Что такое предел текучести и предел прочности

Пределом текучести называют механическую характеристику материала, характеризующую напряжение, при котором деформации продолжают расти без увеличения нагрузки.

Обозначение σ т
Единица измерения – Паскаль [Па] либо кратные [МПа].

На диаграмме напряжений (рис. 1) обозначается точкой, в которой начинается практически горизонтальный участок диаграммы, называемый площадкой текучести.

Рис. 1. Предел текучести

Это важный параметр, с помощью которого рассчитываются допустимые напряжения для пластичных материалов.

После прохождения предела текучести в металле образца начинают происходить необратимые изменения, перестраивается кристаллическая решетка металла, появляются значительные пластические деформации. При этом металл самоупрочняется, об этом говорит то, что после площадки текучести деформации растут при возрастающем значении растягивающей силы.

Условный предел текучести

В случаях, когда на диаграмме напряжений нет выраженной площадки текучести, определяют так называемый условный предел текучести σ 0,2. Это величина напряжений, при которых относительные остаточные деформации равны 0,2%.

Рис. 2. Условный предел текучести

Для его определения (рис. 2) вдоль оси ε откладывается значение равное 0,2%, откуда проводится луч параллельный начальному участку диаграммы напряжений.

Точка пересечения луча с линией диаграммы есть условный предел текучести для данного материала.

Диаграмма деформации показывает зависимость изменения длины образца при постепенном возрастании величины прилагаемого усилия (рис. 21).

В первый момент испытания длина образца увеличивается пропорционально нагрузке — чем больше растягивающее усилие, тем больше увеличение длины.

При этом образец деформируется упруго, т. е. при устранении нагрузки образец примет свою первоначальную длину. Такая деформация носит название упругой деформации.

При достижении нагрузкиPs в металле возникает заметная пластическая деформация — сдвиги слоев металла относительно друг друга, и при устранении нагрузки образец не принимает своей первоначальной длины.

Нагрузка, отвечающая этому моментуPs, называетсянагрузкой предела текучести.

Предел текучести металла

Отношение этой нагрузки к площади поперечного сечения называютпределом текучести.

Читайте также:  Самодельная автомойка высокого давления своими руками

гдеF — первоначальная площадь поперечного сечения образца в мм 2 .

Как видно из формулы, предел текучести измеряется в кг/мм 2 .

Величины, выраженные в таких единицах, называют напряжением.

Таким образом, пределом текучести называют напряжение, при котором начинает развиваться заметная пластическая деформация.

При дальнейшем увеличении нагрузки за пределом текучести прямолинейной зависимости между нагрузкой и длиной образца уже нет. Наконец наступает такой момент, когда нагрузка начинает падать, а в образце намечается образование сужения поперечного сечения (образование шейки).

Предел прочности металла

Максимальную нагрузку, которую выдержал образец, называют нагрузкой предела прочности, а напряжение, отвечающее этой максимальной нагрузке, — пределом прочности.

Таким образом, пределом прочности называют максимальное напряжение, выдержанное образцом.

Дальнейшее растяжение образца сопровождается образованием все более сужающейся шейки и падением нагрузки. Вслед за этим наступает разрушение образца.

В зависимости от вида получаемой диаграммы растяжения для различных материалов определяют либо условный предел текучести, либо физический предел текучести.

Условный предел текучестинапряжение, соответствующее условно заданной величине деформации, равной 0,2% .

Обозначение условного предела текучести – σ0,2, размерность – МПа.

Условный предел текучести определяется на диаграммах «без площадки текучести» (рис.4.6, а).

а)

б)

Рис. 4.6. Диаграммы растяжения без (а ) и с (б )

Тогда условный предел текучести вычисляется по формуле:

где Р0,2 – определяется по неприведенной диаграмме растяжения (рис.4.6, а);

F – площадь поперечного сечения рабочей части образца до испытаний.

Физический предел текучести – напряжение, соответствующее «площадке текучести» на диаграмме.

Обозначение физического предела текучести – σТ, размерность – МПа. Физический предел текучести определяется на приведенной диаграмме растяжения (рис.4.6, б).

Предел прочности (временное сопротивление разрыву) – максимальное напряжение, которое выдерживает образец непосредственно перед разрушением.

Предел прочности обозначается – σв, размерность – МПа.

Предел прочности вычисляется по формуле:

Читайте также:  Уроки для начинающего сварщика видео

где Рmax – максимальная нагрузка, определяется по неприведенной диаграмме растяжения (рис.4.6, б);

F – площадь поперечного сечения рабочей части образца до испытаний.

Пластичность

Пластичность – способность материалов деформироваться под воздействием внешних нагрузок.

Количественные характеристики пластичности – относительное удлинение и относительное сужение.

Относительное удлинение определяется при испытаниях на растяжение, относительное сужение – при испытаниях на сжатие.

Обозначение: относительное удлинение – δ, размерность – %,

относительное сужение – ψ, размерность – %.

Относительное удлинение вычисляется по формуле:

δ = (∆l / l) ∙ 100%,

где ∆l – абсолютное удлинение, ∆l = lк – l,

lк – длина рабочей части образца после разрыва, мм.

Относительное сужение вычисляется по формуле:

где F, Fк – начальная и конечная площадь поперечного сечения рабочей части образца, мм 2 .

Таким образом, стандартными характеристиками механическихсвойств, определяемые методом статических испытаний, являются : жесткости Е; упругости σ0,05, ; прочности σв, σ0,2 , σТ ; пластичности δ, ψ.

В авиационно-космической технике, где большое значение имеет плотность конструкционных материалов γ, распространение получили расчетные характеристики прочности: удельная прочность – σв / γ,

удельный модуль упругости – Е / γ.

При увеличении нагрузки (напряжения) выше значений предела прочности материала он разрушается. Процессу разрушения предшествует зарождение трещин в материале, причем механизм зарождения трещин в металле носит одинаковый характер и является дислокационным механизмом.

Скопление большого числа дислокаций у какого-либо препятствия в структуре материала приводит к зарождению в этом объеме микроскопических трещин, которые впоследствии под воздействием внешних параметров, в том числе и нагрузки, начинают развиваться вплоть до разрушения материала.

Если механизм зарождения трещин является одинаковым для разных металлов, то механизм распространения трещин в металле и сам процесс разрушения носит различный характер. Различают два основных вида разрушений: вязкое и хрупкое.

Виды разрушения.

Вязкое разрушение.

— Вязкое разрушениевсегда сопровождается большими величинам пластической деформации, причем на раскрытие вязкой трещины должна быть затрачена работа и требуются дополнительные источники энергии на образование новых поверхностей.

Читайте также:  Размер покрасочной камеры для автомобилей

Вязкая трещина, «тупая», распространяется в основном по телу зерна.

— При изучении с помощью электронного микроскопа (фрактография) сувеличением от 7 000 до 10 000 раз определяем, что вязкое разрушение носит так называемыйямочно-чашечный характер (рис.4.7, б).

— Вязкая трещина распространяется очень медленно.

–Вязкое разрушение можно остановить, снизив внешнее напряжение ниже предела текучести.

Хрупкое разрушение.

— Хрупкое разрушениене требует пластической деформации и сопровождается только микропластической деформацией.

Хрупкая трещинаносит интеркристаллитный характер(ветвистый, разветвленный, распространяется как по телу зерна, так и по границе). Она является острой.

— При изучении с помощью электронного микроскопа определяем, чтохрупкое разрушениеносит ручьистый характер(рис.4.7, а).

Хрупкая трещина распространяется очень быстро.

Хрупкое разрушение остановить нельзя. Это процесс самопроизвольного развития трещины, вот почему хрупкое разрушение наиболее опасное (рис.4.8;рис.4.9). а)

Рис.4.7. Характер разрушения материала:

а) ручьистый рельеф при хрупком разрушении;

б) ямочный рельеф при вязком разрушении.

б)

Рис.4.8. Хрупкое разрушение линии электропередач.

Рис.4.9. Хрупкое разрушение корпуса морского судна.

По рассмотренным признакам можно определить характер разрушения детали и конструкции (вязкий или хрупкий механизм). Необходимость определения характера разрушения в каждом случае обусловлена тем, что меры борьбы с вязким и хрупким разрушением различны.

Для предотвращения вязкого разрушения необходимо повышать прочность материала, особенно характеристики предела текучести.

При вероятности возникновения хрупкого разрушения, наоборот, нужно увеличивать такое свойство, как вязкость, иногда даже снижая прочностные характеристики.

В связи с этим рассмотрим еще одно механическое свойство металлов и сплавов – вязкость,которое определяется при испытаниях на удар.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА, ОПРЕДЕЛЯЕМЫЕ

Последнее изменение этой страницы: 2016-08-10; Нарушение авторского права страницы

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector