10. Основные механические свойства

металлов

Нагрузка вызывает в твердом теле напряжение и

деформацию. Напряжение — величина нагрузки, от-

несенная к единице площади поперечного сечения

испытываемого образца. Деформация — изменение

формы и размеров твердого тела под влиянием при-

ложенных внешних сил. Различают деформации рас-

тяжения (сжатия), изгиба, кручения, среза.

Для определения прочности, упругости и пластич-

ности металлы в виде образцов круглой или плоской

формы испытывают на статическое растяжение

(ГОСТ 1497-73). Испытания проводят на разрывных

машинах. В результате испытаний получают диа-

грамму растяжения.

Прочность — способность материала сопротив-

ляться разрушению под действием нагрузок. Предел

прочности в (временное сопротивление):

в Pmax F0,

где Рmax— наибольшая нагрузка, Н; F0 — начальная

площадь поперечного сечения рабочей части образ-

ца, м2.

Истинное сопротивление разрыву Sк — это напря-

жение, определяемое отношением нагрузки Pк в мо-

мент разрыва к площади минимального поперечного

сечения образца после разрыва:

Fк Sк Pк Fк .

Предел текучести (физический) т — это наимень-

шее напряжение (в МПа), при котором образец де-

формируется без заметного увеличения нагрузки:

т Pт F0 ,

где Pт — нагрузка, при которой наблюдается площад-

ка текучести, Н. Площадку текучести имеют в основ-

ном только малоуглеродистая сталь и латунь. Другие

сплавы площадки текучести не имеют.

11. Упруг ость, п ластичность, вязкость

Упругость — способность материала восстанавли-

вать первоначальную форму и размеры после пре-

кращения действия нагрузки Руп, ее оценивают пре-

делом пропорциональности пц и пределом упругости

уп. Предел пропорциональности пц — напряжение

(МПа), выше которого нарушается пропорциональ-

ность между прилагаемым напряжением и деформа-

цией образца:

пц Pц F0,

где F0 — начальная площадь поперечного сечения ра-

бочей части образца, м2; Рпц — нагрузка предела про-

порциональности, Н.

Предел упругости (условный) 0,05 — это условное

напряжение в МПа, соответствующее нагрузке, при

которой остаточная деформация впервые достигает

0,05% от расчетной длины образца l0:

0,05 P0,05 F0,

где Р0,05 — нагрузка предела упругости, Н.

Пластичность, т.е. способность материала прини-

мать новую форму и размеры под действием внешних

сил, не разрушаясь, характеризуется относительным

удлинением и относительным сужением. Относитель-

ное удлинение (после разрыва) — это отношение

приращения (lк – l0) расчетной длины образца после

разрыва к его первоначальной расчетной длине l0,

выраженное в процентах: δ = [(lк −l0)/l0] ⋅100% Отно-

сительное сужение (после разрыва) — это отноше-

ние разности начальной и минимальной площадей

(F0 −Fк) поперечного сечения образца после разрыва

к начальной площади F0 поперечного сечения, выра-

женное в процентах: [(F0 −Fк)/F0] ⋅100%. Чем

больше значения относительного удлинения и суже-

ния для материала, тем он более пластичен. У хрупких

материалов эти значения близки к нулю. Хрупкость

конструкционного материала является отрицатель-

ным свойством. Для устранения этого свойства ме-

талл легируют или подвергают термической обработ-

ке.

Ударная вязкость, т.е. способность материала со-

противляться динамическим нагрузкам, определяет-

ся как отношение

затраченной на излом образца ра-

боты W (в МДж) к площади его поперечного сечения F

(в м2) в месте надреза КС W/F. Для испытания

(ГОСТ 9454-78) изготовляют специальные стандарт-

ные образцы, имеющие форму квадратных брусочков

с надрезом. Испытывают образец на маятниковых

копрах. Определение ударной вязкости важно для не-

которых металлов, работающих при минусовых тем-

пературах и проявляющих склонность к хладнолом-

кости.

Циклическая вязкость — это способность матери-

алов поглощать энергию при повторно-переменных

нагрузках. Материалы с высокой циклической вязкос-

тью быстро гасят вибрации, которые часто являются

причиной преждевременного разрушения.