Предел пропорциональности стали

Предел прочности

Определённая пороговая величина для конкретного материала, превышение которой приведёт к разрушению объекта под действием механического напряжения. Основные виды пределов прочности: статический, динамический, на сжатие и на растяжение. Например, предел прочности на растяжение — это граничное значение постоянного (статический предел) или переменного (динамический предел) механического напряжения, превышение которого разорвет (или неприемлемо деформирует) изделие. Единица измерения — Паскаль [Па], Н/мм ² = [МПа].

Предел текучести (σ_т)

Величина механического напряжения, при которой деформация продолжает увеличиваться без увеличения нагрузки; служит для расчётов допустимых напряжений пластичных материалов.

После перехода предела текучести в структуре металла наблюдаются необратимые изменения: кристаллическая решетка перестраивается, появляются значительные пластические деформации. Вместе с тем происходит самоупрочнение металла и после площадки текучести деформация возрастает при увеличении растягивающей силы.

Нередко этот параметр определяют как «напряжение, при котором начинает развиваться пластическая деформация» [1] , таким образом, отождествляя пределы текучести и упругости. Однако следует понимать, что это два разных параметра. Значения предела текучести превышают предел упругости ориентировочно на 5%.

Предел выносливости или предел усталости (σ_R)

Способность материала воспринимать нагрузки, вызывающие циклические напряжения. Этот прочностной параметр определяют как максимальное напряжение в цикле, при котором не происходит усталостного разрушения изделия после неопределенно большого количества циклических нагружений (базовое число циклов для стали Nb = 10 7 ). Коэффициент R (σ_R) принимается равным коэффициенту асимметрии цикла. Поэтому предел выносливости материала в случае симметричных циклов нагружения обозначают как σ_-1, а в случае пульсационных — как σ.

Отметим, что усталостные испытания изделий очень продолжительны и трудоёмки, они включают анализ больших объёмов экспериментальных данных при произвольном количестве циклов и существенном разбросе значений. Поэтому чаще всего используют специальные эмпирические формулы, связывающие предел выносливости с другими прочностными параметрами материала. Наиболее удобным параметром при этом считается предел прочности.

Для сталей предел выносливости при изгибе как правило составляет половину от предела прочности: Для высокопрочных сталей можно принять:

Для обычных сталей при кручении в условиях циклически изменяющихся напряжений можно принять:

Приведённые выше соотношения стоит применять осмотрительно, потому что они получены при конкретных режимах нагружения, т.е. при изгибе и при кручении. Однако, при испытании на растяжение-сжатие предел выносливости становится примерно на 10—20% меньше, чем при изгибе.

Предел пропорциональности (σ)

Максимальная величина напряжения для конкретного материала, при которой ещё действует закон Гука, т.е. деформация тела прямо пропорционально зависит от прикладываемой нагрузки (силы). Обратите внимание, что для множества материалов достижение (но не превышение!) предела упругости приводит к обратимым (упругим) деформациям, которые, впрочем, уже не прямо пропорциональны напряжениям. При этом такие деформации могут несколько «запаздывать» относительно роста или снижения нагрузки.

Диаграмма деформации металлического образца при растяжении в координатах удлинение (Є) — напряжение (σ).

мтомд.инфо

Раздел:

Материаловедение. Металловедение.

Основными механическими свойствами являются прочность, упругость, вязкость, твердость. Зная механические свойства, конструктор обоснованно выбирает соответствующий материал, обеспечивающий надежность и долговечность конструкций при их минимальной массе. Механические свойства определяют поведение материала при деформации и разрушении от действия внешних нагрузок.

В зависимости от условий нагружения механические свойства могут определяться при:

1. Статическом нагружении – нагрузка на образец возрастает медленно и плавно.
2. Динамическом нагружении – нагрузка возрастает с большой скоростью, имеет ударный характер.
3. Повторно, переменном или циклическим нагружении – нагрузка в процессе испытания многократно изменяется по величине или по величине и направлению.

Для получения сопоставимых результатов образцы и методика проведения механических испытаний регламентированы ГОСТами.

Механические свойства металлов, сталей и сплавов. Прочность.

Прочность – способность материала сопротивляться деформациям и разрушению.

Испытания проводятся на специальных машинах, которые записывают диаграмму растяжения, выражающую зависимость удлинения образца Δl (мм) от действующей нагрузки Р, то есть Δl = f(P). Но для получения данных по механическим свойствам перестраивают: зависимость относительного удлинения Δl от напряжения δ.

Диаграмма растяжения материала

Рис 1: а – абсолютная, б – относительная; в – схема определения условного предела текучести

Проанализируем процессы, которые происходят в материале образца при увеличении нагрузки: участок оа на диаграмме соответствует упругой деформации материала, когда соблюдается закон Гука. Напряжение, соответствующее упругой предельной деформации в точке а, называется пределом пропорциональности.

Механические свойства металлов, сталей и сплавов. Предел пропорциональности.

Предел пропорциональности (σ_пц) – максимальное напряжение, до которого сохраняется линейная зависимость между деформацией и напряжением.

При напряжениях выше предела пропорциональности происходит равномерная пластическая деформация (удлинение или сужение сечения). Каждому напряжению соответствует остаточное удлинение, которое получаем проведением из соответствующей точки диаграммы растяжения линии параллельной оа.

Так как практически невозможно установить точку перехода в неупругое состояние, то устанавливают условный предел упругости, – максимальное напряжение, до которого образец получает только упругую деформацию. Считают напряжение, при котором остаточная деформация очень мала (0,005…0,05%). В обозначении указывается значение остаточной деформации (σ_0.05).

Механические свойства металлов, сталей и сплавов. Предел текучести.

Предел текучести характеризует сопротивление материала небольшим пластическим деформациям. В зависимости от природы материала используют физический или условный предел текучести.

Физический предел текучести σ_m – это напряжение, при котором происходит увеличение деформации при постоянной нагрузке (наличие горизонтальной площадки на диаграмме растяжения). Используется для очень пластичных материалов.

Но основная часть металлов и сплавов не имеет площадки текучести.

Условный предел текучести σ_0.2 – это напряжение вызывающее остаточную деформацию δ = 0.20%.

Физический или условный предел текучести являются важными расчетными характеристиками материала. Действующие в детали напряжения должны быть ниже предела текучести. Равномерная по всему объему пластическая деформация продолжается до значения предела прочности. В точке в в наиболее слабом месте начинает образовываться шейка – сильное местное утомление образца.

Механические свойства металлов, сталей и сплавов. Предел прочности.

Предел прочности σ_в – напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, которую выдерживает образец до разрушения (временное сопротивление разрыву).

Образование шейки характерно для пластичных материалов, которые имеют диаграмму растяжения с максимумом. Предел прочности характеризует прочность как сопротивления значительной равномерной пластичной деформации. За точкой В, вследствие развития шейки, нагрузка падает и в точке С происходит разрушение.

Истинное сопротивление разрушению – это максимальное напряжение, которое выдерживает материал в момент, предшествующий разрушению образца (рисунок 2).

Истинное сопротивление разрушению значительно больше предела прочности, так как оно определяется относительно конечной площади поперечного сечения образца.

Истинная диаграмма растяжения

F_к – конечная площадь поперечного сечения образца.

Истинные напряжения S_i определяют как отношение нагрузки к площади поперечного сечения в данный момент времени.

При испытании на растяжение определяются и характеристики пластичности.

Механические свойства металлов, сталей и сплавов. Пластичность.

Пластичность – способность материала к пластической деформации, то есть способность получать остаточное изменение формы и размеров без нарушения сплошности. Это свойство используют при обработке металлов давлением.

• относительное удлинение:

l_о и l_к – начальная и конечная длина образца;

Δl_ост – абсолютное удлинение образца, определяется измерением образца после разрыва.

F_о – начальная площадь поперечного сечения;

F_к – площадь поперечного сечения в шейке после разрыва.

Относительное сужение более точно характеризует пластичность и служит технологической характеристикой при листовой штамповке.

Пластичные материалы более надежны в работе, так как для них меньше вероятность опасного хрупкого разрушения.

Предел

– максимально возможное значение или последняя, крайняя граница чего-нибудь (человеческой возможности, скорости движения, прочности, видимости и т. д.).

♦ Преде́л

Предел выносливости,
предел усталости

– наибольшая величина напряжения цикла, при которой ещё не происходит усталостное разрушение при заданном большом числе циклов нагружения (например, 10 6 , 10 7 , 10 8 ). Механическая характеристика материала, характеризующая усталостную прочность. Определяется усталостными испытаниями идентичных образцов при постоянном значении коэффициента асимметрии и различных значениях максимального напряжения цикла. Обозначается σ_r, где r – коэффициент асимметрии цикла. Предел выносливости (усталости) для симметричного цикла нагружения обозначается σ_-1, для пульсационного – σ, и т. д.

♦ Преде́л выно́сливости
♦ Преде́л уста́лости

Предел длительной прочности

– условное напряжение, определяемое как отношение нагрузки, при которой разрушается образец через определённый промежуток времени, к первоначальной площади поперечного сечения. Механическая характеристика конструкционных материалов, применяемая в основном для оценки их свойств при высоких температурах. Обозначается предел длительной прочности σ_дл, σ_вt или 900 σ₁₀₀₀, где нижний индекс указывает время испытания, а верхний – температуру.

♦ Преде́л дли́тельной про́чности

Предел ползучести

– наибольшее механическое напряжение, при котором пластическая деформация за определённый промежуток времени при заданной температуре не превышает установленного значения. Обозначается буквой σ с тремя индексами, указывающими температуру, время и максимально допустимую при этих условиях деформацию или скорость деформации.

♦ Преде́л ползу́чести

Предел пропорциональности

– наибольшее механическое напряжение, при нагружении до которого деформации возрастают пропорционально напряжениям (выполняется закон Гука). При практических прочностных расчётах предел пропорциональности обычно принимают равным пределу упругости и пределу текучести.

♦ Преде́л пропорциона́льности

Предел прочности,
временное сопротивление

– условное напряжение, равное отношению максимальной силы, которую способен выдержать испытуемый образец, к начальной площади поперечного сечения. Одна из основных механических характеристик конструкционных материалов. Обозначается σ_в.

На фотографии испытание образца на растяжение.

♦ Преде́л про́чности
♦ Вре́менное сопротивле́ние

Предел текучести

– наименьшее механическое напряжение, при котором пластическая деформация происходит без заметного увеличения нагрузки. Обозначается σ_т. Если материал не имеет заметной площадки текучести, то в качестве условного предела текучести принимают напряжение, при котором остаточная деформация испытуемого образца принимает установленное техническими условиями значение. Наиболее часто условный предел текучести находят при относительной остаточной деформации 0,2% и обозначают σ_0,2. Предел текучести является одной из основных механических характеристик пластичных конструкционных материалов и устанавливает для них границу между упругой и упруго-пластичной деформацией. При практических прочностных расчётах предел текучести обычно принимают равным пределу упругости и пределу пропорциональности.

♦ Преде́л теку́чести

Предел упругости

– наибольшая величина механического напряжения, при котором ещё отсутствуют остаточные деформации нагружаемого тела. Предел упругости является границей упругих деформаций. Обычно в качестве предела упругости принимают напряжение, при котором остаточная деформация не превышает определённого значения. Техническими условиями для границы области упругой деформации задаётся предельное значение относительной деформации: 0,001%, 0,003%, 0,005%, 0,01%, 0,03% и т. д. При практических прочностных расчётах предел упругости принимают, как правило, равным пределу текучести и пределу пропорциональности.

♦ Преде́л упру́гости

Предел функции

– число A, к которому сходятся последовательности значений функции f(x_n) для любой последовательности n> значений аргумента, сходящейся к числу a. В этом случае говорят о том, что функция f(x) стремится к A при стремлении аргумента x к числу a:
f(x) → A при x → a.

♦ Преде́л фу́нкции

Предел числовой
последовательности

– число, которое для рассматриваемой числовой последовательности n> обладает тем свойством, что если его вычесть из каждого члена, то полученная последовательность n – a> является бесконечно малой. В этом случае говорят о том, что последовательность n> сходится или стремится к числу a:
x_n → a

Диаграмма растяжения низкоуглеродистой стали

Особые точки диаграммы растяжения обозначены точками 1,2,3,4,5.

1) Точка 1 соответствует пределу пропорциональности: удлинение растет пропорционально нагрузке, на этом участке выполняется закон Гука.

2) Точка 2 соответствует пределу упругости материала, материал теряет упругие свойства – способность вернуться к исходным размерам.

3) Точка 3 является концом участка, на котором образец сильно деформируется без увеличения нагрузки. Это явление называется текучестью.

4) Точка 4 соответствует максимальной нагрузке, в этот момент на образце образуется шейка – резкое уменьшение площади поперечного сечения.

Для определения механических характеристик материала рассчитываются величины, имеющие условный характер, усилия в каждой из точек делят на величину начальной площади поперечного сечения. Приведенная диаграмма растяжения не зависит от абсолютных размеров образца.

Эта диаграмма имеет следующие характерные точки и соответствующие им механические характеристики.

Точка 1 соответствует пределу пропорциональности.

Пределом пропорциональности называемся то наибольшее напряжение, до которого деформации растут пропорционально нагрузке, т. е. справедлив закон Гука.

Точка 2 практически соответствует и другому пределу, который называется пределом упругости.

Пределом упругости , называется то наибольшее напряжение, до которого деформации практически остаются упругими.

Точка 3 соответствует пределу текучести.

Пределом текучести называемся такое напряжение, при котором в образце появляемся заметное удлинение без увеличения нагрузки.

Предел текучести являемся основной механической характе­ристикой при оценке прочности пластичных материалов.

Точка 4 соответствует временному сопротивлению или пределу прочности.

Временным сопротивлением называется условное напряжение, равное отношению максимальной силы, которую выдерживает образец, к первоначальной площади его попереч­ного сечения

При достижении временного сопротивления на растягивае­мом образце образуется местное сужение—шейка, т. е. начина­ется разрушение образца.

В определении временного сопротивления говорится об условном напряжении, так как в сечениях шейки напряжения будут больше.

Пределом прочности называется временное со­противление образца, разрушающегося без образования шейки. Предел прочности является основной механической характерис­тикой при оценке прочности хрупких материалов.

Точка 5 соответствует напряжению, возникающему в образ­це в момент разрыва во всех поперечных сечениях, кроме сечений шейки.

Это напряжение можно назвать напряжением разрыва.

Дата добавления: 2014-12-25 ; Просмотров: 4247 ; Нарушение авторских прав? ;

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет