Определение предела прочности, предела текучести, относительного удлинения и сужения

Механические свойства характеризуют поведение металлов при воздействии на них внешних сил в процессе изготовления из него заготовок или изделий либо при эксплуатации деталей в рабочих условиях, т. е. прочность, твердость (предел прочности), упругость (предел упругости), пластичность, ударная вязкость и т.д.

Механические свойства металлов.

Прочностью называется способность металлов сопротивляться деформациям (действию внешних сил), не разрушаясь.

Пределом прочности называется максимальная величина нагрузки, отнесенная к исходной площади сечения образца, при которой начинается разрушение металла.

Твердостью называютсвойство металла (сплава) сопротивляться внедрению (вдавливанию) в его поверхность более твердого постороннего тела.

Упругость – свойство металла сопротивляться прилагаемой внешней нагрузке без заметного относительного смещения атомов.

Пластичность – способность металла к остаточной (остающейся после удаления нагрузки) деформации без разрушения.

Ударной вязкостью называют способность металла (сплава) противостоять разрушению под действием ударной нагрузки.

Ползучесть - свойство металла медленно деформироваться (удлиняться) при высокой температуре под действием постоянной растягивающей нагрузки, которая создает напряжение, ниже предела упругости для данного металла.

Пределом ползучести – называется напряжение, которое вызывает заданное удлинение образца на протяжении определенного времени, например, 1% за 10000 ч при данной температуре.

Усталость металла – явление разрушения металла при его многократном нагружении.

Пределом выносливости металла называется такое наибольшее напряжение, которое металл может выдержать без признаков разрушения после заданного количества нагружений знакопеременным изгибом или другим видом деформации при закреплении испытуемого образца одним концом.

Механические свойства материалов определяют на специальных образцах. В зависимости от условий приложения нагрузки различают статические и динамические испытания. При статических испытаниях нагрузка прилагается медленно и плавно возрастает. При динамических испытаниях нагрузка прилагается с высокой скоростью.

Эти характеристики определяются при испытаниях на растяжение. Испытания выполняются на разрывных машинах с использованием специальных образцов (Рис.15.).

Головки образцов помещают в захваты разрывной машины, и образцы растягивают до разрушения.

В процессе приложения нагрузки в образце возникает напряжение (σ), равное отношению приложенного усилия (Р) к площади образца (F): σ = P / F (МПа или кгс/мм²). Под действием приложенной нагрузки возникает деформация – изменение размеров образца. Деформация может быть упругой или пластической.

Упругая деформация полностью снимается после снятия нагрузки и не приводит к заметным изменениям в структуре и свойствах материала. Различают абсолютную и относительную деформацию. Абсолютная (∆l – изменение размера (длины при испытаниях на растяжение), относительная ε – отношение абсолютной деформации к первоначальной длине (l), т.е. ∆l/l

Рис.15. образцы для испытания металлов на растяжение

а – плоский образец, б – круглый образец.

Между напряжением и упругой относительной деформацией существует линейная зависимость – закон Гука: σ = εЕ, где Е – модуль упругости, свойство материала, характеризующее его жесткость, т.е. способность сопротивляться упругим деформациям.

Пластическая деформация не исчезает после снятия нагрузки. При испытаниях на растяжение строится диаграмма (Рис.16.) в координатах «относительная деформация ε - напряжение (σ).

Рис.16. Диаграмма растяжения

При этом определяется: предел прочности (σ_в ) – напряжение, при котором происходит разрушение образца (максимальная точка на кривой «ε – σ»); предел пропорциональности - максимальное напряжение, при котором отсутствует пластическая деформация.

Поскольку точное определение предела пропорциональности затруднено, в практике определяется предел текучести (σ_т ) – напряжение, вызывающее остаточную деформацию определенной величины, например σ_0,2 – напряжение, при котором остаточная деформация равна 0,2% от первоначальной длины образца. При σ › σ_пц возникает остаточная деформация ε_ост.

Перед разрушением образец претерпевает пластическую деформацию, он удлиняется, при этом происходит образование шейки – уменьшение диметра.

Относительное удлинение δ = ∆l / l и относительное сужение

Ψ = (F₂ –F_k)/ F₀ (здесь F₀ и F_k первоначальная и минимальная площади образца после разрушения) характеризуют пластичность металла. Чем больше эти характеристики, тем материал пластичнее.

Методы определения твердости металла.

Твердость – это свойство материала оказывать сопротивление контактной деформации или хрупкому разрушению при внедрении индентора в его поверхность.

Испытания на твердость – самый доступный и распространенный вид механических испытаний. Наибольшее применение в технике получили статические методы испытания на твердость при вдавливании индентора: метод Бринелля, метод Виккерса и метод Роквелла.

Дата добавления: 2014-10-17