2. Загальні механічні властивості

Механічні властивості визначають поведінку матеріалу під навантаженням. В результаті механічних випробувань металів і сплайів одержують числові значення механічних властивостей, тобто значення напружень або деформацій, при яких відбуваються зміни фізичного і механічного станів матеріалу.

1. Випробування на розтягування, стискання і згинання

До загальних механічних властивостей відносяться, перш за все, статичні випробування на розтяг стандартних зразків (ГОСТ 1497- 84), рис. 65.

Рис. 65. Форма і розміри зразків для випробувань на розтягнення: а) циліндричний зразок; б) плоский зразок; в) пропорційний зразок.

Розривні машини обладнані спеціальними приладами, які записують діаграми розтягування навантаження - деформація (рис. 66а). Таку* діаграму перерахунком переводять в умовну діаграму деформації з координатами "умовне напруження а - відносне подовження 8 " (рис. 66 б). При цьому:

де Р - сила (розтягуюче навантаження);

5₀- вихідна площа поперечного перерізу зразка; АС - збільшення робочої довжини зразка;

С₀ - вихідна робоча довжина зразка.

З умовної діаграми деформації визначають границю пружності Су, границю текучості <т₀,2 , і границю міцності о_в.

Границя пружності а_у - умовне напруження, при досягненні якого пружні деформації змінюються на пластичні. З певним допущенням можна вважати, що границя пружності співпадає з границею пропорційності , що представляє собою умовне напруження, при досягненні якого спостерігається відхилення від лінійного ходу кривої деформації, тобто перестає діяти закон Гука:

о = Е-5,

де Е - модуль пружності (модуль Юнга); він рівняється тангенсу кута нахилу прямої О А до осі абсцис і визначає собою жорсткість матеріалу.

Частіше користуються умовною границею пружності - напруженням, при якому пластична деформація досягає певної заданої малої величини - 0,001; 0,005; 0,02 або 0,05%. Відповідні їй границі пружності: Оо.ооь <7(),005, <70,02 00,05...

Границя пружності - важлива характеристика для матеріалів, з яких виготовляють пружні елементи машин і механізмів (пружини, ресори, мембрани тощо). Для таких деталей необхідним є матеріал з високою границею пружності. Високий модуль пружності Е повинні мати матеріали, з яких виготовляються станини верстатів, корпусів редукторів та інших деталей, потребуючих збереження точних розмірів і форм.

Границя текучості Сод - умовне напруження, при якому відбувається залишкова деформація 0,2% (для матеріалів, які на діаграмі розтягування мають площадку текучості, визначають відповідну фізичну границю текучості о_т). Ця величина характеризує опір матеріалу малим пластичним деформаціям, тому для деталей, пластична деформація яких в процесі роботи недопустима (а таких деталей - більшість), несучу спроможність розраховують за границею текучості. При цьому допустиме напруження, яке використовується в розрахунках, звичайно вибирають в 1,5 рази менше за Сод.

Границя міцності о_в - умовне напруження, відповідаюче найбільшому навантаженню, яке можливе до руйнування зразка. На відміну від Оо,2 границя міцності с_в (тимчасовий опір) характеризує опір металу великим пластичним деформаціям. За величиною с_в, як і за величиною Сод, розраховують допустимі робочі напруження, вибираючи їх в 2,4 рази менші, ніж о_в. Чим більшими будуть значення а_в і Сод (а для окремого типу деталей і о_у або Е), тим більшими будуть допустимі напруження, а, отже, тим меншими можуть бути розміри і маса деталей. Тому при виборі матеріалу необхідно прагнути, щоб характеристики його загальної міцності були якомога вищими: Оо,г (о_в ,о_у, Е).

Під час випробувань зразків на розтяг (розрив) визначають також пластичність матеріалу, яка характеризує здатність його витримувати велику деформацію без руйнування. Пластичність характеризується двома показниками - відносним подовженням 5 і відносним звуженням у:

Р -Р р -р

5 = -^к З-100%; у = -2 *- ■ 100%,

/ р

'-о ^хо

де С_к, С₀ - кінцева і вихідна робоча довжина зразка;

Е₀ - вихідна площа поперечного перерізу зразка;

Е_к - площа перерізу зразка в місці розриву (площа шийки).

Характеристики пластичності, як і характеристики міцності, являються базовими. Вони включаються в державні стандарти на постачання конструкційних матеріалів, в паспорти приймальних випробувань. Характеристики пластичності при розрахунках конструкцій не використовуються, однак вони дозволяють мати уяву про спроможність матеріалу розподіляти напруження за рахунок пластичної деформації, що особливо важливо для деталей з концентраторами напружень.

Якісний конструкційний матеріал, який призначається для виготовлення відповідальних виробів, повинен володіти поряд з високою міцністю високими показниками пластичності.

Для чавунів, литих алюмінієвих сплавів та інших матеріалів, крихких при розтягуванні, застосовують випробування на стискання за ГОСТ 25.503-80. Такі матеріали під час розтягу руйнуються шляхом відриву, а під час стискання руйнуються зрізом. Після випробувань визначають границю міцності при стисканні.

Д ля крихких матеріалів (чавун, інструментальні сталі) також широко застосовують випробування на згин (ГОСТ 14019-80). Частіше випробування проводять зосередженим навантаженням на зразок, який лежить на двох опорах (рис. 67). Границя міцності при згині

№ = (в/г)"/ в - для прямокутного перерізу зразка (Ні в- висота і ширина зразка) і V/ = (лб)³/ 32 - для круглого перерізу.