10. Основные механические свойства металлов

Нагрузка вызывает в твердом теле напряжение и деформацию. Напряжение — величина нагрузки, отнесенная к единице площади поперечного сечения испытываемого образца. Деформация — изменение формы и размеров твердого тела под влиянием приложенных внешних сил. Различают деформации растяжения (сжатия), изгиба, кручения, среза.

Для определения прочности, упругости и пластичности металлы в виде образцов круглой или плоской формы испытывают на статическое растяжение (ГОСТ 1497-73). Испытания проводят на разрывных машинах. В результате испытаний получают диаграмму растяжения.

Прочность — способность материала сопротивляться разрушению под действием нагрузок. Предел прочности σ_в (временное сопротивление): σ_в=Р_max/F₀,

где Р_тэх— наибольшая нагрузка, Н; F₀ — начальная площадь поперечного сечения рабочей части образца, м².

Истинное сопротивление разрыву S_K — это напряжение, определяемое отношением нагрузки Р_к в момент разрыва к площади минимального поперечного сечения образца после разрыва: S_K = Р_к /F_к

Предел текучести (физический) σ_т — это наименьшее напряжение (в МПа), при котором образец деформируется без заметного увеличения нагрузки: σ_т = Р_т / F₀

где Р_т — нагрузка, при которой наблюдается площадка текучести, Н. Площадку текучести имеют в основном только малоуглеродистая сталь и латунь. Другие сплавы площадки текучести не имеют.

11. УПРУГОСТЬ, ПЛАСТИЧНОСТЬ, ВЯЗКОСТЬ Упругость — способность материала восстанавливать первоначальную форму и размеры после прекращения действия нагрузки Р_уп , ее оценивают пределом пропорциональности σ_пц и пределом упругости σ_уп. Предел пропорциональности σ_пц — напряжение (МПа), выше которого нарушается пропорциональность между прилагаемым напряжением и деформацией образца: σ_тпц= Р_ц / F₀

где F₀ — начальная площадь поперечного сечения рабочей части образца, м²; Р_пц — нагрузка предела пропорциональности, Н.

Предел упругости (условный) σ_0,05 — это условное напряжение в МПа, соответствующее нагрузке, при которой остаточная деформация впервые достигает 0,05% от расчетной длины образца l₀: σ_0,05= Р_т0,05/ F₀

где Р_0,05 — нагрузка предела упругости, Н.

Пластичность, т.е. способность материала принимать новую форму и размеры под действием внешних сил, не разрушаясь, характеризуется относительным удлинением и относительным сужением. Относительное удлинение (после разрыва) о — это отношение приращения (l_К - l₀) расчетной длины образца после разрыва к его первоначальной расчетной длине l₀, выраженное в процентах: δ = [(l_К - l₀)/l₀]•100% Относительное сужение (после разрыва) ψ — это отношение разности начальной и минимальной площадей (F₀ - F_k) поперечного сечения образца после разрыва к начальной площади F₀ поперечного сечения, выраженное в процентах: ψ = [(F₀ - F_K)/F₀]•100%. Чем больше значения относительного удлинения и сужения для материала, тем он более пластичен. У хрупких материалов эти значения близки к нулю. Хрупкость конструкционного материала является отрицательным свойством. Для устранения этого свойства металл легируют или подвергают термической обработке.

Ударная вязкость, т.е. способность материала сопротивляться динамическим нагрузкам, определяется как отношение затраченной на излом образца работы W (в МДж) к площади его поперечного сечения F (в м²) в месте надреза КС = W/F. Для испытания (ГОСТ 9454-78) изготовляют специальные стандартные образцы, имеющие форму квадратных брусочков с надрезом. Испытывают образец на маятниковых копрах. Определение ударной вязкости важно для некоторых металлов, работающих при минусовых температурах и проявляющих склонность к хладноломкости.

Циклическая вязкость — это способность материалов поглощать энергию при повторно-переменных нагрузках. Материалы с высокой циклической вязкостью быстро гасят вибрации, которые часто являются причиной преждевременного разрушения.