Реферат: Основные механические характеристики материалов

--PAGE_BREAK--Основные механические характеристики материала


Для того, чтобы оценить свойства не образца, а материала, перестраивается диаграмма растяжения P=
f(Dl) в коорди­натах sи e. Для этого уменьшим вFраз ординаты ивlраз абс­циссы, где F иl —соответственно площадь поперечного сечения и рабочая длина образца до нагружения. Так как эти величины по­стоянны, то диаграмма s=f(e) имеет тот же вид, что и диаграмма растяжения, но будет характеризовать уже не свойства образца, а свойства ма­териала.

Наибольшее напряже­ние, до которого матери­ал следует закону Гука, называется пределов про­порциональности (sn).

Величина предела пропорциональности за­висит от той степени точности, с которой начальный участок диаграммы можно рассмат­ривать как прямую. Степень отклонения кривой s= f (e) от прямой s= Еeопределяют по величине угла, который составляет касатель­ная к диаграмме с осьюs. В пределах закона Гука тангенс этого угла определяется величиной 1/E.Обычно считают, что если вели­чинаde/dsоказалась на 50% больше чем 1/Е,то предел пропор­циональности достигнут.

Упругие свойства материала сохраняются до напряжения, на­зываемого пределом упругости (sу) — наибольшего напряжения, до которого материал не получает остаточных деформаций.

Для того чтобы найти предел упругости, необходимо после каждой дополнительной нагрузки образец разгружать и сле­дить, не образовалась ли остаточная деформация. Так как пластиче­ские деформации в отдельных кристаллах появляются уже в самой ранней стадии нагружения, ясно, что величина предела упругости, как и предела пропорциональности, зависит от требований точно­сти, которые накладываются на производимые замеры. Обычно оста­точную деформацию, соответствующую пределу упругости, прини­мают в пределах  eост=(1¸5) 10-5, т. е. 0,001 ¸0,005%. Соответ­ственно этому допуску предел упругости обозначается черезs0.001или s0.005

Следующей характеристикой является предел текучести — напря­жение,прикотором происходит рост деформации без заметного увеличения нагрузки. В тех случаях, когда на диаграмме отсутствует явно выраженная площадка текучести, за предел текучести при­нимается условно величина напряжения, при котором остаточная деформация eост= 0,002 или 0,2% (рис. 6). В неко­торых случаях устанавливается предел eост=0,5%.

Рис. 6

<img width=«129» height=«153» src=«ref-1_117282987-6693.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1033">Условный предел текучести обозначает­ся через s0.2и  s0.5зависимости от приня­той величины допуска.на остаточную де­формацию. Индекс 0,2 обычно в обозначе­ниях предела текучести опускается. Если необходимо отличить предел текучести на растяжение от предела текучести на сжа­тие, то в обозначение вводится соответственно дополни­тельный индекс «р» или «с». Таким образом, для предела текучести получаем обозначения sтри sст.

Предел текучести легко поддается определению и является одной из основных механических характеристик материала.

Отношение максимальной силы, которую способен выдержать образец, к его начальной площади поперечного сечения носит назва­ние предела прочности, или временного сопротивления, и обознача­ется черезsвр( сжатие — sвс).

sврне есть напряжение, при котором разрушается образец. Если относить растягивающую силу не к на­чальной площади сечения образца, а к наименьшему сечению в дан­ный момент, можно обнаружить, что среднее напряжение  в наи­более узком сечении образца перед разрывом существенно больше, чем sвр. Таким образом, предел прочности также является услов­ной величиной. В силу удобства и простоты ее определения она прочно вошла в расчетную практику как основная сравнительная характеристика прочностных свойств материала.
Рис. 7

<img width=«339» height=«159» src=«ref-1_117289680-23863.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1034">При испытании на растяжение определяется еще одна харак­теристика материала — удлинение при раз­рыве d%.

Удлинение при разрыве представляет собой величину средней остаточной деформации, которая образуется к моменту разрыва на определенной стандартной длине образца.Определение d%. про­изводится следующим образом.

Перед испытанием на поверхность образца наносится ряд рисок, делящих рабочую часть образца на равные части. После того как образец испытан и разорван, обе его части составляются по месту разрыва (рис. 7). Далее, по имеющимся на поверхности рискам от сечения разрыва вправо и влево откладываются отрезки, имевшие до испытания длину5d(рис. 7). Таким образом определяется сред­нее удлинение на стандартной длине l=10d.В некоторых слу­чаях за lпринимается длина, равная5d.

<img width=«83» height=«40» src=«ref-1_117313543-297.coolpic» v:shapes="_x0000_s1035">
Удлинение при разрыве будет следующим:

Возникающие деформации распределены по длине образца нерав­номерно. Если произвести обмер отрезков, расположенных междусоседними рисками, можно построить эпюру остаточных удлине­ний, показанную на рис. 7. Наибольшее удлинение возникает в месте разрыва. Оно называется обычно истинным удлинением при разрыве.

Диаграмма растяжения, построенная с учетом уменьшения пло­щадиFи местного увеличения деформации, называется истинной диаграммой растяжения (криваяOC'D'на рис. 8).

Рис. 8                                          D’

<img width=«234» height=«135» src=«ref-1_117313840-9212.coolpic» v:shapes="_x0000_i1025">
    продолжение
--PAGE_BREAK--Пластичность и хрупкость. Твердость


Способность материала получать большие остаточные деформа­ции, не разрушаясь, носит название пластичности. Свойство пла­стичности имеет решающее значение для таких технологических опе­раций, как штамповка, вытяжка, волочение, гибка и др. Мерой пластичности является удлинение dпри разрыве. Чем больше d, тем более пластичным считается материал. Противоположным свойству пластичности яв­ляется свойство хрупкости, т. е. способность ма­териала разрушаться без образования заметных остаточных деформаций. Материалы, обладающие этим свойством, называются хрупкими. Для таких материалов величина удлинения при разрыве не превышает 2—5%, а в ряде случаев измеряется долями процента. К хрупким мате­риалам относятся чугун, высокоуглеродистая инструментальная сталь, стекло, кирпич, камни и др. Диаграмма растяжения хруп­ких материалов не имеет площадки текучести и зоны упрочнения (рис. 9).
<img width=«77» height=«106» src=«ref-1_117323052-1399.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1037">Рис. 9

По-разному ведут себя пластичные и хрупкие материалы и при испытании на сжатие. Как уже упоминалось, испытание на сжатие производится на коротких цилиндрических образцах. Для малоуглеродистой стали диаграмма сжатия образца имеет вид кривой, показанной на рис. 10. Здесь, как и для растяжения, обнаруживается площадка текучести с последующим переходом к зоне упрочнения. В дальнейшем, од­нако, нагрузка не падает, как при растяжении, а резко возрастает. Происходит это в результате того, что площадь поперечного сечения сжатого образца увеличивается; сам образец вследствие трения на торцахпринимает бочкообразную форму (рис. 11). Довести образец пластического материала до разрушения практически не удается. Испытуемый цилиндр сжимается в тонкий диск (см. рис. 11), и дальнейшее испытание ограничивается возможностями машины. Поэтому предел прочности при сжатии для такого рода материалов найден быть не может .

Рис. 10                                                                                                                    Рис. 11

<img width=«171» height=«174» src=«ref-1_117324451-18632.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1039"><img width=«184» height=«128» src=«ref-1_117343083-2202.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1038">Иначе ведут себя при испы­тании на сжатие хрупкие материалы. Диаграмма сжатия этих материалов сохраняет качественные особенности диаграммы растяжения (см. рис. 9). Предел прочности хрупкого материала при сжатии определяется так же, как и при растяжении. Разрушение образца происходит с образованием тре­щин по наклонным или продольным плоскостям (рис. 12).
Рис. 12

<img width=«47» height=«43» src=«ref-1_117345285-382.coolpic» v:shapes="_x0000_s1042">
<img width=«297» height=«140» src=«ref-1_117345667-31968.coolpic» hspace=«12» v:shapes="_x0000_s1040">Сопоставление предела прочности хрупких материалов при рас­тяжении sврс пределом прочности при сжатии sврпоказывает, что эти материалы обладают, как правило, более высокими прочност­ными показателями при сжатии, нежели при растяжении. Величина отношения

для чугунаkколеблется в пределах 0,2 ¸0,4. Для керамических материалов k = 0,1 ¸0,2.

Для пластичных материалов сопоставление прочностных харак­теристик на растяжение и сжатие ведется по пределу текучести (sтри sтс).Принято считать, что sтр»sтс.

Существуют материалы, способные воспринимать при растяже­нии большие нагрузки, чем при сжатии. Это обычно материалы, имеющие волокнистую структуру, — дерево и некоторые типы пластмасс. Этим свойством обладают и некоторые металлы, например магний.  Деление материалов на пластичные и хрупкие яв­ляется условным не только потому, что между теми и другими не существует резкого перехода в показателе d. В зависимости от условий испытания многие хрупкие материалы способны вести себя как пластичные, а пла­стичные — как хрупкие.

Очень большое влияние на проявление свойств пластичности и хрупкости оказывает время нагружения и температурное воздей­ствие. При быстром нагружении более резко проявляется свойство хрупкости, а при длительном воздействии нагрузок — свойство пластичности. Например, хрупкое стекло способно при длительном воздействии нагрузки при нормальной температуре получать оста­точные деформации. Пластичные же материалы, такие, как мало­углеродистая сталь, под воздействием резкой ударной нагрузки проявляют хрупкие свойства.

Одной из основных технологических операций, позволяющих из­менять в нужном направлении свойства материала, является термо­обработка.Известно, например, что закалка резко повышает прочностные характеристики стали и одновременно снижает ее пластические свойства. Для большинства широко применяемых в машиностроении материалов хорошо из­вестны те режимы термообработки, которые обеспечивают получе­ние необходимых механических характеристик материала.

Испытание образцов на растяжение и сжатие дает объективную оценку свойств материала. В производстве, однако, для оператив­ного контроля над качеством изготовляемых деталей этот метод испытания представляет в ряде случаев значительные неудобства. На­пример, при помощи испытания на растяжение и сжатие трудно контролировать правильность термообработки готовых изделий. Поэтому на практике большей частью прибегают к сравнитель­ной оценке свойств материала при помощи пробы на твердость.

Под твердостью понимается способность материала противодей­ствовать механическому проникновению в него посторонних тел. По­нятно, что такое определение твердости повторяет, по существу, опре­деление свойств прочности. В материале при вдавливании в него острого предмета возникают местные пластические деформации, со­провождающиеся при дальнейшем увеличении сил местным разру­шением. Поэтому показатель твердости связан с показателями проч­ности и пластичности и зависит от конкретных условий ведения, ис­пытания.

Наиболее широкое распространение получили пробы по Бринелю и по Роквеллу. В первом случае в поверхность исследуемой детали вдавливается стальной шарик диаметром 10 мм, во втором — алмазный острый наконечник. По обмеру полученного отпечатка судят о твердости материала. Испытательная лаборатория обычно располагает составленной путем экспериментов переводной табли­цей, при помощи которой можно приближенно по показателю твер­дости определить предел прочности материала. Таким образом, в результате пробы на твердость удается определить прочностные показатели материала, не разрушая детали.

    продолжение
--PAGE_BREAK--