использования материалов при высоких температурах (длительная прочность, ползучесть); в результате определяется σB/Zeit — предел ограниченной длительной прочности на заданный срок службы. [1]
©ИЦМ(www.modificator.ru)
- Физику прочности
- основал Галилей: обобщая свои опыты, он открыл (1638 г.), что при растяжении или сжатии нагрузка разрушенияP для данного материала зависит только от площади поперечного сечения
- F
- σ=P
- F
- Физика разрушения как фундаментальная наука о прочности металлов
. Так появилась новая физическая величина — напряжение / — и физическая постоянная материала: напряжение разрушения [4].
возникла в конце 40-х годов XX века [5]; это было продиктовано острой необходимостью разработки научно обоснованных мер для предотвращения участившихся катастрофических разрушений машин и сооружений.
Раньше в области прочности и разрушения изделий учитывалась только классическая механика, основанная на постулатах однородного упруго-пластического твёрдого тела, без учёта внутренней структуры металла.
Физика разрушения учитывает также атомно-кристаллическое строение решётки металлов, наличие дефектов металлической решётки и законы взаимодействия этих дефектов с элементами внутренней структуры металла: границами зёрен, второй фазой, неметаллическими включениями и др.
- Большое влияние на прочность материала
- оказывает наличие ПАВ в окружающей среде, способных сильно адсорбироваться (влага, примеси); происходит уменьшение предела прочности.
- К повышению прочности металла приводят целенаправленние изменения металлической структуры, в том числе — модифицирование сплава.
- Учебный фильм о прочности металлов (СССР, год выпуска: ~1980):
Классификация и маркировка сплавов алюминия
Предел текучести – общее определение
В процессе эксплуатации любое сооружение испытывает нагрузки. Под влиянием атмосферных явлений и других неблагоприятных факторов стальные конструкции подвергаются комбинированным нагрузкам, к числу которых относятся сжатие, растяжение и удары.
Предел текучести
Стальные элементы чаще всего используются при возведении несущих стен, на которые оказывается основная нагрузка. В целях экономии материалов конструкторы стремятся уменьшить диаметр металлической арматуры таким образом, чтобы не допустить снижения несущей способности возводимого сооружения.
Выполнить это условие можно, если на этапе проектирования сооружения произвести правильный расчет прочности и пластичности. В первую очередь при расчетах учитывается предел текучести материала. Данный параметр обозначает напряжение, при котором происходит пластическая деформация детали без увеличения нагрузки.
Предел текучести измеряется в Паскалях. Его определение позволяет рассчитать максимальную нагрузку, которую способна выдержать пластичная сталь. Превышение этого предела вызывает необратимый процесс деформации и разрушения кристаллической решетки.
Какие факторы изменяют предел текучести
Сталь – это сплав железа с углеродом, количество которого определяет свойства металла. Углерод придает сплавам твердость и прочность.
Текучесть металла увеличивается, если количество углеродной добавки составляет порядка 1,2%. Такое соотношение позволяет улучшить прочностные характеристики и повысить устойчивость к высоким температурам.
Увеличение содержания углерода приводит к ухудшению технических параметров металла.
Влияние добавок марганца и кремния
Марганец не оказывает влияния на технические свойства сплава. Его добавляют в целях увеличения степени раскисления металла и уменьшения вредного воздействия серы. Обычно его содержание не превышает 0,8%.
Добавка кремния позволяет улучшить качество сварки. Его добавляют в процессе раскисления. А общее содержание данного элемента не превышает 0,38%.
Влияние углерода на механические свойства стали
Влияние добавок серы и фосфора
Количество серы, добавляемой в сплав, оказывает влияние на его механические показатели. Увеличенное содержание серы значительно снижает пластичность, вязкость и текучесть металла. Наибольшему истиранию подвержены изделия, содержащие более 0,6% серы.
Добавление фосфора позволяет улучшить показатели текучести. Однако данный элемент способствует снижению пластичности, вязкости и общих характеристик металла. Допустимым количеством фосфора считается не более 0,025-0,044%.
Как влияют сера и фосфор на свойства стали
Влияние добавок азота и кислорода
Азот и кислород относятся к неметаллическим примесям, поэтому их содержание должно быть минимальным. Если металл содержит более 0,03% кислорода, его эксплуатационные характеристики ухудшаются. Снижение пластичности и вязкости приводит к быстрому износу изделий.
Добавление азота способствует увеличению прочности стали. Но вместе с ней происходит уменьшение предела текучести материала. Если количество азота превышает допустимые значения, металлические конструкции быстро стареют за счет повышенной ломкости.
Микроструктура сплава, в составе которого присутствуют азот и кислород
Влияние легирующих добавок
К легирующим добавкам относятся химические элементы, добавляемые в сплав для придания определенных свойств. К числу легирующих элементов относятся:
Влияние легирующих элементов на свойства стали
- хром;
- титан;
- вольфрам;
- никель;
- ванадий;
- молибден.
Для получения оптимальных результатов их добавляют все вместе, соблюдая определенные пропорции.
Как рассчитывается величина текучести стали
Первые расчеты величины текучести металла были выполнены в 30-х годах прошлого столетия советским ученым Яковом Френкелем. В их основу была положена прочность межатомных связей. Ученому удалось определить, какое напряжение требуется для начала пластической деформации простых тел.
- Для расчета данной величины применяется следующая формула:
- Предел текучести стали
- ττ=G/2π, где величина G является модулем сдвига, определяющим устойчивость межатомных связей.
Как физик-теоретик, Френкель предположил, что материалы состоят из кристаллов, между которыми есть пространство. Там в определенном порядке расположены атомы. Чтобы достичь пластической деформации, необходимо разорвать межатомные связи в плоскости, разделяющей половинки тела.
https://www.youtube.com/watch?v=7ITXpqgu4qw\u0026t=154s
Ряды атомов сместятся и половинки тела разорвутся, если на них оказать напряжение, величина которого соответствует определенному значению. Если воздействие будет оказываться и дальше, атомы одной половинки потеряют связь с атомами другой половинки.
Отчасти Френкель оказался прав. Только разрушение произойдет не между половинками тела, то есть посередине, а в том месте, где структура материала неоднородна.
Для каждого вида металла существует несколько значений предела текучести.
Физический предел текучести. Данной величиной обозначают силу напряжения, при которой тело деформируется без изменения прилагаемой нагрузки.
График физического предела текучести стали
Условный предел текучести. Данный термин применяют к силе напряжения, при которой значение пластической деформации материала составляет около 0,2%.
Временное сопротивление и усталость
Между ПП и временным сопротивлением различным нагрузкам есть прямая связь. Второй показатель в документации и технической литературе обозначают символом Т.
Он показывает, сколько длится деформация образца, когда на него воздействует постоянная нагрузка. Когда временное сопротивление прекращается, кристаллическая решётка вещества перестраивается. Это характерно для твёрдых материалов.
В результате вещество становится более прочным, чем было до этого. Это явление называется самоупрочнением.
Ещё одна важная характеристика — усталость металла. Говоря о стали, применяют выражение «предел выносливости». Для обозначения используют символ R.
Эта характеристика показывает, воздействие какой силы материал может переносить постоянно, а не разово. Во время эксперимента на образец оказывают давление заданной силы. Число воздействий составляет 107.
За время испытаний материал не должен деформироваться или утратить исходные характеристики.
На проведение таких экспериментов уходит много времени, поэтому их проводят не всегда. Часто обходятся математическими вычислениями, рассчитывая все важные коэффициенты.
Пределом пропорциональности называют максимальную нагрузку, при которой сохраняется соотношение, определяемое законом Гука. Согласно ему, тело деформируется прямо пропорционально величине оказываемого на него воздействия.
Каждый материал обладает определённой степенью упругости. Она может быть классической и абсолютной. Изменения могут быть обратимыми и необратимыми.
Пример первого типа — пружина: пока на неё воздействуют, она сжимается, а когда нажатие прекращается, расправляется.
Как проводятся испытания на производствах
Для проведения испытаний, целью которых является определение текучести материала, берут цилиндрическую заготовку диаметром 20 мм и длиной более 10 мм. На детали делают насечки для получения отрезка длиной 10 мм. Сама заготовка должна быть больше этой длины для того, чтобы ее можно было захватить с двух сторон.
Поведение сталей при высоких температурах
Деталь зажимают в тиски и начинают растягивать, постепенно увеличивая силу растяжения. В процессе произведения нагрузки производят замеры растущего удлинения образца. Полученные данные заносят в график, называемый диаграммой условного растяжения.
Если на заготовку оказывается небольшая нагрузка, она растягивается в обе стороны пропорционально. По мере увеличения силы растяжения достигается предел пропорциональности, после чего деталь растягивается неравномерно. Предел текучести стали определяется в тот момент, когда материал уже не может вернуться к первоначальной длине.
Существуют Государственные Стандарты и Технические Условия, в которых значения предела текучести разделены на четыре класса:
- 1 класс – до 500 кг/см2;
- 2 класс – до 3000 кг/см2;
- 3 класс – до 4000 кг/см2;
- 4 класс – до 6000 кг/см2.
Определение пластичности
Показатель пластичности является не менее важным параметром, который обязательно учитывается в процессе проектирования конструкций. Он определяется двумя параметрами:
- остаточным удлинением;
- сужением при разрыве.
Чтобы рассчитать остаточное удлинение, производят замер двух частей детали после разрыва. Длину каждой части складывают, а затем определяют процентное соотношение к первоначальной длине. У более прочных металлических сплавов этот показатель меньше.
Характеристики пластичности стали
Определение хрупкости
Хрупкость – это свойство, противоположное пластичности. Показатель хрупкости зависит от множества факторов. К ним относятся:
- температура воздуха (при низких температурах хрупкость материала увеличивается);
- увеличение скорости оказываемой нагрузки;
- влажность воздуха и пр.
Изменение этих условий приводит к изменению показателя хрупкости. К примеру, чугун – хрупкий материал. Но если чугунную деталь зажать со всех сторон, она способна перенести значительные нагрузки. А стальной прут с насечками становится невероятно хрупким.
Определение прочности
Прочность – это характеристика металла, определяющая его способность выдерживать нагрузки, не разрушаясь полностью. Для испытаний берут деталь и создают для нее условия, максимально приближенные к эксплуатационным, путем постепенного увеличения нагрузок.
Прочность стали на растяжение при изгибе
Значение термина
Предел прочности материала при растяжении сокращённо обозначается ПП. Также допускается использовать выражение «временное сопротивление». Для обозначения предела прочности применяют буквы R или σ В (сигма). Единица измерения — мегапаскаль (МПа).
Показатель означает допустимую величину силы, которая может воздействовать на объект до того, как он начнёт разрушаться. Речь идёт о механическом воздействии, но следует учитывать, что химические факторы способны изменить первоначальные свойства материала, в том числе повлиять на ПП.
К немеханическим нагрузкам относят следующие:
- нагревание;
- охлаждение;
- погодные условия (ветер, осадки, влажность);
- агрессивная среда.
Формула предела прочности при растяжении записывается так: R=0,64 (P/F), где F — площадь поверхности раскола предмета, а P — разрушающая нагрузка.
При проектировании нельзя опираться на крайние значения, поэтому инженеры оставляют допуски на различные факторы, а также на период эксплуатации.
Это значит, что при строительстве используется материал, у которого ПП превышает расчётное напряжение.
Изначально способность элемента выдерживать нагрузки определяли опытным путём. Материал использовали, не зная, как он себя поведёт во время эксплуатации, а после поломки заменяли более прочным. Со временем перешли к экспериментам и испытаниям, и по-прежнему самый точный способ найти предел прочности при натяжении и разрыве остаётся эмпирический.
Исследования проводят в лабораторных условиях, с использованием точной техники. Приборы фиксируют характеристики материала и то, как они изменяются под нагрузкой разной величины. Как правило, прочность измеряется так: предмет жёстко закрепляют и оказывают на него воздействие.
Сначала закреплённый элемент растягивают. Он становится длиннее, при этом в одном месте образуется перешеек, и именно здесь заготовка разорвётся. Так ведут себя не все материалы, а только вязкие. Чугун, сталь и другие хрупкие сплавы растягиваются незначительно. При увеличении нагрузки они трескаются и разрушаются по наклонным плоскостям. Шейки не образуются.
Сила, прикладываемая в каждый момент, измеряется с точностью до тысячных долей ньютона. Одновременно определяют размер и характер деформации. Данные сверяют с таблицами.
Второй способ — математический анализ. Он заключается в том, что прочность определяют с помощью сложных вычислений. Однако без испытаний данные, полученные расчётным путём, нельзя считать полными. Дело в том, что на практике вещество может повести себя по-другому.
( 1 оценка, среднее 4 из 5 )
ПОИСК
Предел текучести условный — Обозначение, понятие 13
[c.711]
При таком напряжении материал как бы течет , развиваются процессы пластической деформации, происходит остаточное искажение кристаллической решетки. Здесь следует сказать, что не у всех материалов при пределе текучести наблюдается площадка.
В случае растяжения легированных сталей, алюминиевых сплавов и некоторых других материалов кривая имеет плавный характер (рис. 18, б). В связи с этим было введено понятие условного предела текучести. Условным пределом текучести ао,2 называется напряжение, при котором величина остаточной деформации достигает 0,2% первоначальной длины образца.
Дальнейшее повышение нагрузки (участок 2) вызывает последующее развитие пластической деформации. Однако до Ртах деформация носит организованный характер, т. е. распределяется по всей длине образца приблизительно равномерно. При нагрузке Ртах в наиболее слабом участке образца возникает местная деформация и образуется шейка.
Зная величину силы Ртах, можно вычислить предел прочности материала а . Если напряжение в конструкции достигнет предела прочности, то она разрушается.
[c.553]
Некоторые пластичные материалы (например, среднеуглеродистая сталь, дюралюминий) дают при испытании на растяжение диаграмму, не имеющую площадки текучести. Для таких материалов вводят понятие об условном пределе текучести как о напряжении, при котором остаточная пластическая деформация составляет 0,2%, это напряжение (механическую характеристику материала) обозначают (в специальной и в справочной литературе зачастую обозначения физического и условного предела текучести не разграничивают, применяя общее обозначение о ).
[c.330]
Для этих материалов вводят понятие условного предела текучести, т. е. напряжения, при котором остаточная деформация равна воет = 0,002 или, что то же самое, бд,,. = 0,2%. Условный предел текучести в этом случае обозначают Оо,2. В некоторых случаях принимают предел Едд., = 0,5% и, соответственно этому, условный предел текучести обозначают Од .
[c.277]
Для пластичных материалов, диаграммы растяжения которых не имеют ярко выраженной площадки текучести (средне и высокоуглеродистые, легированные стили) или совсем ее не имеют (медь, дюралюминий), вводится понятие условного предела текучести — напряжения, при котором относительное остаточное удлинение образца равно 0,2%. Условный предел текучести также обозначим От (иногда его обозначают о 0,2)-
[c.196]
У учащихся зачастую создается превратное представление, что для суждения о пластичности материала есть единственный признак-—наличие площадки текучести на диаграмме растяжения. Надо обратить их внимание, что это далеко не так.
Многие сплавы цветных металлов, среднеуглеродистые и легированные стали, обладающие достаточно высокой пластичностью, дают диаграмму растяжения без площадки текучести (о степени пластичности судят по значениям величин б и г з).
Может быть, следует рассказать об этом несколько позднее, рассмотрев сначала законы разгрузки и повторного нагружения, с тем чтобы можно было сразу дать понятие об условном пределе текучести аа.
ч- Это понятие чрезвычайно важно, так как для больщинства конструкционных сталей существует условный, а не физический предел текучести. Надо отметить, что в большинстве стандартов на материалы обозначения физического и условного предела текучести не разграничены, принято единое обозначение От-
[c.76]
Предел текучести сГт = напряжение, при котором происходит рост остаточных деформаций образца при практически постоянной силе. Для ряда материалов, не имеющих на диаграмме выраженной площадки текучести, вводят понятие условного предела текучести Оо.г, под которым подразумевают напряжение, вызывающее остаточную деформацию, равную 0,2%.
[c.148]
Если в диаграмме напряжений не имеется явно выраженной площадки текучести, то вводится понятие условного предела текучести под ним понимается напряжение, при котором обнаруживается определенная по величине остаточная относительная линейная деформация, например, ео , = 0,2%. Символическое изображение условного предела текучести имеет вид 0 (о.г) или просто 0(0,2). Относительная деформация в упругой области не превышает десятых долей процента.
[c.113]
Заметим, что это определение не совпадает с распространенным в технике понятием условного предела текучести.
[c.30]
Предел текучести (точка С) — то напряжение, при котором начинаются заметные необратимые деформации если образец нагружен выше напряжения а , а затем нагрузка снята, то в образце обнаруживается остаточная деформация, величиной которой уже нельзя пренебречь.
Деформации, возникающие в теле при нагружениях, превышающих предел текучести, называются пластическими деформациями или, точнее, упруго-пластическими.
Для некоторых материалов (например, для мягкой стали) точка С является началом площадки текучести, соответствующей продолжающемуся удлинению образца без увеличения растягивающей силы. В этом случае говорят о выраженном пределе текучести, который обозначают через а. ,.
Если такой площадки нет, то суждение о том, с какой нагрузки начинают появляться остаточные деформации, зависит от точности измерений или постановки задачи. Поэтому вводят понятие об условном пределе текучести как о напряжении, при котором впервые появляется остаточная деформация заданной величины.
Величину этой остаточной деформации в процентах отмечают вторым индексом. Например, < (о,2) означает, что при напряжении, не превышающем а (о,2), остаточная деформация не будет превышать 0,2°/ . [c.66]
Многие пластичные материалы дают диаграмму растяжения, на которой нет площадки текучести. Для таких материалов, в частности для среднеуглеродистых конструкционных сталей, вводят понятие об условном пределе текучести, обозначаемом ао,2.
о напряжение, при котором относительное остаточное удлинение образца составляет 0,2 %.
В технической литературе зачастую не разграничивают обозначения физического и условного пределов текучести, принимая для той и другой характеристики общее обозначение
[c.76]
В зависимости от материала детали, типа напряженного состояния и характера изменения напряжений во времени в качестве предельного напряжения принимают одну из следующих механических характеристик материала предел текучести (физический или условный) при статическом нагружении детали из пластичного или хрупко-пластичного материала предел прочности при статическом нагружении детали из хрупкого материала предел выносливости при возникновении в детали напряжений, переменных во времени. Все сказанное, а также сведения, приведенные ниже, относятся к работе деталей при комнатной или слегка повышенной температуре общие понятия о механических характеристиках материалов при высоких температурах даны на стр. 21.
[c.10]
Некоторые материалы, например дюралюминий, медь, бронза, высокоуглеродистые и легированные стали, дают при растяжении диаграмму без ясно выраженной площадки текучести (рис. 13, б).
Для таких материалов вводится понятие условного предела текучести, за который принимают напряжение, соответствующее относительной остаточной деформации, равной 0,2°о.
Условный предел текучести обозначают
[c.31]
Испытание на твердость. Понятие твердости (см.) как физич. величины до сих пор не установлено. Твердость в техническом языке обозначает конгломерат свойств, более или менее связанных между собой.
Сюда относятся сопротивление истиранию, сопротивление резанию, способность резать другие металлы, сопротивление пластической деформации, модуль упругости, предел текучести, прочность и др. Поэтому определение твердости заменяется условными технологич.
методами, к-рых применяется несколько.
[c.287]
Заметим, что это определение не совпадает с распространенным в технике понятием условного предела текучести как напряжения, соответствующего остаточной деформации 0,2 /о-
[c.35]
Отметим, что в определениях пределов пропорциональности, упругости и текучести не подчеркнуто, что это условные напряжения, т. е. отнесенные к первоначальной площади сечения образца.
Это связано с тем, что до начала образования шейки площадь сечения образца почти не отличается от первоначальной.
При максимальной нагрузке это различие весьма существенно, что и отражено в определении понятия предел прочности .
[c.70]
ГОСТ 1497—61 содержит основные требования к испытательным машинам, необходимые указания о форме и размерах образцов, определения понятий условного предела пропорциональности Стпц, условного предела упругости 0о,о5, пределов текучести (условного 0о,о2 и физического От), временного сопротивления (предела прочности) Ов, истинного сопротивления разрыву 5к, относительного удлинения б и относительного сужения г з и, наконец, порядок проведения испытаний и расчета перечисленных характеристик [3].
[c.24]
Многие пластичные материалы, например дк ра-люмин, не имеют на диаграмме растяжения плопдд-ки текучести (рис. 2.9). Для таких материалов вводится понятие условного предела текучести, в качестве которого принимается напряжение, соответствующее остаточной деформации 0,2%. Эта механическая характеристика обозначается Сд 2.
[c.38]
Рассмотрев многочисленные факторы, влияющие на предел текучести и сопутствующие ему, необходимо еще раз подчеркнуть условность этого понятия, о чем наглядно свидетельствуют результаты экспериментов по микродеформации.
Широко применяемые в настоящее время механические испытания имеют обычно порог чувствительности по деформации порядка 10 , что соответствует примерно толщине линии на записываемых диаграммах нагружения, но определяется не толщиной линии, а точностью изготовления нагружающего устройства.
Интервал деформации от 10 (или 0,1 %) и выше, который называется областью макродеформации, наиболее изучен для большинства известных материалов. Различают еще области микродеформации (10 —10 ) и миллимикродеформации (ниже 10 , но не менее 10 ).
[c.94]
Условные предел упругости и предел текучести.
Понятие о пределе упругости как о напряжении, при котором возникает первая пластическая деформация, или о пределе тедучестц как о напряжении, при котором пластическое течение становится очень большим, настолько полезно при расчетах, что появились многочисленные предложения по поводу того, что принимать за пределы упругости и пределы текучести для материалов, для которых эти «характеристики либо невозможно определить, либо они не существуют вообще. Эти пределы рассматриваются как напряжения, при которых остаточная деформация, полная деформация или угол наклона кривой зависимости напряжения от деформации имеют определенные, но достаточно произвольно выбранные величины [c.31]
Некоторые пластнедь е материалы, например дюралюмин, не имеют на диаграмме растяжения площадки текучести (рис. 13.2). Для таких материалов вводится понятие условного предела текучести, в качестве которого принимается напряжение, соответствующее остатотной деформации 0,2 /о (см. рис. 13.2). Эта механическая харакгеристика обозначается а,, а.
[c.35]
Диаграммы растяжения некоторых пластичных металлов и сплавов (например, среднеуглеродистой стали, меди, дуралю-мина) не имеют площадки текучести. Для них вводится понятие об условном пределе текучести, представляющем собой напряжение, при котором относительное остаточное удлинение образца равно 0,2% (рис. 2.45). Условный предел текучести обозначают Оо,2-
[c.74]
Нагрузка на детали машин и возникаюшие в них напряжения могут быть постоянными и переменными во времени.
При расчетах на прочность при постоянных напряжениях деталей машин из пластичных материалов в качестве предельного напряжения а ред или т ред принимают соответствующий предел текучести физический Стт (Тт) или условный Оо 2 (То.
з)- Обычно в справочных таблицах и при выполнении расчетов эти понятия и обозначения не разграничивают — во всех случаях принимают обозначение Ст или Тт (ст .р — при растяжении, ст .с — при сжатии, От. и — при изгибе, Тт — при кручении).
[c.13]
Диаграммы растяжения некоторых шшсприых металлов я сплавос (например, о>еднеуглероднстой стали, меда, дюра-люмина) не имеют площадки текучести. Для них вводится понятие условного предела текучести, представляющего собой напряжение, при котором относительное удлинение образца равно 0,2 % (рис. 2.40). Условный предел текучести обозначают в.2-
[c.63]
Инокулирование — см.
Модифицирование Интенсивность изнашивания — Понятие 214 — Формула для расчета 216 Испытания чугунных отливок на растяжение — Образцы 708 — Средства 708 — Подготовка 708,709 — Определение временного сопротивления при растяжении 709 -Определение условного предела текучести 709 — Определение относительного удлинения 709 — Определение модуля упругости 709
[c.766]
Загрузка...
