4.2. Механические свойства материалов

Механические свойства характеризуют сопротивление материала деформации, разрушению или особенности его поведения в процессе разрушения. Группа включает показатели прочности, жесткости (упругости), пластичности, твердости и вязкости. Эти показатели определяют в лабораторных условиях на образцах стандартных размеров. Они не учитывают конструкцию детали и условия их эксплуатации.

4.2.1. Механические свойства, определяемые при статических нагрузках

Статические испытания предусматривают медленное и плавное нарастание нагрузки, прилагаемой к испытуемому образцу. По способу приложения нагрузок различают испытания на растяжение, на сжатие, на изгиб, на кручение, на сдвиг или срез.

4.2.1.1. Испытание на растяжение (гост 1497-84)

При растяжении стандартных образцов с поперечным сечением F₀ и рабочей длиной l₀ (рис.4.1) строят диаграмму растяжения в координатах нагрузка Р– удлинение образца ∆l (рис. 4.2). На диаграмме выделяют 3 участка: упругой деформации (до нагрузки Р_упр); равномерной пластической деформации ( участок Р_упр-Р_max) и сосредоточенной пластической деформации и (Р_max-Р_k). Прямолинейный участок сохраняется до нагрузки, соответствующей пределу пропорциональности Р_пц. Тангенс угла наклона прямолинейного участка характеризует модуль упругости первого рода Е.

На участке от Р_пц до Р_упр нарушается линейная зависимость между Р и ∆l из-за упругих несовершенств материала, связанных с дефектами решетки.

Пластическое деформирование выше Р_упр идет при возрастающей нагрузке, т. к. металл в процессе деформирования упрочняется. Упрочнение металла при деформировании называется наклепом.

Наклеп металла увеличивается до момента разрыва образца, хотя растягивающая нагрузка при этом уменьшается от Р_max до Р_к (рис. 4.2 а). Это объясняется появлением в образце местного утонения – шейки, в которой в основном сосредотачивается пластическая деформация. Несмотря на уменьшение нагрузки, растягивающие напряжения в шейке повышаются до тех пор, пока образец не разорвется. Об этом свидетельствует диаграмма истинное напряжение σ – деформация ε (рис. 4.2 б). Напряжения σ_упр, σ_т, σ_в - стандартные характеристики прочности. Каждая получается делением соответствующей нагрузки Р_упр, Р_т, Р_max на начальную площадь поперечного сечения F₀.

Пределом упругости σ_упр называют напряжение, при котором пластическая деформация достигает заданного значения, установленного условиями. Обычно используют значения остаточной деформации 0,005; 0,02 и 0,05% . Соответствующие пределы упругости обозначают σ_0,005, σ _0,02 , σ _0,05. Предел упругости - важная характеристика пружинных материалов, которые используют для упругих приборов и машин.

Условный предел текучести – это напряжение, которому соответствует пластическая деформация 0,2%, его обозначают σ_0,2.

Временное сопротивление характеризует максимальную несущую способность материала, его прочность, предшествующую разрушению:

σ_в= Р_max/F₀

Пластичность характеризуется относительным удлинением δ и относительным сужением φ:

δ=[(l_k-l₀)/l₀]100%;

φ=[(F₀-F_k)/F₀]100%,

где l_k – конечная длина образца; l₀ и F₀ – начальные длина и площадь поперечного сечения образца; F_k – площадь поперечного сечения в месте разрыва.

Допустимое напряжение, которое используют в расчетах, выбирают меньше σ_0,2 (обычно в 1,5 раза) или меньше σ_B (в 2,4 раза).

М алопластичные материалы трудно испытывать на растяжение. Их подвергают испытанию на изгиб.

Рис. 4.1. Схема приложения силы при испытании на растяжение

Рис.4.2. Диаграмма растяжения образца длиной l