Конструкционные свойства
К конструкционным свойствам относятся:
прочность;
упругость;
пластичность;
твердость;
ударная вязкость.
Эти свойства определяют прочность и долговечность машины.
Прочность – это способность материала сопротивляться деформации и разрушению.
Деформацией называется изменение размеров и формы тела под действием внешних сил. Деформации подразделяются на упругие и пластические. Упругие деформации исчезают после окончания действия сил, а пластические остаются.
Пластичность – способность материала деформироваться. Пластичность обеспечивает конструктивную прочность деталей под нагрузкой и нейтрализует влияние концентраторов напряжений – отверстий, вырезов и т. п. При пластическом деформировании металла одновременно с изменением формы изменяется ряд свойств, в частности при холодном деформировании повышается прочность, но снижается пластичность.
Зачем испытывать металл?
Механические испытания металлов нужны для того, чтобы оценить их качество по окончании технологического процесса производства. В результате этих испытаний определяют механические свойства металла. По характеристикам механических свойств потребители определяют пригодность металла для конкретных условий работы.
Методы механических испытаний металлов регламентированы государственными стандартами или ведомственными инструкциями. Это необходимо для того, чтобы результаты испытаний можно было сопоставить, т.е. сравнить между собой продукцию, которую испытывали разные организации. Испытателей может быть много, а методы у них должны быть одинаковые.
На металл может быть оказана статическая или динамическая нагрузка. При статической нагрузке на металл напряжение увеличивается постепенно, а при динамической ударно.
Напряжения могут быть растягивающими, сжимающими и сдвиговыми. Скручивание металла – это лишь вид сдвиговых напряжений, сгибание / разгибание металла – это сочетание растягивающих и сжимающих напряжений.
Испытания на растяжение.
Испытание на изгиб.
Испытания на удар или ударную вязкость.
Это основные виды механических испытаний. Существуют также следующие разновидности:
Испытания на усталость - обычно определяется усталость металла при изгибе.
Испытания на глубокую вытяжку - в лист металла вдавливается шаровой пуансон (металлический брусок с шариком на конце).
Испытания на ползучесть - длительная нагрузка в сочетании с повышенной температурой.
Хрупкое и пластическое разрушение
В начале мы ввели понятия о двух простейших типах разрушения:
1) хрупком – путем отрыва от наибольших растягивающих нормальных напряжений σmax=R;
2) пластичном – путем сдвига от максимальных касательных напряжений τmax=τT.
Схематически эти условия показаны на рис.22.3 с помощью прямых 1-1 и 2-2.
Свойство материала разрушаться пластически (вязко) или хрупко не является абсолютным. Каждое тело обладает тем и другим свойством в большей или меньшей степени в зависимости от температуры, внешнего давления, скорости нагружения, времени нагружения и др.
Диаграмма сжатия хрупкого материала в координатах “на-пряжение-деформация” похожа на диаграмму растяжения. Однако временное сопротивление при сжатии оказывается значительно больше по абсолютной величине, чем при растяжении. Например, для чугуна |sвc| / sвp = 2,5…4,5. Для горных пород и строительных материалов пределы прочности при сжатии и растяжении могут отличаться на порядок.
Определение допускаемых напряжений, запасов прочности при расчетах деталей из стеклопластиков, нормативные требования к материалу нужно назначать с учетом рассеяния их прочностных характеристик вследствие случайных отклонений, зависящих от ряда конструктивно-технологических факторов. Таким образом, для расчета на прочность недостаточно знать средний предел прочности, так как опредение допускаемых напряжений по среднему не обеспечивает неразрушения элемента при некотором рассеянии свойств.
Определение допускаемых напряжений косвенным путем в настоящее время еще затруднительно, так как статистические данные по величинам коэффициентов для конкретных сочетаний металл - среда, входящих в расчетные зависимости, чрезвычайно ограничены, поэтому важнейшей задачей наряду с уточнением методов расчета является постановка исследований с целью накопления этих данных.
Определение допускаемого напряжения для высоколегированной стали с использованием запаса прочности п - 1 15 правомерно только в том случае, когда характеристики прочности стали установлены без учета упрочнения. Этот коэффициент запаса не следует также применять при определении допускаемого напряжения в деталях, где недопустима пластическая деформация.
46. Основные критерии работоспособности деталей машин. Материалы, применяемые для изготовления деталей машин и их выбор по основным критериям работоспособности.
Критерии работоспособности: прочность, жесткость, износостойкость, теплостойкость, виброустойчивость.
При конструировании работоспособность деталей обеспечивают выбором материала и расчетом размеров по основному критерию. Выбор критерия для расчета обусловлен характером разрушения (видом отказа), типичным для той или иной детали, изделия. Так, для крепежных винтов основным критерием работоспособности является прочность, для ходовых винтов – износостойкость, для валов – жесткость.
Важнейшим критерием работоспособности является прочность, т.е. способность детали сопротивляться разрушению или возникновению недопустимых пластических деформаций под действием приложенных к ней нагрузок. Это абсолютный критерий. Ему должны удовлетворять все детали.