9.Механические свойства материалов

Для оценки способности материала сопротивляться деформированию и разрушению в механике принято использовать силовые и деформационные показатели, определяемые либо по результатам кратковременных статических испытаний на растяжение-сжатие специально подготовленных стандартных образцов (в расчётах деталей при кратковременных перегрузках), либо по результатам длительных циклических испытаний образцов на изгиб или кручение. Для определения статических характеристик по результатам разрушающих испытаний строится диаграмма "напряжения-относительные удлинения", типичный вид которой представлен на Рис. 9 .14.

Рис. 9.14 - Диаграмма "напряжения-относительные удлинения"

Определение характеристик длительной прочности ведётся на основе построения кривых усталости (кривых Веллера, рис. 4)

Рис. 9.15 – Диаграмма Веллера

Диаграмма имеет типичные участки:

участок ОА-участок упругого деформирования, выполняется закон Гука ;

- предел пропорциональности;

АВ - участок, соответствующий течению материала, то есть деформированию без увеличения нагрузки на образец (площадка текучести);

- предел текучести.

На этом участке деформирования АВ структура материала изменяется, на поверхности образца появляются тёмные линии (линии Чернова), зеркальная поверхность образца становится матовой. - упругая (восстанавливаемая) деформация;

- пластическая (невосстанавливаемая) деформация, то есть деформация, остающаяся после снятия нагрузки на образец.

ВС - зона упрочнения, - предел прочности (или временное сопротивление), где Р_мах - максимальная нагрузка, выдерживаемая образцом, A_нач - начальная площадь поперечного сечения образца.

СД - участок падения условного напряжения (Р/A_нач) в образце,

СЕ-участок возрастания действительного напряжения в образце. На участке ОА образец испытывает только упругие, то есть исчезающие при снятии нагрузки деформации.

При нагружении образца до величины напряжений, превышающей предел пропорциональности, возникают пластические деформации, остающиеся после разгрузки образца. Повторное нагружение образца происходит упруго вплоть до величины первоначальных напряжений. Такое явление повышения предела пропорциональности получило название наклёпа, которое используется на практике для уменьшения пластических деформаций и, например, устранения провисания проводов линий электропередач.

9.1.Усталостная прочность

Находясь длительное время под действием переменных, чаще всего циклически изменяющихся нагрузок, детали машин и элементы конструкций разрушаются вследствие накопления в материале критической концентрации внутренних микроповреждений, приводящей к появлению усталостной трещины. Такое разрушение, рассматриваемое как временной процесс, получило название усталостного, а способность материала сопротивляться такому разрушению - выносливостью. Её количественной характеристикой является предел выносливости ( на Рис. 9 .15) -таково максимальное значение напряжений, циклически изменяющихся в сечении стандартного образца (в частности, по симметричному циклу, Рис. 9 .14), при котором образец выдерживает без разрушения базовое число циклов N_б. Это число достаточно велико, и для стальных образцов, например, составляет 10 млн. циклов.

Помимо материала, на выносливость реальной детали влияют также такие факторы, как размеры, состояние её поверхности, концентраторы напряжений в материале. Степень этого влияния характеризуют соответствующими коэффициентами, представляющими собой отношение предела выносливости стандартного образца диаметром 7 мм, изготовленного с идеально гладкой поверхностью без концентраторов напряжений, к пределу выносливости образцов-аналогов рассчитываемой детали. Совместное влияние перечисленных факторов на выносливость детали учитывается произведением указанных коэффициентов.

Все механические характеристики и коэффициенты влияния получают по результатам нескольких разрушающих испытаний и усредняют. Значения заносятся в таблицы и используются для механического расчёта изделий. Иногда для оценки величины временного сопротивления или предела выносливости пользуются косвенными методами, в частности методом, основанным на измерении твёрдости материала и её связи с временным сопротивлением при разрыве.