1. Характеристики прочности
Прочность – это свойство твердых тел сопротивляться деформации и разрушению под действием внешних нагрузок. Чаще всего измеряют две характеристики прочности.
а) Предел прочности при растяжении (или временное сопротивление разрыву) рассчитывают по формуле:
где Рв – максимальная нагрузка, соответствующая точке b на рис. 1.13. Предел прочности характеризует максимальную нагрузку, которую может выдержать материал при растяжении.
б) Предел текучести характеризует минимальную нагрузку, при которой материал начинает пластически деформироваться, и рассчитывается в зависимости от вида диаграммы растяжения.
Если на диаграмме отсутствует площадка текучести (см. рис. 1.13, а), то определяют условный предел текучести при допуске на пластическую деформацию 0,2%:
где Р0,2 – нагрузка, вызывающая остаточную относительную деформацию 0,2% от l0 – начальной длины образца. Для нахождения Р0,2 сначала рассчитывают абсолютную деформацию l0,2 = 0,2 l0 /100, соответствующую относительной деформации 0,2%; затем l0,2 откладывают вправо от начала координат и проводят линию, параллельную 0–а до пересечения с кривой растяжения (см. рис. 1.13, а). Ордината точки пересечения дает нам значение Р0,2.
Если на диаграмме есть площадка текучести (см. рис. 1.13, б), то определяют физический предел текучести:
где Рт – нагрузка, соответствующая площадке текучести.
2. Характеристики пластичности
Пластичность – это свойство твердых тел необратимо деформироваться под действием внешних нагрузок. Измеряют две характеристики пластичности.
а) Относительное удлинение после разрыва определяют по формуле:
где l0 и l1 – начальная и конечная длина образца (см. рис. 1.12); числитель этого выражения находят по диаграмме растяжения (см. рис. 1.13).
Относительное удлинение характеризует максимальную деформацию, которую может выдержать материал при растяжении.
б) Относительное сужение после разрыва определяется по формуле:
где F0 и F1 – площадь поперечного сечения образца до и после разрыва.
Относительное сужение наиболее полно характеризует пластические свойства материала и используется, например, при расчете процессов глубокой вытяжки.
1.7.2. Определение твердости
Твердостью называют свойство материала оказывать сопротивление пластической деформации при контактном воздействии в поверхностном слое.
Испытание на твердость является одним из самых распространенных статических испытаний благодаря простоте осуществления, оперативности и возможности, практически без разрушения испытуемого объекта, получить сведения о качестве его термической и другой обработки, износостойкости, обрабатываемости резанием и т. п. Испытание на твердость обычно производят путем внедрения в поверхность испытуемого материала другого, более твердого, тела определенной формы, называемого индентором.
Наибольшее распространение в металловедении нашли три способа определения твердости, названные по фамилиям их авторов – методы Бринелля, Роквелла и Виккерса. При выборе метода измерения твердости следует руководствоваться требованиями, установленными в технической документации (технологической карте, чертеже).