В. А. Жилкин

(соответствующую пределу прочности в при испытаниях на сжатие древесины поперёк волокон) условно принимается такая нагрузка, при которой кубик сжимается на 1/3 своей первоначальной высоты.

а

б

в

Рис. 6.16

Прочность дерева при сжатии поперек волокон обычно в 8 10 раз меньше, чем вдоль волокон. Эти свойства дерева следует учитывать при проектировании конструкций.

6.6.Влияние температуры и других факторов на механические характеристики материалов

Описанные испытания материалов проводятся при нормальных условиях, т. е. при температуре 20 0С, непрерывном и плавном перемещении захватов машины со скоростью не более 10 мм/мин. Однако существуют различные условия, в которых приходится работать материалу машиностроительных и строительных конструкций. Например, при повышенных или при пониженных температурах, при действии радиоактивных, особенно нейтронных, проникающих излучений (ядерные реакторы) и др. Ясно, что механические свойства материалов будут изменяться и зависеть от условий эксплуатации конструкций, элементов машин и механизмов.

226

ГЛАВА6 Механические характеристики материалов

Влияние температуры. При повышении температуры для большинства материалов механические характеристики прочности (предел прочности в , предел текучести т и предел пропорциональности пр ) уменьшаются, а при понижении температуры увеличиваются. Например, у стали марки Ст3

при температуре 500o С т 140 МПа, в 250 МПа; при 600o С т 40 МПа, в 150 МПа, т. е. предел текуче-

сти т 0 и при 600…6500 наступает температурная пластичность. При отрицательных температурах у сталей увеличивается

их хрупкость: при температуре <–450 Ст3 становится хрупкой (рис. 6.17). Это свойство называется хладноломкостью.

Характеристики пластичности с повышением температуры увеличиваются, а с понижением температуры уменьшаются. При изменении температуры не остаются постоянными и физические характеристики материала: при повышении температуры модуль упругости E существенно уменьшается, а коэффициент Пуассона незначительно увеличивается – с 0,28 до 0,33.

На механические характеристики при повышенных температурах очень влияет продолжительность действия нагрузки. Вследствие этого при высоких температурах сами характеристики становятся неопределенными. Фактор времени сказывается и при нормальной температуре, но для большинства металлов его влияние незначительно и в расчетах не учитывается.

Рис. 6.17

227

В. А. Жилкин

Влияние скорости деформации. Скорость нагружения и, следовательно, скорость деформирования влияют на механические характеристики материалов. С их увеличением у материалов увеличиваются механические характеристики прочности, особенно у пластмасс и других органических материалов. На рис. 6.17 изображены диаграммы напряжений низкоуглеродистой стали при статическом и динамическом нагружениях: средняя скорость деформации равна 970 с–1. Сравнение этих диаграмм показывает, что предел текучести и временное сопротивление стали выше, а модуль упругости при динамическом испытании

практически не изменился.

Влияние ползучести. При повышенной температуре и длительном действии нагрузки постоянной величины деформации детали с течением времени возрастают. Наблюдается также постепенное уменьшение напряжений в нагруженной детали при неизменной величине деформации. Например, с течением времени уменьшается сила давления пружины на плиты пресса при неизменном расстоянии между ними, уменьшается предварительная затяжка болтовых соединений и т. д.

Отмеченные изменения, как правило, носят необрати-

мый характер. Это явление принято определять термином –

ползучесть материала.

Ползучестью называется явление изменения во време-

ни напряжений и деформаций в нагруженной детали. Различают два случая ползучести – последействие и ре-

лаксацию.

Последействием, или собственно ползучестью, называется явление роста деформаций при постоянных напряжениях, а релаксацией – уменьшение напряжений при постоянной деформации.

Последействие может быть упругим и пластическим. Последействие при упругих деформациях выражается в том, что своего конечного значения деформации достигают при нагружении, и при разгрузке исчезают полностью не сразу,

228

ГЛАВА6 Механические характеристики материалов

а по истечении некоторого времени. При пластическом последействии процесс роста деформаций развивается во времени, является необратимым и может привести к разрушению детали без увеличения нагрузки.

Падение напряжений при релаксации является следствием постепенного увеличения пластических деформаций (ползучести) в результате уменьшения упругих.

Ползучесть металлов изучается большей частью на опытах по растяжению стержней при постоянной нагрузке и температуре. Зависимость роста относительного удлинения от времени деформирования образца при постоянных напряжениях и температуре представляется графически кривыми ползучести (рис. 6.18). Вначале, как видно из диаграммы, деформации ползучести быстро нарастают, затем процесс стабилизируется, и деформации растут с постоянной скоростью. На третьей стадии перед разрушением образца скорость возрастания деформаций вновь увеличивается. В это время на образце часто появляется шейка, как и при испытаниях на разрыв в условиях нормальной температуры.

Рис. 6.18

229