Прочность – способность материалов сопротивляться воздействию внешних нагрузок.

Количественными характеристиками прочности материала являются предел текучести и предел прочности.

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

Условный предел текучести – напряжение, соответствующее условно заданной величине деформации, равной 0, 2%.

Обозначение условного предела текучести - σ _{0, 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 )

«площадки тякучести»

Тогда условный предел текучести вычисляется по формуле:

σ _{0, 2}= Р_{0, 2}/F₀,

где Р_{0, 2}- определяется по неприведенной диаграмме растяжения (рис.4.6, а);

F₀- площадь поперечного сечения рабочей части образца до испытаний.

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

Обозначение физического предела текучести - σ _Т, 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 - σ _в, размерность - МПа.

Предел прочности вычисляется по формуле:

σ _в= Р_max/F₀,

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

F₀- 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/l₀) ∙ 100%,

где ∆ l- абсолютное удлинение, ∆ l = l_к – l₀,

l_к- длина рабочей части образца после разрыва, мм.

Относительное сужение вычисляется по формуле:

ψ = [(F₀-F_к)] /F₀∙ 100%,

где F₀, F_к- начальная и конечная площадь поперечного сечения рабочей части образца, мм².

Таким образом, стандартными характеристиками механических свойств, определяемые методом статических испытаний, являются: жесткости Е; упругости σ _{0, 05},; прочности σ _в, σ _{0, 2 ,} σ _Т; пластичности δ, ψ.

В авиационно-космической технике, где большое значение имеет плотность конструкционных материалов γ, распространение получили расчетные характеристики прочности: удельная прочность - σ _в / 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 разрушение всегда сопровождается большими величинам пластической деформации, причем на раскрытие вязкой трещины должна быть затрачена работа и требуются дополнительные источники энергии на образование новых поверхностей.

-- 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 называемый ямочно-чашечный характер ( рис.4.7, б).

-- Вязкая трещина распространяется очень медленно.

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

Хрупкое разрушение.

-- Хрупкое разрушение не требует пластической деформации и сопровождается только микропластической деформацией.

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

-- При изучении с помощью электронного микроскопа определяем, что хрупкое разрушение носит 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.

⇐ Предыдущая123

Поделиться: