Прочностные свойства

Прочность - свойство материалов сопротивляться разрушению под действием внутренних напряжений, вызванных внешними силами или другими факторами (неравномерное нагружение и др.)

Прочность материала оценивают п р е д е л о м п р о ч н о с т и R, определённым при данном виде деформации. Для хрупких материалов основной прочностной характеристикой является прочность при сжатии.

Предел прочности при сжатии R_с (МПа) равен частному от деления разрушающей силы сжатия Р_разр на площадь А поперечного сечения испытуемого образца (куба, цилиндра, призмы):

Предел прочности при растяжении R_р (МПа) определяется по аналогичной формуле при испытании образцов на осевое растяжение. В зависимости от соотношения R_р/R_с все материалы можно условно разделить на три группы:

R_р ≥ R_с (волокнистые- древесина вдоль волокон и др.);

R_р ≈ R_с (сталь и др.)

R_р ≤ R_с (хрупкие- природные камни, бетон, кирпич и др.)

Предел прочности при изгибе R_и (МПа) определяют путём испытания образцов материала в виде балочек на двух опорах. Предел прочности при одном грузе в балочке прямоугольного сечения определяют по формуле:

где М - изгибающий момент;

W - момент сопротивления;

P_разр - разрушающая сила при изгибе;

b и h - ширина и высота поперечного сечения образца;

l – расстояние между опорами балки (пролёт).

Ударная вязкость (сопротивление удару) характеризуется количеством работы, затраченной на разрушение стандартного образца, отнесённой к единице объёма (Дж/м³) или площади поперечного сечения (Дж/м²). Сопротивление удару важно для материалов, используемых в полах, дорожных покрытиях, фундаментах станков и т.п. Для испытаний на удар применяют специальные приборы – копры с падающими грузами.

Эксплуатационно-механические свойства

В некоторых эксплуатационных условиях помимо деформативных и прочностных показателей дополнительными характеристиками механических свойств материалов служат их твёрдость, истираемость, износостойкость.

Твёрдость - свойство материала сопротивляться проникновению в него другого более твёрдого тела. Это свойство не находиться в прямой зависимости от прочности: например, стали разных марок по прочности могут обладать одинаковой твёрдостью.

Твёрдость древесины, металлов, бетона и некоторых других материалов определяют разными приборами, работающими по принципу вдавливания наконечника в виде шарика, конуса или пирамиды. По результатам испытаний вычисляют показатель твёрдости НВ по величине прилагаемого усилия вдавливания Р и площади поверхности отпечатка А:

.

Твёрдость природных каменных материалов определяют по шкале Мооса, в которой 10 минералов расположены в таком порядке, что на каждом из них все последующие могут оставить царапину.

При испытании показатель твёрдости образца может оказаться между показателями двух соседних минералов. Например, если образец чертится апатитом, а сам не оставляем царапину на флюорите, то его твёрдость принимают равной 4,5.

Истираемость И – способность материала уменьшаться в массе и объёме под действием истирающих усилий. Оценивается потерей первоначальной массы образца, отнесённой к площади поверхности истирания,г/см²;

где m₁ и m₂ – масса образца до и после истирания.

Сопротивление истиранию определяют стандартными методами с использованием специального круга истирания и абразивов (кварцевый песок, наждак). Истираемость имеет большое значение для полов, лестниц и других конструкций, подвергающихся истирающим воздействиям.

Износостойкость – свойство материала сопротивляться одновременному воздействию истирания и ударов. Износ определяют испытанием пробы материала определённой массы во вращающемся барабане со стальными шарами или без них в течение определённого времени. Показателем износа служит потеря массы в результате измельчения пробы материала. Выражается износ в % от первоначальной массы.