Характеристики механических свойств материалов.

Все конструкционные материалы обладают определенными механическими свойствами. Механическими характеристиками называются числовые величины, позволяющие оценивать и сравнивать свойства материалов. Основные механические свойства материалов:

Прочность – способность материала сопротивляться воздействию внешних сил, не разрушаясь.

Упругость – способность материала восстанавливать первоначальную форму после снятия нагрузки.

Пластичность – способность материала давать остаточные деформации.

Хрупкость – способность материала разрушаться без остаточной деформации (противоположность пластичности).

Вязкость – способность материала поглощать энергию при разрушении.

Твердость – способность материала сопротивляться проникновению в него другого тела.

Механические характеристики материалов:

предел прочности (временное сопротивление) – МПа (кгс/мм2);
предел текучести – МПа (кгс/мм2);

предел пропорциональности – МПа (кгс/мм2);

модуль упругости – МПа (кгс/мм2);

относительное остаточное удлинение при разрыве - %; относительное остаточное сужение при разрыве - %;

предел выносливости – МПа (кгс/мм2);

величина твердости по Бринеллю - кгс/мм2;

ударная вязкость – Дж/м2 (кгс · м/см2).

 

Данные о механических свойствах материалов получают в результате специальных лабораторных исследований на испытательных машинах. Основной вид – испытание на растяжение.

Стандартный образец медленно растягивают до разрушения. При этом автоматически записывается график зависимости нагрузки от деформации – диаграмма растяжения. F = f (Δl).

Исключая влияние размеров образца путем деления силы на начальную площадь сечения, а также удлинения на начальную длину образца получают диаграмму деформирования (диаграмму условных напряжений) σ = f (ε).

На участке 0АВС деформации равномерны, на участке СД – образование шейки, разрушение в точке Д.

Соответствующие характерным участкам значения напряжений называют σ_П – предел пропорциональности,  σ_Т – предел текучести, σ_В – предел прочности или временное сопротивление.

Предел пропорциональности σ_П – наибольшее напряжение, до которого деформации в материале растут пропорционально напряжениям.

Предел текучести σ_Т – напряжение при котором происходит рост деформаций без увеличения нагрузки.

Если материал не имеет выраженной площадки текучести, то устанавливается условный предел текучести σ_0,2 – напряжение, при котором остаточная деформация равна 0,2%.

Предел прочности (временное сопротивление) σ_В – наибольшее условное напряжение при испытании на растяжение.

В качестве характеристик пластичности используются: относительное остаточное удлинение при разрыве уравнение (9) и относительное остаточное сужение при разрыве уравнение (10).

где А₀ – первоначальная площадь поперечного сечения;

А₁ – площадь в наиболее тонком месте шейки.

Модуль продольной упругости Е также может быть определен из диаграммы деформирования уравнение (11).

На диаграмме а) Растяжение хрупкого материала: почти сразу наблюдается отклонение от закона Гука; б) сжатие пластичного материала; в) сжатие хрупкого материала.

Определение твердости проводят в основном по методу Бринеля: вдавливают закаленный шарик в материал. Величина твердости по Бринелю представляет отношение силы F вдавливания, к площади поверхности лунки А, оставшейся после вдавливания. НВ = F/A

Величина твердости по Бринеллю связана с пределом прочности империческими зависимомтями:

для углеродистой стали: σ_В≈(0,35÷0,4) НВ, (кгс/мм²);

для легированной стали: σ_В≈(0,35÷0,45) НВ, (кгс/мм²).

Определение твердости по Роквеллу проводят вдавливанием алмазного конуса, а по Виккерсу алмазной пирамидки.

Для перевода значений твердости из одной шкалы в другую используют специальную таблицу.