Работа стали при различных видах силовых воздействий.

Работа стали характеризует поведения её при возрастающем действии нагрузки, вплоть до разрушения. В зависимости от вида силового воздействия, характера напряжённого состояния и других условий загружения, работа стали под нагрузкой не одинакова. Поведение стали под нагревом очень наглядно отображается диаграммами, на которых по оси ординат откладывают напряжения в образце, а по оси абсцисс - соответствующее этому напряжению удлинение образца.

Работа стали на растяжение.

Подвергнем растяжению образец стали силой Р и замерим получившееся удлинение образца Δℓ.

Эта диаграмма работы стали на растяжение.

1 – действительное, отнесенное к неизменной площади сечения образца,

2 – с учетом уменьшения площади сечения (упрощение).

Эта диаграмма для малоуглеродистой стали Ст3.

Для удобства сравнения, диаграмма строится в относительных величинах: напряжение в образце и его относительное удлинение.

Связь между напряжением и удлинением на начальном этапе испытания следует закону Гука.

Где Е – коэффициент пропорциональности между напряжением и удлинением, носящий название модуль упругости и равный для строительных сталей Е = 2,1* 10⁶ кг/см². Геометрически модуль упругости представляет собой тангенс угла наклона диаграммы к оси абсцисс. Линейная связь между напряжением и удлинением сохраняется до увеличения напряжения примерно до 2000 кг/см² и соответствует пределу пропорциональности σ_пц. Несколько выше этой точки лежит предел упругости σ_уп. Соответствует той деформации, которая практически полностью исчезает после разгрузки образца.

Предел упругости ограничивает область упругой работы материала, при дальнейшей нагрузке образца модуль упругости уменьшается и при напряжении примерно 2400 кг/см² становится равным нулю. (Е=0). Это напряжение называется пределом текучести (σ_т). В дальнейшем его образец продолжает удлиняться без приложения дополнительной нагрузки, т.е. течет. Область работы материала между напряжениями σ_уп и σ_т является областью упругопластической работы. Горизонтальный участок называется площадкой текучести. При относительном удлинении образца около 2,5 % «течение» заканчивается, и материал становится снова несущеспособным, он как бы самоупрочняется. При дальнейшем увеличении нагрузки удлинение продолжает нарастать, в образце образуется шейка (местное сужение) и при относительном удлинении около 21 % происходит разрыв.

Наибольшее достигнутое напряжение σ_в равно 4000 кг/см² (Ст3) и называется временным сопротивлением стали.

Структурное строение стали, состоящее из зерен мягкого и пластичного феррита и твердой сетки контактных поверхностей и перлитовых включений определяет работу стали под нагрузкой.

Работа стали на сжатие.

Под работой стали на сжатие будем понимать работу на сжатие в коротких элементах, которые не могут потерять устойчивость.

Диаграмма работы стали на сжатие.

В начале, при сжатии сталь ведет себя так же, как и при растяжении: тот же модуль упругости, совпадение пределов пропорциональности, упругости и текучести.

Дальше происходит раздвоение диаграмм: временное сопротивление сжатию получить у мягких малоуглеродистых сталей не удастся, материал сильно сплющивается, воспринимая все большую нагрузку, далее появляются трещины по периметру образца у мягких сталей.

Высокоуглеродистые хрупкие стали разрушаются по наклонным плоскостям. Ввиду того, что у упругой и упругопластичной стадии при растяжении и сжатии сталь ведет себя одинаково, механические характеристики принимаются так же одинаковыми.