1.5. Механические свойства материалов

Механические свойстваопределяют конструктивную прочность или работоспособность изделий в условиях внешних силовых нагрузок. Виды механических испытаний классифицируют по следующим признакам:

1. способ нагружения (растяжение, сжатие, изгиб, кручение, срез, циклическое нагружение);

2. скорость нагружения (статические испытания–медленное нагружение, динамические испытания–быстрое нагружение);

3) протяженность во времени (кратковременные, длительные).

При статическом нагружении изделий в условиях растяжения или сжатия определяют временное сопротивление(предел прочности)_В ,,условный предел текучести_0,2 ,,относительное удлинение,относительное сужениепри растяжении иотносительную деформацию укороченияпри сжатии. Методика определения механических свойств при растяжении и сжатии регламентирована ГОСТ 1497-84 и ГОСТ 25.503-80 соответственно, напряжения измеряют в МПа (мегапаскалях),,и– в %. Испытания на растяжение при повышенных температурах регламентируются ГОСТ 9651-84, при пониженных температурах – ГОСТ 11150-84.

В условиях изгибающих усилий и моментов определяют предел прочностипри изгибеипредел упругости(ГОСТ 14019-80).

В условиях динамических, ударных нагрузок проводят испытание материала на ударную вязкость (ГОСТ 9454-78). Ударная вязкостьоценивается работой разрушения образца при ударе, отнесенной к начальной площади поперечного сечения образца, МДж/м². При испытании материалов используют образцы с концентратором (надрезом) видаUилиV, а также с предварительно наведенной трещиной глубиной2,5 мм, для обозначения этих видов ударной вязкости используют символыKCU,KCV,KСТ, соответственно.

В условиях знакопеременных нагрузок растяжение-сжатие проводят испытания на сопротивление материала усталостному разрушению: определяют предел выносливостипри симметричном цикле нагружения_-1илиусталостную долговечность N_(ГОСТ 25.502-79). Напряжение_-1соответствует максимальному напряжению цикла, которое материал может выдерживать не разрушаясь, при достаточно большом числе циклов нагруженияN10⁶…10⁸, аN_соответствует числу циклов нагружения, которое выдерживает образец до разрушения при заданном уровне напряжения.

В условиях контактных нагрузок (шестерни, опоры, валы) широко используются показатели твердостиНВ,HRC,HV, которые характеризуют сопротивление материала местной пластической деформации, возникающей при внедрении в него более твердого телаиндентора.

Метод измерения твердости поБринеллю(ГОСТ 9012-59): значение твердостиНВопределяют путем деления нагрузкиPна площадь поверхности сферического отпечаткаd, полученного путем вдавливания в испытуемый материал шарика диаметромD.Ттвердость поРоквеллу (ГОСТ 9013-59) определяют в условных единицах по глубине вдавливания алмазного конуса при нагрузкеP = 600 Н (шкалы С и А)HRC,HRAили шарика приP = 1000 Н (шкала В)HRB. Измерениетвердости поВиккерсу (ГОСТ 2999-75) осуществляется путем вдавливания в материал четырехгранной пирамиды под действием нагрузкиP. Значение твердостиHVопределяют путем деления нагрузкиPна квадрат диагонали отпечатка пирамидыd².

При высоких температурах оценка работоспособности материалов производится на основе определения характеристик жаропрочности .

Жаропрочность – это способность материала сопротивляться деформации и разрушению при высоких температурах под действием внешних механических нагрузок. Обычно выделяют три характеристики жаропрочности:

– кратковременная прочность при повышенных температурах, т.е., определенное при некоторой повышенной температуреt;

– предел длительной прочности– это напряжение, которое приводит к разрушению образца при заданной температуреtза время(ГОСТ 10145-81), например;=300 МПа означает, что длительная прочность материала при испытании в течение 100 часов при 700С составляет 300 МПа; часто жаропрочность оценивают подолговечности– времени, которое выдерживает материал (образец) до разрушения под напряжениемпри температуреt, например,= 50 ч означает, что при испытании материала при температуре 900С, под напряжением 250 МПа время до разрушения составило 50 ч;

– предел ползучести– это напряжение, которое при данной температуреt, за определенное времявызывает деформацию величиной(ГОСТ 3248-60), например,= 350 МПа означает, что предел ползучести материала при температуре 500С, при деформации 1 %, за 1000 часов испытания составляет 350 МПа; испытания, связанные с определением предела ползучести, являются наиболее длительными и трудоемкими.