Механические свойства материалов

Механические свойства определяют конструктивную прочность или работоспособность изделий в условиях внешних силовых нагрузок. Виды механических испытаний классифицируют по следующим признакам:

1) способ нагружения (растяжение, сжатие, изгиб, кручение, срез, циклическое нагружение);

2) скорость нагружения (статические испытания–медленное нагружение, динамические испытания–быстрое нагружение);

3) протяженность во времени (кратковременные, длительные).

При статическом нагружении изделий в условиях растяжения или сжатия определяют временное сопротивление (предел прочности) s _В , , условный предел текучести s_0,2 , , относительное удлинение d, относительное сужение y при растяжении и относительную деформацию укорочения e при сжатии. Методика определения механических свойств при растяжении и сжатии регламентирована ГОСТ 1497-84 и ГОСТ 25.503-80 соответственно, напряжения измеряют в МПа (мегапаскалях), d, y и e – в %. Испытания на растяжение при повышенных температурах регламентируются ГОСТ 9651-84, при пониженных температурах – ГОСТ 11150-84.

В условиях изгибающих усилий и моментов определяют предел прочности при изгибе и предел упругости (ГОСТ 14019-80).

В условиях динамических, ударных нагрузок проводят испытание материала на ударную вязкость (ГОСТ 9454-78). Ударная вязкость оценивается работой разрушения образца при ударе, отнесенной к начальной площади поперечного сечения образца, МДж/м². При испытании материалов используют образцы с концентратором (надрезом) вида U или V, а также с предварительно наведенной трещиной глубиной ~ 2,5 мм, для обозначения этих видов ударной вязкости используют символы KCU, KCV, KСТ, соответственно.

В условиях знакопеременных нагрузок растяжение-сжатие проводят испытания на сопротивление материала усталостному разрушению: определяют предел выносливости при симметричном цикле нагружения s_-1 или усталостную долговечность N _s (ГОСТ 25.502-79). При этом s_-1 соответствует максимальному напряжению цикла, которое материал может выдерживать не разрушаясь при достаточно большом числе циклов нагружения N» 10⁶…10⁸, а N _s соответствует числу циклов нагружения, которое выдерживает образец до разрушения при заданном уровне напряжения s.

В условиях контактных нагрузок (шестерни, опоры, валы) широко используются показатели твердости НВ, HRC, HV, которые характеризуют сопротивление материала местной пластической деформации, возникающей при внедрении в него более твердого тела - индентора.

Метод измерения твердости по Бринеллю (ГОСТ 9012-59): значение твердости НВ определяют путем деления нагрузки P на площадь поверхности сферического отпечатка d, полученного путем вдавливания в испытуемый материал шарика диаметром d. Ттвердость по Роквеллу (ГОСТ 9013-59) определяют в условных единицах по глубине вдавливания алмазного конуса при нагрузке P = 600 Н (шкалы С и А) - HRC, HRA или шарика при P = 1000 Н (шкала В) - HRB. Измерение твердости по Виккерсу (ГОСТ 2999-75) осуществляется путем вдавливания в материал четырехгранной пирамиды под действием нагрузки P. Значение твердости HV определяют путем деления нагрузки P на квадрат диагонали отпечатка пирамиды d ².

При высоких температурах оценка работоспособности материалов производится на основе определения характеристик жаропрочности.

Жаропрочность – это способность материала сопротивляться деформации и разрушению при высоких температурах под действием внешних механических нагрузок. Обычно выделяют три характеристики жаропрочности:

– кратковременная прочность при повышенных температурах , т. е. , определенное при некоторой повышенной температуре t;

– предел длительной прочности – это напряжение, которое приводит к разрушению образца при заданной температуре t за время t (ГОСТ 10145-81), например; = 300 МПа означает, что длительная прочность материала при испытании в течение 100 часов при 750 °С составляет 300 МПа; часто жаропрочность оценивают по долговечности – времени t, которое выдерживает материал (образец) до разрушения под напряжением s при температуре t, например, = 50 ч означает, что при испытании материала при температуре 900 °С, под напряжением 250 МПа время до разрушения составило 50 часов;

– предел ползучести – это напряжение, которое при данной температуре t, за определенное время t вызывает деформацию величиной d (ГОСТ 3248-60), например, = 350 МПа означает, что предел ползучести материала при температуре 500 °С, при деформации 1 %, за 1000 часов испытания составляет 350 МПа; испытания, связанные с определением предела ползучести, являются наиболее длительными и трудоемкими.

Дата добавления: 2014-01-07