Добавил:
Upload Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:
Uchebnoe_posobie_TPM.doc
Скачиваний:
320
Добавлен:
14.02.2015
Размер:
18.97 Mб
Скачать

2.13.3. Механические свойства

Механические свойства характеризуют состояние сплавов при воздействии внешней нагрузки, которая создает в сплаве напряжения, равные отношению нагрузки к площади сечения испытуемого образца. К основным механическим свойствам относят прочность, пластичность, ударную вязкость, усталостную прочность, твердость и износостойкость.

Прочность- способность материала сопротивляться деформированию или разрушению под действием статических или динамических нагрузок. При статических нагрузках производят испытания на растяжение, сжатие, изгиб и кручение.

Рис. 2.55. Схемы определения механических свойств:

а - временного сопротивления и пластических характеристик; б - ударной вязкости, в - твердости (по Бринеллю)

Наиболее распространено испытание при одноосном растяжении, так как его результаты довольно легко анализируются и позволяют по одному опыту определить несколько характеристик материала, являющихся критерием его качества и необходимых для конструкторских расчётов. Испытание проводится в соответствии с ГОСТами на образцах разных размеров (рис. 2.55, а) при медленном нагружении на специальных машинах с автоматической записью результатов в виде диаграммы растяжения в координатах: нагрузкаР– деформация (удлинение) образцаΔl=lк-l0,,

где l0,lк– длина образца до и во время нагружения вплоть до разрыва.

Н

а б

в

Рис. 2.56. Условные диаграммы растяжения малоуглеродистой стали (а, б), высококачественной стали, чугуна и латуни (в).

а рис. 2.56,апоказана классическая условная диаграмма растяжения малоуглеродистой стали, на которой прямолинейный участок ОА характеризует упругие свойства материала, когда при снятии нагрузки удлинение образцаΔl=0, т. е. растянутый образец вновь приобретает длинуl0. На участке ОА до наступления напряженияσпцпц/F0, называемого пределом пропорциональности, деформации увеличиваются пропорционально напряжениям, и сохраняет силу закон Гукаσ=εЕ. ЗдесьF0– первоначальная площадь сечения образца;Е– модуль упругости конкретного материала; ε относительное удлинение ε=Δl/l0. Это изображают в других координатах напряжениеσ– удлинениеε (рис. 2.56,б). Зависимость σ=f(ε)позволяет сравнивать результаты испытания образцов различных размеров из одинакового материала или из разных материалов на одинаковых образцах.

При дальнейшем нагружении удлинение образца происходит при постоянной нагрузке РТ, что обусловлено текучестью пластичного материала (участок текучести АВ). Предел текучести определяется какσтТ/F0 (рис. 2.56,а, б). При этом на образце появляются косые линии Чернова-Людерса и матовый оттенок.

Если продолжать нагружение образца, то после стадии текучести наступает стадия упрочнения (кривая ВС), когда материал вновь сопротивляется возрастающим усилиям. При максимальной нагрузке Рmaxначинает образовываться местное сужение поперечного сечения – шейка. Поэтому сопротивление растяжению уменьшается и кривая СD диаграммы идёт вниз. Точка D соответствует разрушению образца при нагрузкеРразр., которая меньшеРmax. Напряжение в образце при нагрузкеРmaxназывают временным сопротивлениемσвmax/F0или пределом прочности и используют в расчётах.

Особо отметим, что истинное напряжение при разрыве образца, определяемое как σистразр./Flна истинной диаграмме растяжения, может в 2 … 3 раза превышать предел прочностиσв (штриховая линия и точка D’на рис. 2.56,б). ЗдесьFl – минимальная площадь в поперечном сечении шейки образца, которая меньше площадиF0 .

Кроме того, ряд материалов при растяжении даёт диаграмму без выраженной площадки текучести, а на образце не заметно образование шейки. На рис. 2.56, вприведён пример таких диаграмм. Для этих материалов (дуралюмин, бронза, высокоуглеродистые и легированные стали и др.) вместо предела текучести σТ применяют условный предел текучестиσ0,2 . Он определяется как величина напряжения, при котором остаточная деформация равнаε0,2=0,002 (или 0,2%).

Способность материалов разрушаться при незначительных остаточных деформациях (до 2 … 5%) называется хрупкостью. К хрупким материалам относят чугун, высокоуглеродистую, инструментальную сталь, стекло- и углепластик и др.

Одновременно с прочностью при растяжении определяют пластичность- это способность металла получать остаточное изменение формы и размеров без разрушения. Пластичность обычно оценивают относительным удлинением образца:δ=(lк-lо)·100% / lо, гдеlо,lк-длина образца до и после разрыва, мм.

Прочность при ударных нагрузкахопределяют путем разрушения образцов сечениемFударом массивного маятника весом Р и характеризуют ударной вязкостью КС – отношением затраченной на излом образца работы А к площади сечения образцаFв месте излома:КС=А/F, [Дж/м²]. Таким образом, ударная вязкость - это способность материала поглощать механическую энергию в процессе деформации и разрушения под действием ударной нагрузки (рис. 2.55, б).

Твердость - способность материала сопротивляться проникновению в него другого тела, например конуса, призмы или шарика. Наиболее распространён метод Бринелля, при котором число твёрдости НВ определяют из отношения приложенной нагрузки Р к поверхности отпечатка шарикаFот:HB=P/FOT [H/м²] (рис. 2.55, в)

Износостойкость - способность материала сопротивляться поверхностному разрушению под действием внешнего трения.

Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]