Предел текучести стали

Предел выносливости,предел усталости

– наибольшая величина напряжения цикла, при которой ещё не происходит усталостное разрушение при заданном большом числе циклов нагружения (например, 10 6 , 10 7 , 10 8 ). Механическая характеристика материала, характеризующая усталостную прочность. Определяется усталостными испытаниями идентичных образцов при постоянном значении коэффициента асимметрии и различных значениях максимального напряжения цикла. Обозначается σ_r, где r – коэффициент асимметрии цикла. Предел выносливости (усталости) для симметричного цикла нагружения обозначается σ_-1, для пульсационного – σ, и т. д.

Преде́л выно́сливости Преде́л уста́лости

Величина — относительное сужение

Относительное удлинение конвертерного и мартеновского металла.

Величина относительного сужения ( г), %) стандартом на сталь обыкновенного качества не нормируется. Для обоих видов стали относительное сужение как по модальным значениям характеристик, полученных статистической обработкой, так и по величине рассеивания свойств одинаково.
 

Величина относительного сужения оболочки при динамическом разрушении в общем случае не равна значению, полученному при статическом разрыве, вследствие различного характера напряженно — деформированного состояния образцов в момент разрыва. Однако даже допущение о примерном равенстве этих величин дает неплохое совпадение с экспериментом.
 

Поэтому величина относительного сужения более надежно определяет пластичность металла, чем величина относительного удлинения. Однако в образцах прямоугольного сечения относительное сужение нельзя точно определить.
 

По величине относительного сужения при растяжении можш судить о том, в какой мере материал может быть подвергнут даль нейшей холодной обработке ( волочению), так как чем больше ежа тие ( а это не всегда соответствует пределу прочности), тем боль ше может быть степень деформации при холодной обработке. Сте пень сжатия материала при любом пределе прочности, кроме зава симости от химического состава, указывает на физическое состоя ние проволоки и, в частности, на эффективность промежуточно ] термической обработки.
 

Полученные из испытаний величины относительного сужения при разрыве фгаах могут быть применены для определения наименьшего радиуса гибки поперек волокон проката, что соответствует испытанию продольных образцов.
 

Вязкость и тягучесть металла хорошо характеризуются величиной относительного сужения ф при растяжении испытываемого образца. Относительное сужение определяется как отношение площади наименьшего поперечного сечения образца при растяжении к исходной площади поперечного сечения образца.
 

Повыше ние содержания углерода в стали с мелкопластинчатым цементитом несколько снижает величину относительного сужения, хотя оно остается на довольно высоком уровне. Так, например, после деформации волочением на 90 % величина относительного сужения составляет 62; 58 и 52 % ( абс. В сталях с глобулярным цементитом деформация вызывает лишь уменьшение относительного сужения

Типичная кривая зависимости интенсивности напряжений от времени до разрушения для высокопрочных сталей в нейтральном растворе NaCl.| Влияние изменения предела текучести.

Потеря пластичности, обусловленная присутствием водорода, может быть определена по уменьшению величины относительного сужения или временного сопротивления при испытании с малой скоростью нагружения образцов. Значения временного сопротивления и предела текучести стали, за исключением хрупких структур, например мартенсита или бейнита, как обычно сообщают, очень слабо зависят от содержания водорода.
 

Для характеристики технологических свойств материала наибольший интерес представляют показатели пластичности, выраженные величиной относительного сужения поперечного сечения при растяжении ф, или-еще лучше-равномерным относительным сужением ф6, а также соотношением между пределом текучести as и пределом прочности ой.
 

Из приведенных марок сталь 10ХСНД обладает наиболее высокой прочностью при более высокой пластичности, оцениваемой величиной относительного сужения.
 

Прочность при этой температуре на 35 — 55 % выше, чем при комнатной; значения относительного удлинения почти одинаковы при 4 и 293 К, а величина относительного сужения при 4 К составляет почти половину значений при комнатной температуре. Чувствительность к надрезу сохраняется почти постоянной или повышается при снижении температуры, причем степень повышения возрастает с увеличением уровня прочности. Сплав 7005 имеет самую низкую прочность и наименьшую чувствительность к надрезу из всех исследованных сплавов. Данные, полученные при испытаниях сплавов серии 7ХХХ, подтверждают общую закономерность, наблюдавшуюся в ранее проведенных исследованиях и заключающуюся в том, что чувствительность к надрезу при 4 К повышается при увеличении предела текучести.
 

Однако, если бы наблюдаемое падение ударной вязкости было следствием накопления усталостных повреждений, то это повлекло бы за собой также и изменение исходной ( паспортной) величины относительного сужения.
 

Усталостное повреждение металла образца трубы № 1 в зоне вмятины h 20 мм.

Схожі:

	Учебник для студентов высших учебных заведенийРекомендовано Министерством общего и профессионального образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших…		Стипендии для выпускников высших учебных заведенийЕвропейский союз (Европейская комиссия \ Генеральный директорат по вопросам образования и культуры) предлагает определенное количество…
	Даад (Німецька служба академічних обмінів)Бонне. Его членами могут быть все вузы и представительства студентов, которые представлены в немецкой Конференции ректоров высших…		Отчет о проведении II международной научно-методической конференции «лингвистическая подготовка студентов нефилологических специальностей высших учебных заведений в контексте Болонского процесса и Общеевропейских рекомендаций по изучению,Международной научно-методической конференции «лингвистическая подготовка студентов нефилологических специальностей высших учебных…
	Основы судебно-психологической экспертизыРекомендовано Министерством образования Российской Федерации в качестве учебного пособия для студентов высших учебных заведений,…		Д. Н. Калюжный автоматизированные методы и средства определения мест повреждения линий электропередачиРекомендовано Министерством образования и науки Украины как учебное пособие для студентов электроэнергетических специальностей высших…
	Учебник для студ высш учеб, заведений / ВсеволодДопущено Министерством образования Российской Федерации в качестве учебника для студентов высших учебных заведений, обучающихся		Учебное пособие рекомендовано Министерством образования и науки Украины в качестве учебного пособия для студентов экологических специальностей высших учебных заведений«Мы вовсе не получили Землю в наследство от наших предков мы всего лишь взяли её в долг у наших детей»
	Факторы, влияющие на проектирование содержания курсов делового английского языка для неязыковых высших учебных заведений постановка проблемыФакторы, влияющие на проектирование содержания курсов делового английского языка для неязыковых высших учебных заведений		Программа по поддержке талантливой молодежи. Ее главная цель способствовать формированию нового поколения интеллектуальной и деловой элиты страныОхватывает все регионы Украины, а количество высших учебных заведений, ставших партнерами «Завтра. Ua», за пять лет увеличилось с…

Документи

Документи

ОБОРУДОВАНИЕ ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ

3.1. Для испытаний применяют разрывные и универсальные машины всех систем, если они соответствуют требованиям ГОСТ 1497-73, ГОСТ 7855-74 и требованиям стандартов на стали для строительных металлических конструкций.

3.2. При проведении испытаний должны соблюдаться следующие основные условия:

а) надежное центрирование образца в захватах испытательной машины;

б) плавность нагружения;

в) скорость перемещения активного захвата при испытании до предела текучести долина быть не более 0,01, за пределом текучести не более 0,2 длины расчетной части образца, выраженной в мм/мин.

Формула Эйлера для шарнирно-опертого стержня, сжатого по концам

Для шарнирно опертого стержня, сжатого по концам, формула Эйлера для определения критической нагрузки: (коэффициент приведения длины ).

Основной случай потери устойчивости – случай, когда при закреплении концов стержня и приложении нагрузки форма потери устойчивости представляет собой одну полуволну синусоиды (рис. 12.2, а).

Некоторые другие способы закрепления концов стержня (нагрузка по-прежнему приложена по торцам) легко могут быть приведены к основному случаю потери устойчивости путем сопоставления формы изогнутой оси с формой потери устойчивости шарнирно опертого стержня.

Влияние скорости деформации и температуры на прочностные характеристики

Стандарты на проведение испытаний на статическое растяжение, как правило, ограничивают скорость деформации или скорость приложения нагрузки. Так, стандарт ASTM E-8 ограничивает скорость деформации величиной 0,03 — 0,07 мм/мин. Такое ограничение вызвано искажением результатов за счёт повышения прочности металлов с ростом скорости деформации (при постоянной температуре). При скоростях деформации до 1 сек−1{\displaystyle ^{-1}} скорость деформации практически не влияет на прочностные характеристики (в частности, на предел текучести) (источник???).

В общем виде можно выразить формулу влияния скорости деформации на предел текучести в виде:

ε˙=ε˙sinh⁡α(σ−σ)kT{\displaystyle {\dot {\varepsilon }}={\dot {\varepsilon }}_{0}\sinh {\frac {\alpha (\sigma -\sigma _{0})}{kT}}}

где ε˙{\displaystyle {\dot {\varepsilon }}} — скорость деформации; ε˙{\displaystyle {\dot {\varepsilon }}_{0}} — астотный фактор, α{\displaystyle \alpha } — активационный объём; σ{\displaystyle \sigma } — напряжение течения; σ{\displaystyle \sigma _{0}} — экстраполяция напряжения течения на нулевую скорость деформации.

Эта же зависимость даёт и зависимость напряжения течения от температуры. В области низких температур и при отсутствии фазовых превращений прочность кристаллических материалов повышается. Вклад в повышение прочности даёт и переход от термически активируемого процесса деформации за счёт движения дислокаций к механизму деформации путём двойникования.

Предел прочности материала

Это предел возникающего напряжения, после которого образец начинает разрушаться.

Статический предел прочности измеряется при продолжительном приложении деформирующего усилия, динамический — при кратковременном, ударном характере такого усилия. Для большинства веществ динамический предел больше, чем статический.

Инструмент для определения предела прочности

Кроме того, существуют пределы прочности на сжатие материала и на растяжение. Они определяются на испытательных стенда опытным путем, при растягивании или сжатии образцов мощными гидравлическим машинами, снабженными точными динамометрами и измерителями давления. В случае невозможности достижения требуемого давления гидравлическим способом иногда применяют направленный взрыв в герметичной капсуле.

Динамические испытания стальных образцов

Основной вид такого исследования – испытания на изгиб, производимые по ГОСТу 9454-78. При таком виде анализа стальных образцов закон подобия неактуален, поэтому используют образцы с размерами и формой надреза, строго соответствующими нормативам. Основной образец имеет квадратное сечение площадью 10х10 мм и следующие виды надрезов:

• U-образный (образцы Шарпи) – располагается в середине стержня. Такие образцы применяются для установления норм для стержней, на которые будет наноситься V-образный надрез.
• V-образный (образцы Менаже). Основной тип стальных стержней, применяемый для исследований материалов, которые будут использоваться в конструкциях ответственного назначения.
• С Т-образным концентратором. Размеры стержней имеют несколько вариантов. Такие образцы применяют при исследованиях сплавов, предназначенных для эксплуатации в конструкциях, в которых важным является сопротивление росту трещин.

В результате динамических испытаний на изгиб рассчитывают величину ударной вязкости – характеристики, которая зависит от сочетания прочностных и пластических свойств стали. Чем она выше, тем надежней материал работает при динамических нагрузках.

Все стали, изделия из которых предназначаются для эксплуатации при динамических нагрузках, подвергаются испытаниям на ударный изгиб. В зависимости от запланированных рабочих условий, ударную вязкость определяют при нормальных, пониженных или повышенных температурах.

Предел прочности сталей

В качестве примера представлены значения предела прочности некоторых сталей. Эти значения взяты из государственных стандартов и являются рекомендуемыми (требуемыми). Реальные значения предела прочности сталей, равно как и чугунов, а также других металлических сплавов зависят от множества факторов и должны определяться при необходимости в каждом конкретном случае.

Для стальных отливок, изготовленных из нелегированных конструкционных сталей, предусмотренных стандартом (стальное литьё, ГОСТ 977-88), предел прочности стали при растяжении составляет примерно 40-60 кг/мм 2 или 392-569 МПа (нормализация или нормализация с отпуском), категория прочности К20-К30. Для тех же сталей после закалки и отпуска регламентируемые категории прочности КТ30-КТ40, значения временного сопротивления уже не менее 491-736 МПа.

Для конструкционных углеродистых качественных сталей (ГОСТ 1050-88, прокат размером до 80 мм, после нормализации):

• Предел прочности стали 10: сталь 10 имеет предел кратковременной прочности 330 МПа.
• Предел прочности стали 20: сталь 20 имеет предел кратковременной прочности 410 МПа.
• Предел прочности стали 45: сталь 45 имеет предел кратковременной прочности 600 МПа.

Категории прочности сталей

Категории прочности сталей (ГОСТ 977-88) условно обозначаются индексами «К» и «КТ», после индекса следует число, которое представляет собой значение требуемого предела текучести. Индекс «К» присваивается сталям в отожженном, нормализованном или отпущенном состоянии. Индекс «КТ» присваивается сталям после закалки и отпуска.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ОТНОСИТЕЛЬНОГО РАВНОМЕРНОГО УДЛИНЕНИЯ

4.1. При текущих испытаниях определение относительного равномерного удлинения может производиться по одному из следующих методов:

Первый метод

Относительное равномерное удлинение δ_р определяют вне участка разрыва (предпочтительней на большей части разрушенного образца) на начальной расчетной длине, равной 50 мм.

При этом расстояние от места разрыва до ближайшей точки (риски) начальной расчетной длины l_пр должно быть не менее 3b*) (с округлением до ближайшей удаленной разметочной риски от места разрыва образца где b — начальная ширина образца (рис. ).

______________

*) В случае цилиндрических образцов вместо b следует d.

Рис. 1

Относительное равномерное удлинение δ_р в процентах вычисляют по формуле

Второй метод

Относительное равномерное удлинение δ_р в % вычисляют по следующей формуле

где ψ_р — относительное равномерное сужение в %, вычисленное по формуле

Измерение площади F_кр производится на расстоянии от места разрыва не менее 4b.

Третий метод*)

______________

*) Этот метод допускает использование образцов с пятикратной расчетной длиной.

Относительное равномерное удлинение δ_р определяют графически по диаграмме растяжения (рис. ), записываемой соответствующим измерителем деформаций, установленным непосредственно на образце.

Масштаб по оси деформаций должен быть не менее 50:1.

Примечание. Определение δ_р производится на участке диаграммы растяжения, заканчивающемся точкой В, которая соответствует началу достижения максимальной нагрузки Р_вр.

Рис. 2

4.2. Относительное равномерное удлинение вычисляют с округлением до 0,5 %. При этом доли до 0,25 % отбрасывают, а доли в 0,25 % и более принимают за 0,5 % (см. приложение).

4.3. Испытание считается недействительным:

— при разрыве образца по кернам (рискам), если при этом какая-либо характеристика механических свойств по своей величине не отвечает установленным требованиям;

— при разрыве образца в захватах испытательной машины или за пределами расчетной длины;

— при обнаружении ошибок в проведении испытаний или записи результатов испытаний.

В указанных случаях испытание на растяжение должно быть повторено на отобранных от той же партии или плавки новых образцах.

Кривое растяжение

Кривые растяжения некоторых твердых и полутвердых тел представлены на фиг. Они показывают, что характер деформации не остается постоянным при различных напряжениях. К тому же деформация таких тел осложняется упрочнением под нагрузкой, усталостью и другими явлениями.
 

Кривые растяжения — сжатия полипропилена типичны для высококристаллического полимера с низкой температурой перехода аморфного полимера в хрупкое состояние. Под действием внешней растягивающей нагрузки материал сначала испытывает упругую деформацию вплоть до предела текучести, после чего какой-либо участок образца материала внезапно начинает уменьшаться в диаметре и материал течет при неизменной нагрузке. Во время течения макромолекулы материала ориентируются в направлении приложения нагрузки, в результате чего механические свойства улучшаются. Степень повышения механических свойстл является функцией степени ориентации.
 

Кривые растяжения трех зфиров целлюлозы — НЦ, АЦ и ЭЦ.| Влияние влаги на прочность.| Определение статического изгиба.

Кривые растяжения полезны также для изучения влияния влажности на механические свойства материала.
 

Кривые растяжения характеризуют свойства материала на различных стадиях его приближения к равновесию. При этом механические свойства полимера заметно изменяются. Из рис. 2.14 видно, что сразу же после первого цикла деформации кривая повторного растяжения содержит один предел текучести, после достижения которого она совпадает с начальной кривой растяжения. В дальнейшем проходящая во времени усадка полимера сопровождается значительным изменением формы кривых повторного растяжения. На этих кривых появляется второй предел текучести, который возрастает при увеличении времени отдыха полимера после первого цикла деформации. Очевидно, что появление второго предела текучести обусловлено формированием в полимере новой структурной сетки, разрушению которой под действием механического напряжения соответствует перегиб на кривой растяжения.
 

Кривые растяжения резины, построенные в координатах напряжение-удлинение, наиболее полно характеризуют поведение этого материала при больших деформациях.
 

График зависимости напряжения от коэфициента при модуле сдвига ( по Хенки.

Кривые растяжения НИИРПа, построенные по формуле Хенки.
 

Кривые растяжения резины или отдельные координаты этих Кривых не только характеризуют сопротивление резины деформациям, но и являются исходными пунктами для оценки качества резины с точки зрения правильности рецепта и режима вулканизации.
 

Кривые растяжения фторопласта-4 в зависимости от температуры и допускаемые напряжения показаны на фиг.
 

Построенные кривые растяжения ( рис. 1) свидетельствуют о заметной тенденции к изменению механических свойств как ПВД, так и ПП в процессе экспозиции этих материалов в агрессивной среде.
 

Кривые растяжения текстолита и гетинакса представлены на фиг.
 

Кривые растяжения низкоуглеродистой стали и отожженной алюминиевой и марганцовистой бронзы в отличие от остальных металлов показывают скачкообразный переход из упругой области в пластическую.
 

Сечение блока цилиндров Диаграмма Р — е.

Кривые растяжения коротких болтов, на упругость которых влияет деформация головки и резьбовой части, а также болтов с упругими элементами нелинейной характеристики определяют экспериментально. Растягивающую силу прикладывают через упругие элементы. Экспериментальную кривую наносят на заготовку диаграммы ( рис. 314, е) и через точку т встречи с линией Р аст проводят вертикал. Ордината точки b представляет собой Рзат.
 

Основные сведения

Модуль Юнга, (называемый также модулем продольной упругости и модулем упругости первого рода) это важная механическая характеристика вещества. Он является мерой сопротивляемости продольным деформациям и определяет степень жесткости. Он обозначается как E; измеряется н/м2 или в Па.

Это важный коэффициент применяют при расчетах жесткости заготовок, узлов и конструкций, в определении их устойчивости к продольным деформациям. Вещества, применяемые для изготовления промышленных и строительных конструкций, имеют, как правило, весьма большие значения E. И поэтому на практике значения Е для них приводят в гигаПаскалях (1012Па)

Величину E для стержней поддается расчету, у более сложных конструкций она измеряется в ходе опытов.

Приближенные величины E возможно узнать из графика, построенного в ходе тестов на растяжение.

График теста на растяжение

E- это частное от деления нормальных напряжений σ на относительное удлинение ε.

E=α/ε

Закон Гука также можно сформулировать и с использованием модуля Юнга.

Напряжения при растяжении-сжатии.

Определенная методом сечений продольная сила N, является равнодействующей внутренних усилий распределенных по поперечному сечению стержня (рис. 2, б). Исходя из определения напряжений, согласно выражению (1), можно записать для продольной силы:

где σ — нормальное напряжение в произвольной точке поперечного сечения стержня.

Чтобы определить нормальные напряжения в любой точке бруса необходимо знать закон их распределения по поперечному сечению бруса. Экспериментальные исследования показывают: если нанести на поверхность стержня ряд взаимно перпендикулярных линий, то после приложения внешней растягивающей нагрузки поперечные линии не искривляются и остаются параллельными друг другу (рис.6, а). Об этом явлении говорит гипотеза плоских сечений (гипотеза Бернулли): сечения, плоские до деформации, остаются плоскими и после деформации.

Так как все продольные волокна стержня деформируются одинаково, то и напряжения в поперечном сечении одинаковы, а эпюра напряжений σ по высоте поперечного сечения стержня выглядит, как показано на рис.6, б. Видно, что напряжения равномерно распределены по поперечному сечению стержня, т.е. во всех точках сечения σ = const. Выражение для определения величины напряжения имеет вид:

Таким образом, нормальные напряжения, возникающие в поперечных сечениях растянутого или сжатого бруса, равны отношению продольной силы к площади его поперечного сечения. Нормальные напряжения принято считать положительными при растяжении и отрицательными при сжатии.

Предел прочности чугуна

Метод определения предела прочности чугуна регламентируется стандартом ГОСТ 27208-87 (Отливки из чугуна. Испытания на растяжение, определение временного сопротивления).

Предел прочности серого чугуна. Серый чугун (ГОСТ 1412-85) маркируется буквами СЧ, после букв следуют цифры, которые указывают минимальную величину предела прочности чугуна – временного сопротивления при растяжении (МПа*10 -1 ). ГОСТ 1412-85 распространяется на чугуны с пластинчатым графитом для отливок марок СЧ10-СЧ35; отсюда видно, минимальные значения предела прочности серого чугуна при растяжении в литом состоянии или после термической обработки варьируются от 10 до 35 кгс/мм 2 (или от 100 до 350 МПа). Превышение минимального значения предела прочности серого чугуна допускается не более, чем на 100 МПа, если иное не оговорено отдельно.

Предел прочности высокопрочного чугуна. Маркировка высокопрочного чугуна также включает в себя цифры, обозначающие временное сопротивление при растяжении чугуна (предел прочности), ГОСТ 7293-85. Предел прочности при растяжении высокопрочного чугуна составляет 35-100 кг/мм 2 (или от 350 до 1000 МПа).

Из вышеизложенного видно, что чугун с шаровидным графитом может успешно конкурировать со сталью.

Подготовлено: Корниенко А.Э. (ИЦМ)

Лит.:

1. Циммерман Р., Гюнтер К. Металлургия и материаловедение. Справ. изд. Пер. с нем. – М.: Металлургия, 1982. – 480 с.
2. Иванов В.Н. Словарь-справочник по литейному производству. – М.: Машиностроение, 1990. – 384 с.: ил. – ISBN 5-217-00241-1
3. Жуковец И.И. Механические испытания металлов: Учеб. для сред. ПТУ. – 2-е изд., перераб. и доп. – М.: Высш.шк., 1986. – 199 с.: ил. – (Профтехобразование). – ББК 34.2/ Ж 86/ УДЖ 620.1
4. Штремель М.А. Прочность сплавов. Часть II. Деформация: Учебник для вузов. – М.:*МИСИС*, 1997. – 527 с.
5. Мешков Ю.Я. Физика разрушения стали и актуальные вопросы конструкционной прочности // Структура реальных металлов: Сб. науч. тр. – Киев: Наук. думка, 1988. – С.235-254.
6. Френкель Я.И. Введение в теорию металлов. Издание четвёртое. – Л.: «Наука», Ленингр. отд., 1972. 424 с.
7. Получение и свойства чугуна с шаровидным графитом. Под редакцией Гиршовича Н.Г. – М.,Л.: Ленинградское отделение Машгиза, 1962, – 351 с.
8. Бобылев А.В. Механические и технологические свойства металлов. Справочник. – М.: Металлургия, 1980. 296 с.

Конкурс «Я и моя профессия: металловед, технолог литейного производства». Узнать, участвовать >>>

Физический смысл модуля Юнга

Во время принудительного изменения формы предметов внутри них порождаются силы, сопротивляющиеся такому изменению, и стремящиеся к восстановлению исходной формы и размеров упругих тел.

Если же тело не оказывает сопротивления изменению формы и по окончании воздействия остается в деформированном виде, то такое тело называют абсолютно неупругим, или пластичным. Характерным примером пластичного тела является брусок пластилина.

Виды деформации

Р. Гук исследовал удлинение стрежней из различных веществ, под воздействием подвешенных к свободному концу гирь. Количественным выражением степени изменения формы считают относительное удлинение, равное отношению абсолютного удлинения и исходной длины.

В результате серии опытов было установлено, что абсолютное удлинение пропорционально с коэффициентом упругости исходной длине стрежня  и деформирующей силе F и обратно пропорционально площади сечения этого стержня S:

Δl = α * (lF) / S

Величину, обратную α, и называют модулем Юнга:

1/α = E

Относительная деформация:

ε = (Δl) / l = α * (F/S)

Отношение растягивающей силы F к S называют упругим напряжением σ:

ε=α σ

Закон Гука, записанный с использованием модуля Юнга, выглядит так:

σ = ε/α = E ε

Теперь можно сформулировать физический смысл модуля Юнга: он соответствует напряжению, вызываемому растягиванием стержнеобразного образца вдвое, при условии сохранения целостности.

В реальности подавляющее большинство образцов разрушаются до того, как растянутся вдвое от первоначальной длины. Значение E вычисляют с помощью косвенного метода на малых деформациях.

Коэффициент жёсткости при упругой деформации стержня вдоль его оси k = (ES) / l

Модуль Юнга определяет величину потенциальной энергии тел или сред, подвергшихся упругой деформации.

Испытание сталей

Чтобы полностью изучить свойства материала и определения предела текучести, пластических деформаций и прочности проводят испытание образцов металла до полного разрушения. Испытание проводят при действии нагрузок следующего вида:

• статической нагрузкой;
• циклической категории (на выносливость или усталость);
• растяжение;
• изгиб;
• кручение;
• реже на сочетающиеся нагрузки, например, изгиб и растяжение.

Определение пределов испытательных нагрузок производят в стандартных условиях, с применением специальных машин, которые описаны в правилах Государственных стандартов.

Испытание образца для определения предела текучести

удлинением испытательного образца

Все показания испытания автоматически отображаются в виде диаграммы для наглядного сравнения. Ее называют диаграммой условного растяжения или условного напряжения, график зависит от первоначального сечения образца и первоначальной его длины. Вначале увеличение силы приводит к пропорциональному удлинению образца. Такое положение действует до предела пропорциональности.

После достижения этого порога график становится криволинейным и обозначает непропорциональное увеличение длины при равномерном повышении нагрузки. Дальше следует определение предела текучести. До тех пор, пока напряжения в образце не превосходят этого показателя, то материал с прекращением нагрузки может вернуться в первоначальное состояние относительно размеров и формы. На практике испытательного процесса разница между этими пределами невелика и не стоит особого внимания.

Предел текучести

Если продолжать увеличивать нагрузку, то наступает такой момент испытания, когда изменение формы и размеров продолжается без увеличения силы. На диаграмме это показывается горизонтальной прямой (площадкой) текучести. Фиксируется максимальное напряжение, при котором увеличивается деформация, после прекращения наращивания нагрузки. Этот показатель называется пределом текучести. Для стали Ст. 3 предел текучести от 2450 кг на квадратный сантиметр.

Условный предел текучести

деформацию в пределе 0,2%

Испытания стальных образцов показывает, что текучесть металла вызывает значительные сдвиги кристаллов в решетке, и характеризуется появлением на поверхности линий, направленные к центральной оси цилиндра.

Предел прочности

После изменения на некоторую величину происходит переход образца в новую фазу, когда после преодоления предела текучести, металл снова может сопротивляться растяжению. Это характеризуется упрочнением, и линия диаграммы снова поднимается, хотя повышение происходит в более пологом проявлении. Появляется временное сопротивление постоянной нагрузке.

После достижения максимального напряжения (предела прочности) на образце появляется участок резкого сужения, так называемой шейки, характеризующейся уменьшением площади поперечного сечения, и образец рвется в самом тонком месте. При этом значение напряжения резко падает, уменьшается и величина силы.

Сталь Ст.3 характеризуется пределом прочности 4000–5000 кГ/см2. Для высокопрочных металлов такой показатель достигает предела 17500 кГ/см3 этот.

Пластичность материала

Характеризуется двумя показателями:

• остаточное относительное удлинение;
• остаточное сужение при разрыве.

Для определения первого показателя измеряют общую длину растянутого образца после разрыва. Чтобы это сделать, складывают две половинки друг с другом. Измерив длину, высчитывают процентное отношение к первоначальной длине. Прочные сплавы менее подвержены пластичности и показатель относительного удлинения снижается до 63 эта11%.

Вторая характеристика рассчитывается после измерения наиболее узкой части разрыва и высчитывается в процентном отношении к первоначальной площади среза образца.

Хрупкость сталей

показатель хрупкости материала

Некоторые материалы в разных условиях ведут себя совсем не как хрупкие. Например, чугун, расположенный так, что зажат со всех сторон, не разрушается даже при больших нагрузках и возникающих внутри напряжениях. Сталь с проточками характеризуется повышенной хрупкостью. Отсюда вывод, что гораздо целесообразнее испытывать не пределы хрупкости, а определять состояние материала, как пластичное или хрупкое.

Испытания сталей для определения физических и технических свойств делаются с целью получить достоверные данные для произведения работ при строительстве и создания конструкций в хозяйстве.