Механические свойства металлов

Материалы в конструкциях могут подвергаться самым различным по характеру нагрузкам: работать на растяжение, сжатие, изгиб, кручение, срез и т. д. или подвергаться совместному действию нескольких видов нагрузки, например растяжению и изгибу. Также разнообразны условия эксплуатации материалов и по температуре, окружающей среде, скорости приложения нагрузки и закону ее изменения во времени.

Механические свойства материалов — совокупность показателей, характеризующих сопротивление материала воздействующей на него нагрузке, его способность деформироваться при этом, а также особенности его поведения в процессе разрушения. Они определяются при механических испытаниях образцов различной формы по специально разработанным методикам. Для металлов и конструкционных пластмасс наиболее распространены испытания на растяжение, твердость, ударный изгиб; хрупкие конструкционные материалы (например, керамику, металлокерамику) часто испытывают на сжатие и статический изгиб; механические свойства композиционных материалов важно оценивать, кроме того, при испытаниях на сдвиг.

Испытания на растяжение (ГОСТ 1497—84) — наиболее распространенный вид испытаний, позволяющий определить характеристики прочности и пластичности по кривой растяжения образцов с рабочей поверхностью в виде ци;

Рис. 3.8. Схема цилиндрического образца на различных стадиях растяжения (а); диаграммы растяжения материалов с площадкой (б) и без площадки текучести (в) линдра или стержня прямоугольного сечения (рис. 3.8, а), где /₀ и d₀ — начальные расчетные длина и диаметр; /_Р и d_P — расчетные длина и диаметр образца в области равномерной деформации; /_к и d_K — конечная расчетная длина и диаметр в месте разрыва).

К показателям прочности относят:

• предел текучести а_т, МПа, — наименьшее напряжение, при котором материал деформируется без заметного изменения нагрузки (рис. 3.8, б, где Р — растягивающая нагрузка; Р_Т — нагрузка текучести; Р_к — нагрузка разрушения; Ртах — максимальная нагрузка; / — деформация образца (удлинение); /_к — остаточное удлинение при разрушении образца; /_у||р — упругое удлинение; /_1ЮЛН — полное удлинение):

где Р_т — нагрузка текучести; F₀ — площадь поперечного сечения образца;

• условный предел текучести ст₀₂, МПа, — напряжение, при котором остаточное удлинение равно 0,2% от начальной расчетной длины образца (рис. 3.8, в, где Р₀, 2 ^— нагрузка, вызывающая удлинение, равное 0,2% от /₀, Д/_{0 2} — остаточное удлинение, равное 0,2% от /₀):

где Р_{0 2} — нагрузка текучести; F₀ — площадь поперечного сечения образца;

• временное сопротивление (предел прочности) а_в, МПа, — напряжение, соответствующее максимальной нагрузке (начало образования шейки на образце при растяжении) (см. рис. 3.8, б):

где Р_тах — максимальная нагрузка; Р₀ — площадь поперечного сечения образца;

• истинное сопротивление разрыву 5_К, МПа, — напряжение, соответствующее нагрузке в момент разрыва (см. рис. 3.8, б):

где Р_к — нагрузка разрушения; Р_к — площадь поперечного сечения образца в месте разрыва.

Показатели пластичности определяются по размерам образца до и после испытаний:

• относительное предельное равномерное удлинение 5_Р, %, — отношение абсолютного приращения расчетной длины образца до нагрузки Р_шах к ее первоначальной длине (см. рис. 3.8, а):

• относительное удлинение после разрыва 5, %, — отношение приращения расчетной длины образца после разрыва к первоначальной длине (см. рис. 3.8, а)

• относительное сужение 4^х, %, — отношение уменьшения площади поперечного сечения образца в месте разрыва к начальной площади поперечного сечения (см. рис. 3.8, а):