Лекция №4 Прочность, твердость

Лекция №4

Прочность, твердость.

Разобравшись с деформацией, можно продолжить изучать механические свойства материалов. Эту лекцию посвятим твердости и прочности.

ПРОЧНОСТЬ – способность материала противостоять приложенным нагрузкам не разрушаясь (и не проявляя излишней деформации). В связи с тем, что излишняя деформация приведет к разрушению последнюю часть определения можно (иногда даже лучше) не говорить.

Прочность бывает теоретической и практической. Теоретическая прочность – это значение прочности, которое рассчитывается из состава, структуры материала.

Практическая прочность – прочность, рассчитываемая на специальном оборудовании.

Более подробно рассмотрим практическую прочность, а точнее испытания прочности.

Основные три вида испытаний, которые должен знать каждый стоматолог это прочность при сжатии, диаметральный разрыв и прочность при изгибе. Помимо этого существуют такие испытания как прочность при сдвиге, при кручении и при растяжении. Рассмотрим три основных:

Прочность при сжатии

При испытании прочности сжатия изготавливают стандартной цилиндрической формы образец из материала. Образец помещают в испытательную машину, дают нагрузку сверху на материал. Аппаратура показывает значение силы, которую применил аппарат для разрушения материала. Зная эту нагрузку, а также диаметр и высоту образца, рассчитывается прочность материала.

Диаметральный разрыв.

При испытании на диаметральную прочность изготавливается образец по форме «таблетки». Помещается в испытательную машину на ребро. Нагрузка прикладывается сверху вниз. При разрушении образца аппаратура показывает значение нагрузки. Подставляя это значение в формулу с диаметром и толщиной образца, получаем значение диаметральной прочности.

Прочность при трехточечном изгибе.

При данном испытании изготавливают образец из материала в виде балки или пластинки, помещают на две опоры и по центру образца прикладывают нагрузку. Из показаний аппаратуры рассчитывают прочность материала.

Возвращаясь к вопросу о теоретической и практической прочности, следует отметить, что теоретическая прочность будет выше практической. Это происходит в результате того, на практике в материале будут присутствовать концентраторы напряжения – это места или точки, в которых нагрузка, прикладываемая на материал, будет концентрироваться. В результате происходит разрушения материала именно в месте концентратора напряжения. К ним можно отнести: острые углы, резкие переходы по форме, разнотолщинность, различные примеси и включения.

Помимо трех основных методов испытания прочности, существует еще множество других. Отдельно стоит отметить прочность при сдвиге. Испытания подобного рода проводят для проверки адгезионного соединения материалов. При их соединении один из материалов сдвигают относительно другого. Так же по формуле, из показателей нагрузки вычисляют прочность соединения.

ТВЕРДОСТЬ

Твердость – это способность поверхности материала противостоять нагрузке (вдавливанию другого тела)

Твердость испытывается несколькими методами:

1. По Бринеллю – металлическим полированным шариком

2. По Роквеллу – алмазным конусом

3. По Викерсу – алмазная пирамида

4. По Кнуппу – алмазная пирамида.

При проведении испытания твердость испытуемого материала должна быть меньше твердости индентера. Данные испытания проводятся для оценки истираемости. К тому же очень важна твердость материала при наличии зубов онтогонистов у реставрируемого зуба. Так, если твердость материала меньше твердости эмали зуба (например, у полимеров) то материал будет стираться в процессе использования. Если твердость материала выше твердости эмали зуба (керамика) то стираться будет эмаль зуба.

Помимо перечисленных методов и исследований к механическим свойствам материалов и методам их испытаний стоит отнести:

Модуль Юнга (модуль упругости) – простая величина, показывающая соотношение между напряжением и деформацией в линейной упругой области материала (см. график деформации, лекция №3). Модуль Юнга является мерой жесткости материала.

Испытание на ударную прочность – это оценка сопротивления материала мгновенному приложению нагрузки.

Испытание на усталостную прочность – во многих практических ситуациях материал чаще подвержен переменным нагрузкам, чем статическим. В результате образуется накопление незначительных количеств пластической деформации, именуемое усталость материала. В результате материал может разрушиться при малых значениях нагрузки. При испытании на усталостную прочность материал, его подвергают воздействию циклических нагрузок. Подсчитывают количество циклов, требуемых для разрушения образца.