Elastické a pevnostné charakteristiky materiálov. Indikátory elastického a plastického stavu kovov. Hranice úmernosti, pružnosti a tekutosti Proporcionálne medzné napätie, pri ktorom

- je ťahové napätie, pri ktorom v podmienkach krátkodobého zaťaženia začína nevratná plastická deformácia výstuže, v MPa, N / mm2. [Terminologický slovník pre betón a železobetón. FSUE "Výskumné centrum" Stavebné "NIIZhB nich. A. A... Encyklopédia pojmov, definícií a vysvetlení stavebné materiály

elastický limit- Charakteristika deformačných vlastností elastických materiálov, vyjadrená z hľadiska najvyššieho napätia, pri ktorých vznikajú zvyškové deformácie, ktorých hodnoty neprekračujú prípustné hodnoty technické podmienky[Glosár pre ...... Technická príručka prekladateľa

ELASTICKÝ LIMIT- (medza pružnosti) najvyššia hodnota napätia, pri ktorej teleso ešte nedochádza k trvalým deformáciám. V praxi sa napätie berie ako medza pružnosti, pri ktorej zvyšková deformácia po odstránení zaťaženia nepresiahne určitú ... ... Marine Dictionary

Elastický limit- Limit pružnosti Limit pružnosti. Maximálne napätie, ktoré materiál vydrží bez plastickej deformácie, ktorá zostane po úplnom uvoľnení napätia. Materiál prekračuje medzu pružnosti, keď je zaťaženie dostatočné na to, aby spôsobilo ... ... Hutnícky slovník

elastický limit- tamprumo riba statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. elastický limit; medza pružnosti vok. Elastizitätsgrenze, rus. medza pružnosti, m pranc. élasticité limite, f; limite d'élasticité, f; limite élastique, f ... Fizikos terminų žodynas

elastický limit- podmienené napätie, zodpovedajúce vzhľadu po odľahčení miernej trvalej deformácie, zvyčajne rovné 0,05 %. Pozri tiež: Fyzická medza klzu ... Encyklopedický slovník hutníctva

ELASTICKÝ LIMIT- mechanické vlastnosti materiálov: napätie, pri ktorom zvyškové deformácie po prvýkrát dosiahnu určitú hodnotu, charakterizované definíciou. tolerancia stanovená technickým. podmienky (napríklad 0,001; 0,005; 0,03 %), označené bu. P. at. limity ... ... Veľký encyklopedický polytechnický slovník

ELASTICKÝ LIMIT- charakteristika deformačných vlastností elastických materiálov, vyjadrená najvyšším napätím, pri ktorom vznikajú zvyškové deformácie, ktorých hodnoty neprekračujú limity povolené technickými špecifikáciami (bulharčina; Български) ... ... Stavebná slovná zásoba

ELASTICKÝ LIMIT je napätie, pri ktorom trvalé deformácie najskôr dosiahnu určitú malá hodnota, vyznačujúci sa určitou toleranciou stanovenou technickými špecifikáciami (napríklad 0,001; 0,003; 0,005; 0,03 %) ... Slovník hydrogeológie a inžinierskej geológie

ELASTICKÝ LIMIT- podmienené napätie zodpovedajúce vzhľadu po odľahčení nevýznamnej trvalej deformácie, zvyčajne rovnajúcej sa 0,05% ... Hutnícky slovník

knihy

• Optická metóda skúmania napätí. , Cocker E.... Kniha Cockera a Fileona „Optická metóda skúmania napätí“ je veľmi vedecky a prakticky zaujímavá. Autori tejto knihy, významní odborníci v oblasti teórie pružnosti a ...

Dielo č.1

TESTOVANIE NÍZKUMHLÍKOVEJ OCELE

NA NAPNUTIE

účel práce

Oboznámte sa so štandardným postupom mechanického skúšania konštrukčných materiálov na jednoosové napätie.

Vykonajte jednoosový ťahový test na mäkkej oceli a získajte ťahový diagram.

Zo získaného diagramu určte pevnostné charakteristiky materiálu vzorky: medzu úmernosti, medzu klzu, medzu pevnosti a napätie v momente pretrhnutia.

Určte charakteristiky plasticity materiálu vzorky: relatívne predĺženie a pomernú kontrakciu pri pretrhnutí.

Stručné teoretické informácie

Jednoosové statické skúšanie ťahom je najbežnejším typom skúšania na určenie mechanických vlastností kovov a zliatin. Statické takémuto zaťaženiu materiálu hovoríme vtedy, keď vonkajšie zaťaženie narastá tak pomaly, že zotrvačné sily v deformujúcich sa a pohyblivých častiach tela možno zanedbať. V opačnom prípade sa nazýva načítanie dynamický.

Metódy skúšok ťahom sú štandardizované.

Testy pri izbovej teplote sú regulované GOST 1497-84. Formuluje definície charakteristík stanovených počas testu štandardné formuláre a rozmery vzoriek sú uvedené základné požiadavky na testovacie zariadenie, sú popísané spôsoby testovania a spracovania získaných experimentálnych údajov.

Vzorky na testovanie

Na ťahové skúšky sa často používajú vzorky s pracovnou valcovou časťou. Obrázok 1 ukazuje takúto štandardnú vzorku.

Vzorové hlavné rozmery:

Medzi rozmermi vzorky sú stanovené určité vzťahy. Pracovná dĺžka l by mala byť od l 0 + 0,5 d 0 do l 0 + 2 d 0. Ak A0 je počiatočná plocha prierezu pracovnej časti vzorky (nie nevyhnutne valcová), potom vypočítaná dĺžka
(pre krátke ukážky) a
(pre dlhé). Pre valcové vzorky sa tieto podmienky menia na pomery:
(päťnásobne) a
(desaťnásobné vzorky) Priemer pracovnej časti vzoriek musí byť vyrobený s presnosťou 0,04 mm. Počiatočná vypočítaná dĺžka na vzorke je označená plytkými rizikami.

V daný laboratórne práce testy sa vykonávajú na stroji UG-20/2, ktorý vyvinie maximálnu silu 200 kN. Stroj je vybavený zariadením, ktoré zaznamenáva diagram napätia, t.j. graf vzťahu medzi silou F a absolútnym predĺžením vzorky l.

Obrázok 2 ukazuje typické ťahové diagramy pre rôzne materiály:

a) pre väčšinu plastových materiálov s postupným prechodom z elastického na plast (oceľ 45, oceľ 20X);

b) pre niektoré materiály (ako je nízkouhlíková oceľ St3ps), ktoré prechádzajú z elastickej do plastickej oblasti s výraznou oblasťou klzu;

v) pre krehké materiály (kalené ocele, tvrdé zliatiny).

Na ťahovom diagrame nízkouhlíkovej ocele (obr. 3) sú zakreslené charakteristické body, ktorých ordináty slúžia na výpočet pevnostných charakteristík.

Proporcionálny limit

Snahou
(tA) určiť hodnotu pomerného limitu

, (1)

napätie, pri ktorom odchýlka od lineárneho vzťahu medzi zaťažením a predĺžením dosiahne takú hodnotu, že dotyčnica uhla, ktorú zviera dotyčnica ku krivke predĺženia zaťaženia v bode A s osou zaťaženia vzrastie o 50 % svojej hodnoty v lineárnom časť diagramu. Približná hodnota
môže byť definovaná ako ordináta bodu, v ktorom začína divergencia krivky natiahnutia a predĺženia lineárnej časti OA.

Elastický limit

Snahou (T. V) vypočítajte medzu pružnosti

Napätie, pri ktorom trvalé predĺženie dosiahne vopred stanovenú hodnotu, zvyčajne rovnajúcu sa 0,05 %, je niekedy menšie – až 0,005 %. Elastické limity zodpovedajúce týmto hodnotám sú označené:
atď. Hranica pružnosti je napätie, pri ktorom sa v materiáli vzorky objavia prvé známky plastickej deformácie.

Medza klzu

Námaha (T. S) určuje hodnotu fyzickej medze klzu

(2)

Napätie, pri ktorom sa vzorka deformuje bez výrazného zvýšenia ťahového zaťaženia. Medza klzu určuje hranicu medzi zónami elastickej a plastickej deformácie. Pre materiály, ktoré nemajú na diagrame oblasť klzu, určte podmienenú medzu klzu
- napätie, pri ktorom zvyškové predĺženie dosiahne 0,2 % dĺžky úseku vzorky na jeho pracovnej časti. Ako vidíte, táto charakteristika sa líši od elastického limitu iba v hodnote tolerancie.

S ďalším zvýšením napätia sa kov vytvrdzuje a zvyšuje sa odolnosť proti deformácii. Preto je za oblasťou klzu pozorovaný nárast krivky napätia (časť kalenia). V tejto časti diagramu získava vzorka významné trvalé predĺženia. Aby ste to overili, zaťaženie vzorky sa v určitom bode testu zastaví (t.j. TO). Celkové predĺženie vzorky v súčasnosti je určené segmentom ON na úsečke. Potom pri postupnom vykladaní vzorky si všimnite zníženie jej dĺžky, zatiaľ čo proces vykladania prebieha pozdĺž priamky KM rovnobežne s pôvodným lineárnym diagramom OA... oddiel MN predstavuje elastické predĺženie a segment OM- zvyškové (plastické) predĺženie vzorky. Elastické predĺženie sa riadi Hookovým zákonom v akomkoľvek štádiu deformácie. Pri opakovanom zaťažení v diagrame bude tento proces prebiehať po rovnakej priamke MK, ale v opačnom smere, a po t. TO bude pokračovať pozdĺž jednej krivky úseku deformačného spevnenia KD.

Až do bodu D zostáva pracovná časť vzorky valcová a jej deformácia prebieha rovnomerne v celom objeme. V bode D zodpovedajúcom najvyššej hodnote zaťaženia
, v niektorej časti vzorky sa objavuje lokálne stenčenie - krčok.

Zastavme sa teraz pri fyzikálnej podstate procesu deformácie kovov a zliatin. Všetky kovy a zliatiny sú kryštalické. Ak deformácia spôsobená vonkajšími silami zmizne, keď vonkajšie sily ustanú a teleso úplne obnoví svoj tvar a veľkosť, potom sa nazýva deformácia elastické... Pri elastickej deformácii posunutie atómov kryštálovej mriežky z rovnovážnej polohy nepresiahne vzdialenosť medzi susednými atómami.

V kovoch sa proces plastickej deformácie uskutočňuje hlavne kĺzaním. Sklz je paralelné premiestňovanie tenkých vrstiev monokryštálu vzhľadom na susedné vrstvy. V súčasnosti existuje teória, ktorá vysvetľuje kĺzavý proces posunom v kĺzavej rovine jednotlivých nedokonalostí priestorovej mriežky, tzv. dislokácie.

Veľké množstvo dislokácií sa vytvára aj pri najplastickejšej deformácii kovu. Obrázok 4 znázorňuje najjednoduchší diagram vzniku plastickej šmykovej deformácie v monokryštáli v dôsledku vzhľadu a posunutia tzv. dislokácia okraja... Poruchy kryštálovej mriežky nie sú len bodové (voľné miesta, nadbytočné atómy), ale aj lineárne, sú porušením správnej štruktúry atómov na značné vzdialenosti v jednom smere.

Skutočná kovová zliatina je polykryštál pozostávajúci z mnohých náhodne orientovaných monokryštálov. Pri plastickej deformácii v nich v rôznych smeroch (v rôznych sklzových rovinách) sa súčasne pohybuje obrovské množstvo dislokácií (v žíhanom kove 1 cm 2 10 8 dislokácií). K plastickým deformáciám kovov teda dochádza v dôsledku šmykových mikronapätí spôsobených pohybom dislokácií. Treba poznamenať, že kovová väzba je najslabšia zo všetkých chemických väzieb, čo uľahčuje proces pohybu dislokácie. Všetko vyššie uvedené vysvetľuje takú charakteristickú vlastnosť kovov, ako je plasticita.

Plasticita je schopnosť materiálu vnímať významné plastické deformácie bez zničenia. Opačná nehnuteľnosť krehkosť je schopnosť rozpadu s miernymi plastickými deformáciami. Pri strihaní sa objem materiálu nemení (mení sa len jeho tvar). Z toho vyplýva dôležitý záver: pri plastickej deformácii kovov a zliatin sa ich objem nemení. Táto skutočnosť je dobre potvrdená experimentmi.

Ak chcete presunúť dislokácie, musíte vykonať prácu. Toto je práca, ktorú je potrebné vynaložiť na plastickú deformáciu vzorky. teda práca plastickej deformácie kovov sa vynakladá na pohyb dislokácií. Ona sa nakoniec takmer celá zmení na termálna energia... To je dôvod, prečo sa vzorka môže počas rýchlej plastickej deformácie veľmi zahriať.

Ak dislokácia narazí na prekážku na svojej ceste, potom na jej prekonanie je potrebné vykonať dodatočnú prácu plastickej deformácie. Takýmito prekážkami dislokácie sú hranice mikrokryštálov, rôzne inklúzie v kryštálovej mriežke, ako aj iné dislokácie. Pri plastickej deformácii sa zvyšuje počet dislokácií (prekážok), preto sa zvyšuje aj odolnosť kovu voči plastickej deformácii, tento proces sa nazýva kalenie (pracovné spevnenie), v kalenom kove je počet dislokácií 10 12 na 1 cm. 2. Preto takmer všetky kovy a ich zliatiny v diagrame deformácie majú prierez kmeňové vytvrdzovanie... S deformačným vytvrdzovaním sa ťažnosť kovu znižuje a krehkosť sa zvyšuje. Zároveň sa zvyšuje aj jeho tvrdosť.

Pevnosť v ťahu

Konečná pevnosť (často nazývaná medzná pevnosť) sa vypočíta podľa vzorca:

. (3)

Pri ďalšom naťahovaní vzorky sa deformuje len oblasť krčka, ktorá sa postupne stenčuje a na jej deformáciu je potrebné vyvíjať čoraz menšiu silu. Tento proces zodpovedá klesajúcej časti diagramu. DE. V bode E vzorka praskne v najtenšom mieste krku. Je potrebné poznamenať, že aj keď sila na mieste DE a padá, ale skutočné napätie rastie v najtenšom mieste hrdla vzorky. V skutočnosti je to rovnaké
, kde A- oblasť najmenšieho prierezu krku, ktorá klesá rýchlejšie ako sila, čo vedie k zvýšeniu skutočného napätia.

Teda podmienené napätie
odlišné od pravdy kvôli rozdielu a A. Avšak pre
tento rozdiel je zanedbateľný vzhľadom na malé elastické deformácie. V krehkých materiáloch sa tiež mierne líši od skutočného napätia v momente prasknutia vzorky, keďže pri malých deformáciách dochádza k ich deštrukcii. Plastové materiály má podmienený charakter, pretože ich deštrukcia alebo začiatok tvorby hrdla nastáva pri výrazných plastických deformáciách a zodpovedajúce skutočné napätie sa výrazne líši od konečnej pevnosti.

Zvážte hlavné ukazovatele plasticity materiálu.

Predĺženie vzorky po pretrhnutí - pomer prírastku vypočítanej dĺžky vzorky
na počiatočnú dĺžku , vyjadrené v %:

(4)

Relatívne zúženie vzorky po pretrhnutí je pomer rozdielu medzi počiatočným a minimálne
(v mieste prietrže krčka) prierezových plôch na iniciál , vyjadrené v %:

(5)

Na určenie
meria sa minimálny priemer hrdla
kde sa vzorka zlomí.

Testovací stroj

Stroj UG-20/2 patrí do triedy univerzálnych skúšobných strojov a umožňuje skúšky ťahom, tlakom a ohybom s maximálnou silou 20 t (200 kN). Jeho schéma je znázornená na obr.

Stroj sa skladá z dvoch jednotiek: samotného stroja a zariadenia na meranie sily kyvadla. Hlavný stroj pozostáva z dvoch rámov - pevného 1 a pohyblivého 2.

Pevný rám pozostáva z masívnej základnej dosky, v ktorej je osadený šnekový prevod poháňaný elektromotorom a vodiaca skrutka pre rýchly pohyb spodnej rukoväte, dva zvislé stĺpiky a horná priečna. Na jeho vrchu je nainštalovaný hydraulický valec 3, ktorý vytvára potrebnú silu. Nesie pohyblivý rám 2, pozostávajúci z horného priečnika spočívajúceho na pieste hydraulického valca, dvoch zvislých tyčí a masívneho spodného priečnika (traverzy). Ten je vybavený nasledujúcimi zariadeniami na montáž a upevnenie vzoriek: zospodu - rukoväť na upevnenie vzoriek 4 počas skúšky ťahom; zhora - platforma na inštaláciu vzoriek počas kompresných testov a dve posuvné podpery, na ktorých sú inštalované ohýbacie vzorky. Spodná rukoväť sa počas testovania nehýbe.

Princíp činnosti stroja je nasledovný: pomocou čerpadla 5 sa olej čerpá do hydraulického valca 3, vďaka čomu sa jeho piest pohybuje nahor a tým aj pohyblivý rám 2 spolu s hornou rukoväťou, v ktorej koniec napnutej vzorky je zafixovaný. Ak je vzorka inštalovaná na vrchu krížovej hlavy, potom je zaťažená tlakovým alebo ohybovým zaťažením.

Kyvadlové silomer je určený na meranie sily generovanej vo vzorke. Princíp jeho fungovania je nasledujúci. Tento agregát má vlastný malý hydraulický valec 6. Jeho komora je rúrkou hydraulického pohonu 7 spojená s komorou silového hydraulického valca 3.

Tlak vytváraný čerpadlom v lise teda tlačí na piest hydraulického valca 6 silou ... Keďže tlak v dvoch valcoch je rovnaký, sila úmerné ťahovej sile
... Piest tlačí rám 8, otočne spojený s vodorovným ramenom VA kyvadlo 9. V tomto prípade sa kyvadlo vychýli a jeho váha vytvorí moment M vzhľadom na pánt A, ktorá podľa rovnovážnej podmienky tejto páky musí vyrovnávať moment od sily :
... Pri malých odchýlkach kyvadla sa moment Múmerné vodorovnému posunu kyvadla .

Ozubená tyč 10 je spojená s kyvadlom a jej posun bude úmerný . Z vyššie uvedeného vyplýva, že v tomto kyvadlovom mechanizme bude posunutie hrebeňa 10 priamo úmerné veľkosti sily. F. Na koľajnici je pripevnený písací nástroj. Hrebeň tiež otáča ihlu merača sily 11.

Kábel 12 spája pohyblivú traverzu so záznamovým bubnom, preto uhol otáčania bubna je úmerný absolútnemu predĺženiu vzorky. Tento zapisovač teda zaznamenáva ťahový diagram skúšobného telesa v určitej mierke.

Zmenou hmotnosti bremena kyvadla koeficient úmernosti medzi silou
a veľkosť posunu koľajnice. Tým sa zmení mierka (stupnice) spínacieho zariadenia na meranie sily a mierka diagramu napätia pozdĺž osi sily.

Zákazka:

4. Spracujte diagram napätia:

a) určiť mierku diagramu silou

,

kde
- dĺžka úseku diagramu zodpovedajúca maximálnemu úsiliu;

b) určte mierku diagramu absolútnym predĺžením

,

kde
je dĺžka úseku diagramu zodpovedajúca zvyškovému absolútnemu predĺženiu vypočítanej časti vzorky. Pri určovaní
je potrebné vziať do úvahy, že vzorka je vyložená podľa Hookovho zákona (obr. 3);

c) Určte charakteristické body diagramu. Vzhľadom na mierku určite
.

pevnosť materiálu:
.

6. Pomocou závislostí (4), (5) vypočítajte relatívne

predĺženie a kontrakcie vzorky pri pretrhnutí.

7. Určte silu v momente pretrhnutia a vypočítať

skutočné napätie v hrdle vzorky v momente pretrhnutia

... Porovnajte pevnosť v ťahu a skutočné napätie pri pretrhnutí. Do tabuľky zadajte všetky experimentálne a vypočítané údaje.

8. Na základe určitých pevnostných charakteristík

a plasticity na vytvorenie diagramu podmieneného napätia v súradniciach „podmienené napätie - relatívna deformácia“. Na tento účel sa vypočíta relatívne predĺženie vypočítanej časti vzorky

,

kde
- veľkosť grafu pozdĺž osi
zodpovedajúce aktuálnej deformácii.

Náčrty pôvodných a zničených vzoriek s rozmermi.

Stretch diagram v súradniciach "F-l" s vyznačenými charakteristickými bodmi.

Výpočty parametrov a tabuľka s experimentálnymi a vypočítanými údajmi.

Podmienený diagram napätia v súradniciach " - " s vyznačením charakteristických bodov.

Kontrolné otázky

Ako sa určuje vypočítaná dĺžka vzorky?

Aké sú typické ťahové diagramy rôznych materiálov?

Čo sa nazýva proporcionálna hranica materiálu a ako sa určuje?

Čo sa nazýva medza pružnosti materiálu a ako sa určuje?

Čo sa nazýva fyzická a podmienená medza klzu a ako sa určuje?

Ktorý úsek v ťahovom diagrame sa nazýva kalený úsek a prečo?

Ako prebieha vyloženie plasticky zdeformovaného preparátu a jeho následné opätovné nabitie?

Čo sa nazýva konečná sila (ultimátna sila) a ako sa určuje?

Aké sú časti súčasného celkového predĺženia vzorky?

Ako sa určujú plastické charakteristiky materiálu?

Ako sa vypočítajú mierky grafu pozdĺž osí F a l?

V akých súradniciach je vykreslený diagram podmieneného napätia?

Ako funguje testovací stroj UG-20/2?

Aký je princíp fungovania mechanizmu na meranie sily?

Prečo pevnosť v ťahu plastové materiály môže sa výrazne líšiť od skutočného napätia vo vzorke?

Aký je mechanizmus plastickej deformácie kovov?

Aký je dôvod deformačného spevňovania kovov?

Ako sa pri deformačnom kalení mení plasticita, krehkosť a tvrdosť kovov a ich zliatin?

Aké sú výhody a nevýhody skúšania ťahom?

Vzorce odvodené v § 2.13 platia len vtedy, keď napätia v materiáli spôsobené kritickou silou neprekračujú limit úmernosti, t.j. keď Vyplýva to z toho, že odvodenie vzorcov je založené na diferenciálnej rovnici elastickej priamky, ktorú možno použiť len v medziach aplikovateľnosti Hookovho zákona.

V podmienke okrapts dosadíme hodnotu ocr podľa vzorca (13.13):

Z tejto rovnice

(14.13)

Pravá strana výrazu (14.13) predstavuje najmenšiu hodnotu ohybnosti prúta, pri ktorej ešte platí Eulerov vzorec – ide o takzvanú obmedzujúcu pružnosť:

Konečná pružnosť závisí len od fyzikálnych a mechanických vlastností tyčového materiálu - jeho modulu pružnosti a limitu proporcionality.

Podmienku (14.13) pre použiteľnosť Eulerových vzorcov, berúc do úvahy výraz (15.13), možno znázorniť ako

Eulerov vzorec na určenie kritickej sily stlačenej tyče je teda použiteľný za predpokladu, že jej flexibilita je väčšia ako medzná.

Tu sú hodnoty pre rôzne materiály.

Pre oceľ a teda

Pre drevo na liatinu Pre oceľ so zvýšenou hodnotou je obmedzujúca flexibilita znížená výrazom (15.13). Najmä pre niektoré druhy legovanej ocele.

Keď je pružnosť tyče menšia ako medzná, kritické napätie, ak je určené Eulerovým vzorcom, sa získa nad limitom proporcionality cpc. Takže napríklad s flexibilitou oceľovej tyče (vyrobenej z ocele) podľa vzorca (13.13)

tie. hodnota je výrazne väčšia ako nielen hranica proporcionality, ale aj medza klzu a medza pevnosti (konečná pevnosť).

Skutočné kritické sily a kritické napätia pre tyče, ktorých pružnosť je pod limitom, sú výrazne menšie ako hodnoty určené Eulerovým vzorcom. Pre takéto tyče sa kritické napätia určujú pomocou empirických vzorcov.

Profesor Petrohradského inštitútu železničných inžinierov F. S. Yasinsky navrhol empirický vzorec pre kritické napätia pre tyče s flexibilitou I, menšou

(17.13)

kde a a b sú experimentálne stanovené koeficienty, ktoré závisia od vlastností materiálu. Napríklad pre oceľ

Vzorec (17.13) je použiteľný pre prúty vyrobené z mäkkej ocele s flexibilitou Pri pružnosti sa napätie považuje za približne konštantné a rovné medze klzu.

Hlavné mechanické vlastnosti sú pevnosť, elasticita,,. Pri znalosti mechanických vlastností konštruktér rozumne zvolí vhodný materiál, ktorý zabezpečí spoľahlivosť a životnosť konštrukcií pri ich minimálnej hmotnosti. Mechanické vlastnosti určiť správanie sa materiálu pri deformácii a deštrukcii od pôsobenia vonkajších zaťažení.

V závislosti od podmienok zaťaženia možno mechanické vlastnosti určiť pri:

1. Statické zaťaženie- zaťaženie vzorky sa zvyšuje pomaly a plynulo.
2. Dynamické zaťaženie- zaťaženie sa zvyšuje pri vysokej rýchlosti, má šokový charakter.
3. Opakované, striedavé alebo cyklické zaťaženie- zaťaženie počas skúšky sa mnohonásobne mení čo do veľkosti alebo veľkosti a smeru.

Na získanie porovnateľných výsledkov sú vzorky a postup vykonávania mechanických skúšok regulované GOST.

Mechanické vlastnosti kovov, ocelí a zliatin. Pevnosť.

Pevnosť- schopnosť materiálu odolávať deformácii a deštrukcii.

Skúšky sa vykonávajú na špeciálnych strojoch, ktoré zaznamenávajú ťahový diagram vyjadrujúci závislosť predĺženia vzorky Δ l(mm) od skutočného zaťaženia P, teda Δ l = f (P)... Na získanie údajov o mechanických vlastnostiach sa však rekonštruuje: závislosť relatívneho predĺženia Δ l na napätí δ.

Diagram ťahu materiálu

Obrázok 1: a - absolútna, b - relatívna;c - schéma na určenie podmienenej medze klzu

Analyzujme procesy, ktoré sa vyskytujú v materiáli vzorky so zvyšujúcim sa zaťažením: rez oa na diagrame zodpovedá elastickej deformácii materiálu pri dodržaní Hookovho zákona. Napätie zodpovedajúce medznej elastickej deformácii v bode a sa volá proporcionálny limit.

Mechanické vlastnosti kovov, ocelí a zliatin. Proporcionálny limit.

Proporcionálny limit (σ pts) - maximálne napätie, do ktorého sa udržiava lineárny vzťah medzi deformáciou a napätím.

Pri napätiach nad hranicou úmernosti dochádza k rovnomernej plastickej deformácii (predĺženie alebo zúženie prierezu). Zvyškové predĺženie zodpovedá každému napätiu, ktoré sa získa nakreslením čiary rovnobežnej s príslušným bodom diagramu napätia. oa.

Pretože je prakticky nemožné stanoviť bod prechodu do nepružného stavu, potom nastavte podmienený elastický limit, - maximálne napätie, do ktorého vzorka dostane iba elastickú deformáciu. Zvážte napätie, pri ktorom je trvalá deformácia veľmi malá (0,005 ... 0,05 %). Označenie udáva hodnotu trvalej deformácie (σ 0,05).

Mechanické vlastnosti kovov, ocelí a zliatin. Medza klzu.

Medza klzu charakterizuje odolnosť materiálu voči malým plastickým deformáciám. V závislosti od povahy materiálu sa používa fyzikálna alebo konvenčná medza klzu.

Fyzikálna medza klzu σ m Je napätie, pri ktorom sa deformácia zvyšuje pri konštantnom zaťažení (prítomnosť vodorovnej plošiny v ťahovom diagrame). Používa sa na veľmi plastové materiály.

Ale väčšina kovov a zliatin nemá oblasť výnosu.

Podmienená medza klzuσ 0,2 Je napätie spôsobujúce trvalú deformáciu δ = 0,20 %.

Fyzikálna alebo konvenčná medza klzu sú dôležité konštrukčné charakteristiky materiálu. Napätia pôsobiace v dielci musia byť pod medzou klzu. Rovnomernosť v celom objeme pokračuje až do konečnej hodnoty pevnosti. V bode v v najslabšom mieste sa začína vytvárať krčok - silná lokálna únava vzorky.

Mechanické vlastnosti kovov, ocelí a zliatin. Pevnosť v ťahu.

Pevnosť v ťahu σ v – napätie zodpovedajúce maximálnemu zaťaženiu, ktoré vzorka vydrží až do porušenia (konečná pevnosť v ťahu).

Tvorba krku je charakteristická pre tvárne materiály, ktoré majú ťahový vzor s maximom. Konečná pevnosť charakterizuje pevnosť ako odolnosť voči výraznej rovnomernej plastickej deformácii. Za bodom B vplyvom vývoja krku záťaž klesá a v bode C dochádza k deštrukcii.

Skutočná odolnosť voči ničeniu Je maximálne namáhanie, ktoré môže materiál vydržať v momente pred porušením vzorky (obrázok 2).

Skutočná odolnosť proti zlomu je výrazne vyššia ako konečná pevnosť, pretože sa určuje vzhľadom na konečnú plochu prierezu vzorky.

Skutočný úsekový diagram

Ryža. 2

F až je konečná plocha prierezu vzorky.

Skutočné napätia S i sú definované ako pomer zaťaženia k ploche prierezu v danom čase.

Skúška ťahom tiež určuje charakteristiky ťažnosti.

Mechanické vlastnosti kovov, ocelí a zliatin. Plastové.

Plastové – schopnosť materiálu k plastickej deformácii, to znamená schopnosť získať zvyškovú zmenu tvaru a veľkosti bez narušenia jeho kontinuity. Táto vlastnosť sa využíva pri spracovaní kovov tlakom.

Technické údaje:

• relatívne rozšírenie :

l asi a l to - počiatočná a konečná dĺžka vzorky;

Dnes existuje niekoľko metód na testovanie vzoriek materiálu. Zároveň jedny z najjednoduchších a najvýraznejších sú ťahové (ťahové) skúšky, ktoré umožňujú určiť medzu proporcionality, medzu klzu, modul pružnosti a ďalšie dôležité charakteristiky materiálu. Pretože najdôležitejšou charakteristikou napäťového stavu materiálu je deformácia, stanovenie hodnoty deformácie pri známych rozmeroch vzorky a zaťažení pôsobiacich na vzorku umožňuje stanoviť vyššie uvedené materiálové charakteristiky.

Tu môže vzniknúť otázka: prečo nie je možné jednoducho určiť odpor materiálu? Faktom je, že absolútne elastické materiály, ktoré sa zrútia až po prekonaní určitej hranice – odolnosti, existujú len teoreticky. V skutočnosti má väčšina materiálov elastické aj plastické vlastnosti, aké sú tieto vlastnosti, zvážime nižšie na príklade kovov.

Ťahové skúšky kovov sa vykonávajú v súlade s GOST 1497-84. Na tento účel sa používajú štandardné vzorky. Skúšobný postup vyzerá takto: na vzorku sa aplikuje statické zaťaženie, určí sa absolútne predĺženie vzorky Δl, potom sa zaťaženie zvýši o určitú hodnotu kroku a znova sa určí absolútne predĺženie vzorky atď. Na základe získaných údajov sa vykreslí graf závislosti predĺžení od zaťaženia. Tento graf sa nazýva stresový diagram.

Obrázok 318.1... Diagram napätia pre vzorku ocele.

Na tomto diagrame vidíme 5 charakteristických bodov:

1. Proporcionálny limit R p(bod A)

Normálne napätia v priereze vzorky pri dosiahnutí limitu proporcionality budú rovné:

σ p = P p / F o (318.2.1)

Limit proporcionality obmedzuje oblasť elastických deformácií v diagrame. V tejto oblasti sú deformácie priamo úmerné napätiam, čo vyjadruje Hookov zákon:

Rp = kAl (318.2.2)

kde k je koeficient tuhosti:

k = EF/l (318.2.3)

kde l je dĺžka vzorky, F je plocha prierezu, E je Youngov modul.

Elastické moduly

Hlavnými charakteristikami elastických vlastností materiálov sú Youngov modul E (modul pružnosti prvého druhu, modul pružnosti v ťahu), modul pružnosti druhého druhu G (modul pružnosti pri šmyku) a Poissonov pomer μ (koeficient priečna deformácia).

Youngov modul E ukazuje pomer normálových napätí k relatívnym deformáciám v rámci proporcionálnych limitov

Youngov modul sa tiež určuje empiricky pri skúšaní štandardných vzoriek v ťahu. Pretože normálové napätia v materiáli sa rovnajú sile delenej počiatočnou prierezovou plochou:

σ = P / F približne (318.3.1), (317.2)

a relatívne predĺženie ε je pomer absolútnej deformácie k počiatočnej dĺžke

ε pr = Δl / lo (318.3.2)

potom Youngov modul podľa Hookovho zákona možno vyjadriť nasledovne

E = σ / ε pr = Pl o / F o Al = tan α (318.3.3)

Obrázok 318.2... Diagramy napätia niektorých kovových zliatin

Poissonov pomer μ ukazuje pomer priečnych a pozdĺžnych deformácií

Pod vplyvom zaťaženia sa nielen zväčšuje dĺžka vzorky, ale aj plocha uvažovaného prierezu sa zmenšuje (ak predpokladáme, že objem materiálu v oblasti elastických deformácií zostáva konštantný, potom sa zväčší v dĺžke vzorky vedie k zníženiu plochy prierezu). Pre vzorku s kruhovým prierezom možno zmenu plochy prierezu vyjadriť takto:

ε pop = Δd / d o (318.3.4)

Potom Poissonov pomer možno vyjadriť nasledujúcou rovnicou:

μ = ε pop / ε pr (318.3.5)

Šmykový modul G ukazuje pomer šmykových napätí T na uhol strihu

Modul pružnosti v šmyku G možno určiť empiricky skúšobnými vzorkami na krútenie.

Pri uhlových deformáciách sa uvažovaný úsek nepohybuje lineárne, ale pod určitým uhlom - šmykovým uhlom γ k počiatočnému rezu. Pretože šmykové napätia sa rovnajú sile delenej plochou, v ktorej sila pôsobí:

T= P/F (318.3.6)

a dotyčnica uhla sklonu môže byť vyjadrená pomerom absolútnej deformácie Δl do vzdialenosti h od miesta upevnenia absolútnej deformácie k bodu, voči ktorému bola rotácia vykonaná:

tgγ = Δl/h (318.3.7)

potom pre malé hodnoty uhla šmyku možno modul šmyku vyjadriť nasledujúcou rovnicou:

G = T/ y = Ph / FAl (318.3.8)

Youngov modul, modul pružnosti v šmyku a Poissonov pomer súvisia podľa nasledujúceho vzťahu:

E = 2 (1 + μ) G (318.3.9)

Hodnoty konštánt E, G a µ sú uvedené v tabuľke 318.1

Tabuľka 318.1... Približné hodnoty elastických charakteristík niektorých materiálov

Poznámka: Moduly pružnosti sú konštantné hodnoty, avšak technológie výroby rôznych stavebných materiálov sa menia a presnejšie hodnoty modulov pružnosti by sa mali upresniť podľa aktuálne platných regulačných dokumentov. Moduly pružnosti betónu závisia od triedy betónu, a preto tu nie sú uvedené.

Elastické charakteristiky sa určujú pre rôzne materiály v medziach elastických deformácií, ohraničených bodom A na diagrame napätia, pričom na diagrame napätia je možné rozlíšiť niekoľko ďalších bodov:

2. Pružný limit Р у

Normálne napätia v priereze vzorky, keď sa dosiahne medza pružnosti, budú:

σ у = Р у / F o (318.2.4)

Hranica pružnosti obmedzuje oblasť, v ktorej sú vznikajúce plastické deformácie v určitej malej hodnote normalizovanej technickými podmienkami (napríklad 0,001%; ​​0,01% atď.). Niekedy sa medza pružnosti označuje podľa tolerancie σ 0,001, σ 0,01 atď.

3. Medza klzu P t

σt = Pt/Fo (318.2.5)

Obmedzuje časť diagramu, kde sa deformácia zvyšuje bez výrazného zvýšenia zaťaženia (stav klzu). V tomto prípade dochádza k čiastočnému pretrhnutiu vnútorných väzieb v celom objeme vzorky, čo vedie k výrazným plastickým deformáciám. Materiál vzorky nie je úplne zničený, ale jeho počiatočné geometrické rozmery podliehajú nezvratným zmenám. Na leštenom povrchu vzoriek sú obrazce tekutosti - šmykové čiary (objavené profesorom V. D. Černovom). Pre rôzne kovy sú uhly sklonu týchto čiar rôzne, ale sú v rozmedzí 40-50 °. V tomto prípade sa časť nahromadenej potenciálnej energie nenávratne minie na čiastočné pretrhnutie vnútorných väzieb. Pri skúšaní ťahom je zvykom rozlišovať hornú a dolnú medzu klzu - respektíve najväčšie a najmenšie z napätí, pri ktorých sa plastická (zvyšková) deformácia zvyšuje s takmer konštantnou hodnotou pôsobiaceho zaťaženia.

Nižšia medza klzu je vyznačená na diagramoch napätia. Práve tento limit pre väčšinu materiálov sa berie ako štandardná odolnosť materiálu.

Niektoré materiály nemajú výraznú prietokovú plochu. Pre nich sa za podmienenú medzu klzu σ 0,2 považuje napätie, pri ktorom zvyškové predĺženie vzorky dosiahne hodnotu ε ≈ 0,2 %.

4. Pevnosť v ťahu P max (maximálna pevnosť)

Normálne napätia v priereze vzorky pri dosiahnutí konečnej pevnosti budú:

σ in = P max / F o (318.2.6)

Po prekonaní hornej medze klzu (nie je znázornená v diagramoch namáhania) materiál začne opäť odolávať namáhaniu. Pri maximálnej sile P max začína úplná deštrukcia vnútorných väzieb materiálu. V tomto prípade sa plastické deformácie sústreďujú na jedno miesto, čím sa vo vzorke vytvorí takzvaný krk.

Napätie pri maximálnom zaťažení sa nazýva pevnosť v ťahu alebo medza pevnosti v ťahu materiálu.

Tabuľky 318.2 - 318.5 uvádzajú približné hodnoty pevnosti pre niektoré materiály:

Tabuľka 318.2 Odhadovaná konečná pevnosť v tlaku (pevnosť v ťahu) niektorých stavebných materiálov.

Poznámka: Pre kovy a zliatiny by mala byť hodnota konečnej pevnosti určená podľa normatívne dokumenty... Hodnotu dočasných odporov pre niektoré druhy ocele je možné zobraziť.

Tabuľka 318.3... Orientačné pevnosti v ťahu (pevnosti v ťahu) pre niektoré plasty

Tabuľka 318.4... Orientačná pevnosť v ťahu pre niektoré vlákna

Tabuľka 318.5... Odhadované medze pevnosti pre niektoré druhy stromov

5. Zničenie materiálu P str

Ak sa pozriete na diagram napätia, máte dojem, že k deštrukcii materiálu dochádza s poklesom zaťaženia. Tento dojem vzniká, pretože v dôsledku tvorby „krku“ sa plocha prierezu vzorky v oblasti „krku“ výrazne mení. Ak vytvoríte diagram napätia pre vzorku mäkkej ocele v závislosti od meniacej sa plochy prierezu, uvidíte, že napätia v uvažovanom priereze sa zvýšia na určitú hranicu:

Obrázok 318.3... Diagram napätia: 2 - vo vzťahu k počiatočnej ploche prierezu, 1 - vo vzťahu k meniacej sa ploche prierezu v oblasti krku.

Napriek tomu je správnejšie zvážiť pevnostné charakteristiky materiálu vo vzťahu k ploche pôvodného prierezu, pretože výpočty pevnosti zriedka umožňujú zmenu pôvodného geometrického tvaru.

Jednou z mechanických vlastností kovov je relatívna zmena ψ plochy prierezu v oblasti krku, vyjadrená v percentách:

ψ = 100 (F o - F) / F o (318.2.7)

kde Fo - počiatočná plocha prierezu vzorky (plocha prierezu pred deformáciou), F - plocha prierezu v oblasti "krku". Čím väčšia je hodnota ψ, tým výraznejšie sú plastické vlastnosti materiálu. Čím nižšia je hodnota ψ, tým väčšia je krehkosť materiálu.

Ak spočítame odtrhnuté časti vzorky a zmeriame jej predĺženie, vyjde nám, že je menšie ako predĺženie v diagrame (o dĺžku segmentu NL), keďže po pretrhnutí elastické deformácie zmiznú a ostanú len plastické deformácie. . Veľkosť plastickej deformácie (predĺženie) je tiež dôležitou charakteristikou mechanických vlastností materiálu.

Mimo pružnosti, až po zlom, celková deformácia pozostáva z elastických a plastických zložiek. Ak materiál privediete na napätia presahujúce medzu klzu (na obr. 318.1, nejaký bod medzi medzou klzu a medzou klzu) a potom ho odľahčíte, potom vo vzorke zostanú plastické deformácie, ale pri opätovnom zaťažení po chvíli, medza pružnosti sa zvýši, pretože v tomto prípade sa zmena geometrického tvaru vzorky v dôsledku plastických deformácií stane takpovediac výsledkom pôsobenia vnútorných väzieb a zmenený geometrický tvar sa stane počiatočným jeden. Tento proces nakladania a vykladania materiálu sa môže niekoľkokrát opakovať, pričom sa zvýšia pevnostné vlastnosti materiálu:

Obrázok 318.4... Diagram napätia pre pracovné spevnenie (naklonené priamky zodpovedajú vykladaniu a opätovnému zaťaženiu)

Takáto zmena pevnostných vlastností materiálu, získaná opakovaným statickým zaťažením, sa nazýva deformačné spevnenie. Napriek tomu, keď sa pevnosť kovu zvýši deformačným spevnením, jeho plastické vlastnosti sa znížia a krehkosť sa zvýši, preto sa relatívne malé mechanické spevnenie zvyčajne považuje za užitočné.

Deformačné práce

Pevnosť materiálu je tým vyššia, čím väčšie sú vnútorné sily vzájomného pôsobenia častíc materiálu. Preto hodnota odporu proti predĺženiu na jednotku objemu materiálu môže slúžiť ako charakteristika jeho pevnosti. V tomto prípade konečná pevnosť nie je vyčerpávajúcou charakteristikou pevnostných vlastností daného materiálu, pretože charakterizuje iba prierezy. Pri pretrhnutí dochádza k deštrukcii prepojení po celej ploche prierezu a pri šmykoch, ku ktorým dochádza pri akejkoľvek plastickej deformácii, dochádza k deštrukcii len lokálnych prepojení. Zničenie týchto väzieb trvá určitú prácu vnútorné sily interakcie, čo sa rovná práci vonkajších síl vynaložených na posunutie:

A = PI/2 (318.4.1)

kde 1/2 je výsledkom statického pôsobenia zaťaženia, ktoré sa v čase jeho pôsobenia zvyšuje z 0 na P (priemerná hodnota (0 + P) / 2)

Pri elastickej deformácii je práca síl určená plochou trojuholníka OAB (pozri obr. 318.1). Celková práca vynaložená na deformáciu a deštrukciu vzorky:

А = ηР max Δl max (318.4.2)

kde η je faktor úplnosti diagramu, ktorý sa rovná pomeru plochy celého diagramu ohraničeného krivkou AM a priamkami OA, MN a ON k ploche obdĺžnika so stranami 0Р max (pozdĺž os P) a Δl max (prerušovaná čiara na obr. 318.1). V tomto prípade je potrebné odpočítať prácu určenú plochou trojuholníka MNL (súvisiace s elastickými deformáciami).

Práca vynaložená na plastickú deformáciu a deštrukciu vzorky je jednou z dôležitých charakteristík materiálu, ktorá určuje stupeň jeho krehkosti.

Kompresná deformácia

Deformácie v tlaku sú podobné deformáciám v ťahu: najprv vznikajú elastické deformácie, ku ktorým sa pridávajú plastické deformácie za hranicou pružnosti. Charakter deformácie a lomu v tlaku je znázornený na obr. 318,5:

Obrázok 318.5

a - pre plastové materiály; b - pre krehké materiály; c - pre drevo pozdĺž vlákna, d - pre drevo pozdĺž vlákna.

Tlakové skúšky sú menej vhodné na zisťovanie mechanických vlastností plastových materiálov z dôvodu obtiažnosti zaznamenávania momentu porušenia. Metódy mechanického skúšania kovov upravuje GOST 25.503-97. Pri kompresnom teste sa tvar a rozmery vzorky môžu líšiť. Približné hodnoty medznej pevnosti pre rôzne materiály sú uvedené v tabuľkách 318.2 - 318.5.

Ak je materiál zaťažený pri konštantné napätie, potom sa k prakticky okamžitej elastickej deformácii postupne pridáva ďalšia elastická deformácia. Po úplnom odstránení zaťaženia elastická deformácia klesá úmerne s klesajúcimi napätiami a dodatočná elastická deformácia mizne pomalšie.

Výsledná dodatočná elastická deformácia pri konštantnom namáhaní, ktorá nezmizne ihneď po odľahčení, sa nazýva elastický následný efekt.

Vplyv teploty na zmenu mechanických vlastností materiálov

Pevné skupenstvo nie je jediným stavom agregácie hmoty. Pevné látky existujú iba v určitom rozsahu teplôt a tlakov. Zvýšenie teploty vedie k fázovému prechodu z pevného do kvapalného stavu a samotný proces prechodu sa nazýva topenie. Body topenia ako ostatné fyzicka charakteristika materiály závisia od mnohých faktorov a sú tiež určené empiricky.

Tabuľka 318.6... Teploty topenia niektorých látok

Poznámka: Tabuľka ukazuje teploty topenia pri atmosferický tlak(okrem hélia).

Elastické a pevnostné charakteristiky materiálov, uvedené v tabuľkách 318.1-318.5, sa zvyčajne stanovujú pri teplote +20 o C. GOST 25.503-97 umožňuje skúšanie kovových vzoriek v teplotnom rozsahu od +10 do +35 oC.

Pri zmene teploty sa mení potenciálna energia telesa, čo znamená, že sa mení aj hodnota vnútorných síl vzájomného pôsobenia. Preto mechanické vlastnosti materiálov závisia nielen od absolútna hodnota teplote, ale aj na dĺžke jeho pôsobenia. Pri väčšine materiálov pri zahrievaní klesajú pevnostné charakteristiky (σ p, σ t a σ c), zatiaľ čo plasticita materiálu stúpa. S poklesom teploty sa zvyšujú pevnostné charakteristiky, ale zvyšuje sa krehkosť. Pri zahrievaní sa Youngov modul E znižuje a Poissonov pomer sa zvyšuje. Pri poklese teploty nastáva opačný proces.

Obrázok 318.6... Vplyv teploty na mechanické vlastnosti uhlíkovej ocele.

Keď sa neželezné kovy a zliatiny z nich zahrievajú, ich pevnosť okamžite klesá a pri teplote blízkej 600 ° C sa prakticky stráca. Výnimkou je alumotermický chróm, ktorého medza pevnosti stúpa so zvyšujúcou sa teplotou a pri teplote rovnajúcej sa 1100 °C dosahuje maximum σ в1100 = 2σв20.

Plastické vlastnosti medi, zliatiny medi a horčíka klesajú so zvyšujúcou sa teplotou a hliníka - pribúdajú. Pri zahrievaní plastov a gumy prudko klesá ich pevnosť v ťahu a pri ochladzovaní sa tieto materiály stávajú veľmi krehkými.

Vplyv rádioaktívneho ožiarenia na zmenu mechanických vlastností

Vystavenie žiareniu ovplyvňuje rôzne materiály rôznymi spôsobmi. Ožarovanie materiálov anorganického pôvodu vo svojom účinku na mechanické vlastnosti a charakteristiky plasticity je podobné poklesu teploty: so zvýšením dávky rádioaktívneho ožiarenia sa zvyšuje medza pevnosti a najmä medza klzu a charakteristiky plasticity. znížiť.

Ožarovanie plastov vedie aj k zvýšeniu krehkosti a ožarovanie má rôzny vplyv na pevnosť v ťahu týchto materiálov: na niektoré plasty nemá takmer žiadny vplyv (polyetylén), u iných spôsobuje výrazné zníženie pevnosti v ťahu (katamen ) av iných prípadoch zvýšenie pevnosti v ťahu (selektrón).