Dowód wydajności: 0,2. Właściwości mechaniczne metali. Właściwości mechaniczne stali. Właściwości mechaniczne stopów. Dlaczego warto wybrać Muztorga
Jeśli scharakteryzujemy pokrótce pojęcie granicy plastyczności, to wytrzymałości materiałów granica plastyczności jest naprężeniem, przy którym zaczyna się rozwijać odkształcenie plastyczne. Granica plastyczności odnosi się do cech wytrzymałościowych.
Według , płynność- jest to odkształcenie makroplastyczne o bardzo małej wielkości hartowanie dτ/dγ.
Fizyczny naprężenie plastyczności- jest to mechaniczna cecha materiałów: naprężenie odpowiadające dolnemu położeniu obszary obrotu V rozciągnięty wykres dla materiałów, które posiadają tę podkładkę (rysunek), σ T = P T / F 0. Tutaj 0 jest pierwotnym polem przekroju próbki.
Siła plastyczności wyznacza granicę pomiędzy strefą odkształcenia sprężystego i sprężysto-plastycznego. Nawet niewielki wzrost napięcia (obciążenia) jest większy granica plastyczności powoduje znaczne odkształcenia.
Dowód wydajności
Dowód wydajności(inaczej techniczna granica plastyczności). Dla materiałów nie pokazanych na schemacie obszary obrotu, zaakceptować siła dowodu- naprężenie, przy którym odkształcenie szczątkowe próbki osiąga określoną ustaloną wartość Specyfikacja techniczna(większy niż ustalony dla granicy sprężystości). Naprężenie rozciągające zwykle oznacza naprężenie, przy którym odkształcenie szczątkowe wynosi 0,2%. Zatem granica plastyczności na rozciąganie jest zwykle oznaczana przez σ 0,2.
Również wyróżniony warunkowa granica plastyczności zginania I wytrzymałość na skręcanie.
Granica plastyczności metalu
Charakterystyka podana powyżej dotyczy przede wszystkim granicy plastyczności metalu. Granicę plastyczności metalu mierzy się w kg/mm2 lub N/m2. Na wartość granicy plastyczności metalu wpływa wiele czynników, na przykład: grubość próbki, sposób obróbki cieplnej, obecność określonych zanieczyszczeń i pierwiastków stopowych, mikrostruktura, rodzaj i defekty sieci krystalicznej itp. Wydajność wytrzymałość metali zmienia się znacznie wraz z temperaturą.
Granica plastyczności stali
Granica plastyczności stali w GOST jest to oznaczone znakiem „nie mniej”, jednostką miary jest MPa. Podajmy jako przykład regulowane wartości granicy plastyczności σ T niektórych popularnych stali.
W przypadku podstawowych wyrobów długich (GOST 1050-88, wysokiej jakości konstrukcyjna stal węglowa) o średnicy lub grubości do 80 mm obowiązują następujące wartości granicy plastyczności stali:
- Granica plastyczności stali 20(St20, 20) w T=20°C, walcowane, po normalizacji - nie mniej niż 245 N/mm 2 lub 25 kgf/mm 2.
- Granica plastyczności stali 30(St30, 30) w T=20°C, walcowane, po normalizacji - nie mniej niż 295 N/mm 2 lub 30 kgf/mm 2.
- Granica plastyczności stali 45(St45, 45) w T=20°C, walcowane, po normalizacji - nie mniej niż 355 N/mm 2 lub 36 kgf/mm 2.
W przypadku tych samych stali, wyprodukowanych na podstawie porozumienia między konsumentem a producentem, GOST 1050-88 przewiduje inne cechy. W szczególności znormalizowana granica plastyczności stali, wyznaczona na próbkach wyciętych z półwyrobów stalowych ulepszanych cieplnie o wymiarach określonych w zamówieniu, będzie przyjmować następujące wartości:
- Granica plastyczności stali 30(St30, hartowanie + odpuszczanie): wyroby walcowane o średnicy do 16 mm - nie mniej niż 400 N/mm 2 lub 41 kgf/mm 2; wyroby walcowane o średnicy od 16 do 40 mm – nie mniej niż 355 N/mm 2 lub 36 kgf/mm 2; wyroby walcowane o wymiarach od 40 do 100 mm – nie mniej niż 295 N/mm 2 lub 30 kgf/mm 2.
- Granica plastyczności stali 45(St45, hartowanie + odpuszczanie): wyroby walcowane do średnicy 16 mm – nie mniej niż 490 N/mm 2 lub 50 kgf/mm 2; wyroby walcowane o średnicy od 16 do 40 mm – nie mniej niż 430 N/mm 2 lub 44 kgf/mm 2; wyroby walcowane o wymiarach od 40 do 100 mm – nie mniej niż 375 N/mm 2 lub 38 kgf/mm 2.
*Właściwości mechaniczne stali 30 dotyczą wyrobów walcowanych o średnicy do 63 mm.
Granica plastyczności stali 40Х(St 40X, stal konstrukcyjna stopowa, chrom, GOST 4543-71): dla wyrobów walcowanych o średnicy 25 mm po obróbce cieplnej (hartowanie + odpuszczanie) - granica plastyczności stali 40X jest nie mniejsza niż 785 N/mm 2 lub 80 kgf/mm2.
Granica plastyczności stali 09G2S(GOST 5520-79, blacha, niskostopowa stal konstrukcyjna 09G2S do konstrukcji spawanych, krzem-mangan). Minimalna wartość granicy plastyczności stali 09G2S dla stali walcowanej, w zależności od grubości blachy, waha się od 265 N/mm 2 (27 kgf/mm 2) do 345 N/mm 2 (35 kgf/mm 2). Dla temperatur podwyższonych minimalna wymagana wartość granicy plastyczności stali 09G2S wynosi: dla T=250°C - 225 (23); dla T=300°C - 196 (20); T=350°C - 176 (18); T=400°C - 157 (16).
Granica plastyczności stali 3. Stal 3 ( Stal węglowa zwykła jakość, GOST 380-2005) jest produkowany w następujących markach: St3kp, St3ps, St3sp, St3Gps, St3Gsp. Granica plastyczności stali 3 jest regulowana oddzielnie dla każdego gatunku. Przykładowo wymagania dotyczące granicy plastyczności St3kp w zależności od grubości walcowanego wyrobu wahają się w granicach 195-235 N/mm 2 (nie mniej).
Przepływ stopu
Płynność stopionego metalu to zdolność stopionego metalu do wypełnienia formy odlewniczej. Przepływ stopu do metali i stopów metali - takie same jak płynność. (Patrz Właściwości odlewnicze stopów).
Płynność cieczy w ogóle, a w szczególności stopu, jest odwrotnością lepkości dynamicznej. W System międzynarodowy jednostki (SI) płynność cieczy wyraża się w Pa -1 * s -1.
Przygotowane przez: Kornienko A.E. (ICM)
Oświetlony.:
Różne materiały inaczej reagują na przyłożoną do nich siłę zewnętrzną, powodując zmianę ich kształtu i wymiarów liniowych. Zmiana ta nazywana jest odkształceniem plastycznym. Jeżeli ciało po ustaniu uderzenia samodzielnie przywraca swój pierwotny kształt i wymiary liniowe, takie odkształcenie nazywa się sprężystym. Elastyczność, lepkość, wytrzymałość i twardość są głównymi właściwościami mechanicznymi ciał stałych i amorficznych i determinują zmiany zachodzące w ciele fizycznym podczas odkształcenia pod wpływem siły zewnętrznej i jej przypadku granicznego - zniszczenia. Granica plastyczności materiału to wartość naprężenia (lub siły na jednostkę powierzchni przekroju poprzecznego), przy której rozpoczyna się odkształcenie plastyczne.
Znajomość właściwości mechanicznych materiału jest niezwykle ważna dla projektanta, który wykorzystuje je w swojej pracy. Określa maksymalne obciążenie danej części lub konstrukcji jako całości, po przekroczeniu którego rozpocznie się odkształcenie plastyczne, a konstrukcja straci swoją wytrzymałość i kształt i może ulec zniszczeniu. Zawalenie się lub poważne odkształcenie konstrukcji lub elementów budynków systemy transportowe może prowadzić do zniszczeń na dużą skalę, strat materialnych, a nawet ofiar w ludziach.
Granica plastyczności to maksymalne obciążenie, jakie można przyłożyć do konstrukcji bez deformacji i późniejszego uszkodzenia. Im wyższa jest jego wartość, tym większe obciążenie może wytrzymać konstrukcja.
W praktyce granica plastyczności metalu determinuje zachowanie samego materiału i produktów z niego wykonanych pod ekstremalnymi obciążeniami. Ludzie zawsze przewidywali maksymalne obciążenia, jakie wytrzymają wznoszone przez nich konstrukcje lub tworzone przez nich mechanizmy. Na wczesnych etapach rozwoju przemysłu ustalano to eksperymentalnie i dopiero w XIX wieku rozpoczęło się tworzenie teorii wytrzymałości materiałów. Kwestię niezawodności rozwiązano tworząc wielokrotny margines bezpieczeństwa, co doprowadziło do powstania cięższych i droższych konstrukcji. Dziś nie jest konieczne tworzenie modelu produktu o określonej skali lub pełnym rozmiarze i przeprowadzanie na nim eksperymentów dotyczących zniszczenia pod obciążeniem - programy komputerowe z rodziny CAE (inżynieria obliczeniowa) potrafią dokładnie obliczyć parametry wytrzymałościowe ukończony produkt i przewidzieć wartości graniczne masa
Wartość granicy plastyczności materiału
Wraz z rozwojem fizyki atomowej w XX wieku stało się możliwe teoretyczne obliczenie wartości parametru. Praca ta została po raz pierwszy wykonana przez Jakowa Frenkla w 1924 r. Na podstawie wytrzymałości wiązań międzyatomowych na podstawie skomplikowanych jak na tamte czasy obliczeń wyznaczył wielkość naprężenia wystarczającą do zainicjowania odkształcenia plastycznego ciał o prostych kształtach. Wartość granicy plastyczności materiału będzie równa
τ τ = G/2π. , gdzie G jest modułem ścinania , dokładnie to, co decyduje o stabilności wiązań między atomami.
Obliczanie wartości granicy plastyczności
Genialne założenie, jakie Frenkel przyjął w swoich obliczeniach, było takie, że uznano, że proces zmiany kształtu materiału jest napędzany przez naprężenia ścinające. Do wystąpienia odkształcenia plastycznego przyjęto, że wystarczy, aby jedna połowa ciała przesunęła się względem drugiej w takim stopniu, aby pod wpływem sił sprężystych nie mogła powrócić do położenia wyjściowego.
Frenkel zasugerował, że materiał badany w eksperymencie myślowym ma strukturę krystaliczną lub polikrystaliczną, charakterystyczną dla większości metali, ceramiki i wielu polimerów. Struktura ta zakłada obecność siatki przestrzennej, w węzłach której atomy są ułożone w ściśle określonej kolejności. Konfiguracja tej sieci jest ściśle indywidualna dla każdej substancji, podobnie jak odległości międzyatomowe i siły łączące te atomy. Zatem, aby spowodować odkształcenie plastyczne przy ścinaniu, konieczne będzie rozerwanie wszystkich wiązań międzyatomowych przechodzących przez umowną płaszczyznę oddzielającą połówki ciała.
Przy pewnej wartości naprężenia równej granicy plastyczności , wiązania pomiędzy atomami z różnych połówek ciała zostaną zerwane, a pewna liczba atomów przesunie się względem siebie o jedną odległość międzyatomową bez możliwości powrotu do pierwotnego położenia. Przy ciągłej ekspozycji takie mikroprzesunięcie będzie trwało, aż wszystkie atomy jednej połowy ciała stracą kontakt z atomami drugiej połowy
W makrokosmosie spowoduje to deformację plastyczną, zmianę kształtu ciała i przy dalszym narażeniu doprowadzi do jego zniszczenia. W praktyce linia początku zniszczenia nie przebiega przez środek ciała fizycznego, lecz przebiega w miejscach niejednorodności materialnych.
Fizyczna granica plastyczności
W teorii wytrzymałości dla każdego materiału istnieje kilka wartości tej ważnej cechy. Fizyczna granica plastyczności odpowiada wartości naprężenia, przy której pomimo odkształcenia obciążenie właściwe nie zmienia się wcale lub zmienia się nieznacznie. Innymi słowy, jest to wartość napięcia, przy której ciało fizyczne odkształca się, „płynie” bez zwiększania siły przyłożonej do próbki
Duża liczba metali i stopów, badana pod kątem wytrzymałości na rozciąganie, wykazuje wykres plastyczności z brakiem lub słabo określonym „plateau plastyczności”. W przypadku takich materiałów mówią o warunkowej granicy plastyczności. Interpretuje się je jako naprężenie, przy którym następuje odkształcenie w granicach 0,2%.
Do takich materiałów zaliczają się stopy stali stopowych i wysokowęglowych, brąz, duraluminium i wiele innych. Im bardziej plastyczny jest materiał, tym wyższy jest jego wskaźnik odkształcenia szczątkowego. Przykładami materiałów ciągliwych są miedź, mosiądz, czyste aluminium i większość stopów stali niskowęglowej.
Stal, jako najpopularniejszy masowy materiał konstrukcyjny, jest przedmiotem szczególnej uwagi specjalistów przy obliczaniu wytrzymałości konstrukcji i maksymalnych dopuszczalnych obciążeń na nich.
Podczas eksploatacji konstrukcje stalowe poddawane są połączonym obciążeniom rozciągającym, ściskającym, zginającym i ścinającym o dużych rozmiarach i złożonym kształcie. Obciążenia mogą mieć charakter dynamiczny, statyczny i okresowy. Pomimo najtrudniejszych warunków użytkowania projektant musi zadbać o to, aby projektowane przez niego konstrukcje i mechanizmy były trwałe, niezawodne i zapewniały wysoki stopień bezpieczeństwa zarówno dla personelu, jak i otaczającej ludności.
Dlatego stali stawiane są zwiększone wymagania dotyczące właściwości mechanicznych. Z punktu widzenia wydajność ekonomiczna, firma dąży do zmniejszenia przekroju i innych wymiarów swoich produktów, aby zmniejszyć zużycie materiału i wagę, a tym samym zwiększyć właściwości użytkowe. W praktyce wymaganie to musi być zrównoważone wymaganiami bezpieczeństwa i niezawodności określonymi w normach i specyfikacjach technicznych.
Granica plastyczności stali jest kluczowym parametrem w tych obliczeniach, ponieważ charakteryzuje zdolność konstrukcji do wytrzymywania naprężeń bez trwałego odkształcenia lub uszkodzenia.
Wpływ zawartości węgla na właściwości stali
Zgodnie z fizykochemiczną zasadą addytywności, zmiana właściwości fizycznych materiałów zależy od procentowej zawartości węgla. Zwiększenie jego udziału do 1,2% umożliwia zwiększenie wytrzymałości, twardości, granicy plastyczności i progowej wytrzymałości stopu na zimno. Dalszy wzrost udziału węgla prowadzi do zauważalnego spadku wskaźników technicznych, takich jak spawalność i ostateczne odkształcenie podczas operacji tłoczenia. Stale niskowęglowe charakteryzują się najlepszą spawalnością.
Azot i tlen w stopie
Te niemetale z początku układu okresowego są szkodliwymi zanieczyszczeniami i obniżają właściwości mechaniczne i fizyczne stali, takie jak próg lepkości, ciągliwość i kruchość. Jeśli tlen jest zawarty w ilościach większych niż 0,03%, prowadzi to do przyspieszonego starzenia się stopu, a azot zwiększa kruchość materiału. Z drugiej strony zawartość azotu zwiększa wytrzymałość poprzez zmniejszenie granicy plastyczności.
Dodatki manganu i krzemu
Dodatek stopowy w postaci manganu służy do odtlenienia stopu i kompensacji negatywnego wpływu szkodliwych zanieczyszczeń zawierających siarkę. Ze względu na podobne właściwości do żelaza, mangan nie ma znaczącego niezależnego wpływu na właściwości stopu. Typowa zawartość manganu wynosi około 0,8%.
Podobnie działa krzem, który dodaje się w procesie odtleniania w ułamku objętościowym nieprzekraczającym 0,4%. Ponieważ krzem znacznie degraduje takie wskaźnik techniczny, jaka jest spawalność stali. W przypadku stali konstrukcyjnych przeznaczonych do spawania jego udział nie powinien przekraczać 0,25%. Krzem nie wpływa na właściwości stopów stali.
Zanieczyszczenia siarki i fosforu
Siarka jest niezwykle szkodliwą zanieczyszczenią i ma negatywny wpływ na wiele osób właściwości fizyczne i specyfikacje techniczne.
Maksymalna dopuszczalna zawartość tego pierwiastka w postaci kruchych siarczynów wynosi 0,06%
Siarka pogarsza plastyczność, granicę plastyczności, udarność, odporność na zużycie i odporność materiałów na korozję.
Fosfor ma podwójny wpływ na właściwości fizyczne i mechaniczne stali. Z jednej strony wraz ze wzrostem jego zawartości wzrasta granica plastyczności, ale z drugiej strony jednocześnie maleje lepkość i płynność. Zazwyczaj zawartość fosforu mieści się w zakresie od 0,025 do 0,044%. Szczególnie silny negatywny wpływ ma fosfor, przy jednoczesnym wzroście udziału objętościowego węgla.
Dodatki stopowe w stopach
Dodatki stopowe to substancje celowo wprowadzane do składu stopu w celu celowej zmiany jego właściwości do pożądanego poziomu. Takie stopy nazywane są stalami stopowymi. Lepszą wydajność można uzyskać dodając jednocześnie kilka dodatków w określonych proporcjach.
Typowymi dodatkami są nikiel, wanad, chrom, molibden i inne. Za pomocą dodatków stopowych poprawiane są wartości granicy plastyczności, wytrzymałości, lepkości, odporności na korozję oraz wielu innych parametrów i właściwości fizycznych, mechanicznych i chemicznych.
Płynność stopionego metalu
Płynność roztopionego metalu polega na jego zdolności do całkowitego wypełnienia formy odlewniczej, wnikając w najmniejsze wgłębienia i detale reliefowe. Od tego zależy dokładność odlewu i jakość jego powierzchni.
Właściwość można poprawić przez umieszczenie stopu pod nadciśnieniem. To zjawisko fizyczne wykorzystywane jest we wtryskarkach. Metoda ta może znacznie zwiększyć wydajność procesu odlewania, poprawić jakość powierzchni i jednorodność odlewów.
Badanie próbki w celu określenia granicy plastyczności
Do przeprowadzenia badań standardowych wykorzystuje się próbkę cylindryczną o średnicy 20 mm i wysokości 10 mm, mocowaną w aparacie badawczym i poddawaną rozciąganiu. Odległość między znakami naniesionymi na boczną powierzchnię próbki nazywa się długością obliczoną. Podczas pomiarów rejestrowana jest zależność wydłużenia względnego próbki od wielkości siły rozciągającej.
Zależność jest prezentowana w postaci diagramu warunkowego rozciągania. W pierwszym etapie doświadczenia wzrost siły powoduje proporcjonalny wzrost długości próbki. Po osiągnięciu granicy proporcjonalności wykres zmienia się z liniowego w krzywoliniowy, a liniowa zależność pomiędzy siłą i wydłużeniem zostaje utracona. W tej części diagramu, po usunięciu siły, próbka może nadal powrócić do swojego pierwotnego kształtu i wymiarów.
W przypadku większości materiałów granica proporcjonalności i granica plastyczności są tak bliskie, że praktyczne zastosowania różnica między nimi nie jest brana pod uwagę.
Właściwości mechaniczne charakteryzują odporność materiału na odkształcenia, zniszczenie lub specyfikę jego zachowania podczas procesu niszczenia. Do tej grupy właściwości zaliczają się wskaźniki wytrzymałości, sztywności (elastyczności), plastyczności, twardości i lepkości. Główną grupę takich wskaźników stanowią standardowe charakterystyki właściwości mechanicznych, które określa się w warunkach laboratoryjnych na próbkach o standardowych rozmiarach. Wskaźniki właściwości mechanicznych uzyskane podczas takich badań oceniają zachowanie materiałów pod obciążeniem zewnętrznym bez uwzględnienia konstrukcji części i warunków ich pracy. Ponadto dodatkowo wyznaczają wskaźniki wytrzymałości konstrukcyjnej, które są w największym stopniu skorelowane z właściwościami użytkowymi konkretnego produktu oraz oceniają zachowanie się materiału w warunkach eksploatacyjnych.
2.2.1. Właściwości mechaniczne określone pod obciążeniem statycznym
Badania statyczne polegają na powolnym i stopniowym zwiększaniu obciążenia przykładanego do badanej próbki. W zależności od sposobu przyłożenia obciążeń wyróżnia się próby statyczne: rozciąganie, ściskanie, zginanie, skręcanie, ścinanie lub ścinanie. Najczęstsze są próby rozciągania (GOST 1497-84), które pozwalają określić kilka ważnych wskaźników właściwości mechanicznych.
Próby rozciągania
Podczas rozciągania standardowych próbek o polu przekroju poprzecznego F0 i roboczej (obliczeniowej) długości L0, buduje się wykres rozciągania we współrzędnych obciążenie – wydłużenie próbki (rys. 2.1). Na wykresie wyróżniono trzy przekroje: odkształcenie sprężyste przed obciążeniem P(kontrola); równomierne odkształcenie plastyczne od P(kontrolne) do P(max) i skoncentrowane odkształcenie plastyczne od P(max) do P(krytyczne). Odcinek prosty utrzymuje się aż do obciążenia odpowiadającego granicy proporcjonalności P(szt). Tangens kąta nachylenia odcinka prostego charakteryzuje moduł sprężystości pierwszego rodzaju MI.
Na niewielkim obszarze od P(pc) do P(upr) liniowa zależność pomiędzy P i (delta)L zostaje zakłócona z powodu elastycznych niedoskonałości materiału związanych z defektami sieci.
Odkształcenie plastyczne powyżej P(kontrola) następuje wraz ze wzrostem obciążenia, ponieważ metal ulega wzmocnieniu podczas odkształcania. Nazywa się wzmocnienie metalu podczas odkształcania hartowanie
Hartowanie metalu wzrasta aż do pęknięcia próbki, chociaż obciążenie rozciągające maleje z P(max) do P(krytyczne) . Wyjaśnia to pojawienie się w próbce lokalnego przerzedzenia - szyjki, w której koncentruje się głównie odkształcenie plastyczne. Pomimo zmniejszenia obciążenia naprężenia rozciągające w szyjce rosną aż do rozerwania próbki.
Próbka podczas rozciągania wydłuża się, a jej przekrój stale się zmniejsza. Naprężenie rzeczywiste wyznacza się dzieląc obciążenie działające w danym momencie przez powierzchnię próbki w tym momencie. W codziennej praktyce nie wyznacza się naprężeń rzeczywistych, lecz stosuje się naprężenia warunkowe, przyjmując, że przekrój poprzeczny F0 próbka pozostaje niezmieniona. Naprężenia (sigma)Cont, (sigma)T i (sigma)B są standardowymi charakterystykami wytrzymałościowymi. Każdy z nich uzyskuje się poprzez podzielenie odpowiedniego obciążenia P(urp), P(T) i P(max) na początkową powierzchnię przekroju poprzecznego F0.
Granica sprężystości (sigma) to naprężenie, przy którym odkształcenie plastyczne osiąga określoną wartość ustaloną przez warunki. Zazwyczaj stosuje się wartości odkształcenia resztkowego wynoszące 0,005; 0,02 i 0,05%. Odpowiednie granice sprężystości są oznaczone przez (sigma) 0,005, (sigma) 0,02 i (sigma) 0,05. Granica sprężystości jest ważną cechą materiałów sprężynowych stosowanych w urządzeniach i maszynach elastycznych.
Warunkowa granica plastyczności to naprężenie odpowiadające odkształceniu plastycznemu wynoszącemu 0,2%; jest oznaczony (sigma) 0,2. Fizyczną granicę plastyczności (sigma) T określa się na podstawie wykresu rozciągania, jeśli występuje na nim obszar plastyczności. Jednakże podczas prób rozciągania większości stopów na wykresach nie widać plateau plastyczności. Wybrane odkształcenie plastyczne wynoszące 0,2% dość dokładnie charakteryzuje przejście od odkształceń sprężystych do odkształceń plastycznych, a naprężenie (sigma) 0,2 można łatwo wyznaczyć podczas badań, niezależnie od tego, czy na wykresie rozciągania występuje plateau plastyczności, czy nie.
Dopuszczalne napięcie stosowane w obliczeniach jest wybierane mniejsze (sigma)0,2 (zwykle 1,5 razy) lub mniejsze (sigma)B (2,4 razy).
W przypadku materiałów o małej plastyczności próby rozciągania stwarzają duże trudności. Drobne zniekształcenia podczas instalowania próbki powodują znaczny błąd w określeniu obciążenia niszczącego. Takie materiały są zwykle poddawane próbie zginania.
Próby zginania
Podczas próby zginania w próbce powstają zarówno naprężenia rozciągające, jak i ściskające. Z tego powodu zginanie jest delikatniejszą metodą obciążania niż rozciąganie. Badaniom pod kątem zginania poddawane są materiały o niskiej plastyczności: żeliwo, stal narzędziowa, stal po hartowaniu powierzchniowym, ceramika. Badania przeprowadza się na długich próbkach (l/h > 10) o kształcie cylindrycznym lub prostokątnym, które mocuje się na dwóch wspornikach. Stosowane są dwa schematy obciążenia: siła skupiona (ta metoda jest stosowana częściej) i dwie siły symetryczne (czyste próby zginania). Określonymi cechami są wytrzymałość na rozciąganie i ugięcie.
W przypadku tworzyw sztucznych nie stosuje się prób zginania, ponieważ próbki są zginane bez zniszczenia, aż do zetknięcia obu końców.
Badania twardości
Twardość odnosi się do odporności materiału na wnikanie w jego powierzchnię. solidny- wgłębnik. Jako wgłębnik stosuje się kulkę ze stali hartowanej lub końcówkę diamentową w kształcie stożka lub piramidy. W wyniku wcięcia powierzchniowe warstwy materiału ulegają znacznym odkształceniom plastycznym. Po zdjęciu obciążenia na powierzchni pozostaje odcisk. Osobliwością występującego odkształcenia plastycznego jest to, że występuje ono w małej objętości i jest spowodowane działaniem znacznych naprężeń stycznych, ponieważ w pobliżu końcówki powstaje złożony stan naprężenia zbliżony do ściskania dookoła. Z tego powodu nie tylko plastyczne, ale i kruche materiały ulegają odkształceniu plastycznemu! Twardość charakteryzuje zatem odporność materiału na odkształcenia plastyczne. Tę samą wytrzymałość ocenia się na podstawie wytrzymałości na rozciąganie podczas określania, które odkształcenie skupione występuje w obszarze szyjki. Dlatego dla wielu materiałów wartości liczbowe twardości i wytrzymałości na rozciąganie są proporcjonalne. Cecha ta, a także łatwość pomiaru, pozwala uznać badania twardości za jeden z najpowszechniejszych rodzajów badań mechanicznych. W praktyce powszechnie stosowane są cztery metody pomiaru twardości.
Twardość Brinella. W tej standardowej metodzie pomiaru twardości stosuje się kulkę ze stali hartowanej o średnicy 10; 5 lub 2,5 mm pod obciążeniem od 5000 N do 30000 N. Po zdjęciu obciążenia wykonuje się odcisk w postaci kulistego otworu o średnicy D. Średnicę otworu mierzy się za pomocą szkła powiększającego, na którego okularze znajduje się skala z podziałkami.
W praktyce przy pomiarze twardości nie wykonuje się obliczeń według powyższego wzoru, lecz stosuje się gotowe tabele, które wskazują wartość HB w zależności od średnicy wcięcia i wybranego obciążenia. Im mniejsza średnica nadruku, tym większa twardość.
Metoda pomiaru Brinella nie jest uniwersalna. Stosowany jest do materiałów o małej i średniej twardości: stali o twardości< 450 НВ, цветных металлов с твердостью < 200 НВ и т.п.
Twardość Vickersa. W standardowym teście twardości Vickersa w powierzchnię próbki wciska się czworościenną piramidę diamentową o kącie wierzchołkowym 136 stopni. Odcisk uzyskuje się w postaci kwadratu, którego przekątną mierzy się po zdjęciu obciążenia.
Metodę Vickersa stosuje się głównie do materiałów o dużej twardości, a także do badania twardości części o małych przekrojach lub cienkich warstwach powierzchniowych. Z reguły stosuje się małe obciążenia: 10, 30, 50, 100, 200, 500 N. Im cieńszy przekrój badanej części lub warstwy, tym mniejsze jest wybierane obciążenie.
Twardość Rockwella. Ta metoda pomiaru twardości jest najbardziej uniwersalna i najmniej pracochłonna. Nie ma tu konieczności pomiaru wielkości nadruku, gdyż wartość twardości odczytuje się bezpośrednio ze skali twardościomierza. Liczba twardości uzależniona jest od głębokości wcięcia końcówki, którą stosuje się jako stożek diamentowy o kącie wierzchołkowym 120 stopni lub kulkę stalową o średnicy 1,588 mm. Obciążenie dobierane jest w zależności od materiału końcówki.
Mikrotwardość. Mikrotwardość określa się wciskając piramidę diamentową w powierzchnię próbki pod niewielkim obciążeniem (0,05 - 5 N) i mierząc przekątną wgłębienia. Metodą wyznaczania mikrotwardości ocenia się twardość poszczególnych ziaren, elementów konstrukcyjnych, cienkich warstw czy też cienkich części.
Podczas rozciągania standardowych próbek o polu przekroju poprzecznego F0 i roboczej (obliczeniowej) długości L0, buduje się wykres rozciągania we współrzędnych obciążenie – wydłużenie próbki (rys. 2.1). Na wykresie wyróżniono trzy przekroje: odkształcenie sprężyste przed obciążeniem P(kontrola); równomierne odkształcenie plastyczne od P(kontrolne) do P(max) i skoncentrowane odkształcenie plastyczne od P(max) do P(krytyczne). Odcinek prosty utrzymuje się aż do obciążenia odpowiadającego granicy proporcjonalności P(szt). Tangens kąta nachylenia odcinka prostego charakteryzuje moduł sprężystości pierwszego rodzaju MI.
Na niewielkim obszarze od P(pc) do P(upr) liniowa zależność pomiędzy P i (delta)L zostaje zakłócona z powodu elastycznych niedoskonałości materiału związanych z defektami sieci.
Odkształcenie plastyczne powyżej P(kontrola) następuje wraz ze wzrostem obciążenia, ponieważ metal ulega wzmocnieniu podczas odkształcania. Nazywa się wzmocnienie metalu podczas odkształcania hartowanie
Hartowanie metalu wzrasta aż do pęknięcia próbki, chociaż obciążenie rozciągające maleje z P(max) do P(krytyczne) . Wyjaśnia to pojawienie się w próbce lokalnego przerzedzenia - szyjki, w której koncentruje się głównie odkształcenie plastyczne. Pomimo zmniejszenia obciążenia naprężenia rozciągające w szyjce rosną aż do rozerwania próbki.
Próbka podczas rozciągania wydłuża się, a jej przekrój stale się zmniejsza. Naprężenie rzeczywiste wyznacza się dzieląc obciążenie działające w danym momencie przez powierzchnię próbki w tym momencie. W codziennej praktyce nie wyznacza się naprężeń rzeczywistych, lecz stosuje się naprężenia warunkowe, przyjmując, że przekrój poprzeczny F0 próbka pozostaje niezmieniona. Naprężenia (sigma)Cont, (sigma)T i (sigma)B są standardowymi charakterystykami wytrzymałościowymi. Każdy z nich uzyskuje się poprzez podzielenie odpowiedniego obciążenia P(urp), P(T) i P(max) na początkową powierzchnię przekroju poprzecznego F0.
Granica sprężystości (sigma) to naprężenie, przy którym odkształcenie plastyczne osiąga określoną wartość ustaloną przez warunki. Zazwyczaj stosuje się wartości odkształcenia resztkowego wynoszące 0,005; 0,02 i 0,05%. Odpowiednie granice sprężystości są oznaczone przez (sigma) 0,005, (sigma) 0,02 i (sigma) 0,05. Granica sprężystości jest ważną cechą materiałów sprężynowych stosowanych w urządzeniach i maszynach elastycznych.
Warunkowa granica plastyczności to naprężenie odpowiadające odkształceniu plastycznemu wynoszącemu 0,2%; jest oznaczony (sigma) 0,2. Fizyczną granicę plastyczności (sigma) T określa się na podstawie wykresu rozciągania, jeśli występuje na nim obszar plastyczności. Jednakże podczas prób rozciągania większości stopów na wykresach nie widać plateau plastyczności. Wybrane odkształcenie plastyczne wynoszące 0,2% dość dokładnie charakteryzuje przejście od odkształceń sprężystych do odkształceń plastycznych, a naprężenie (sigma) 0,2 można łatwo wyznaczyć podczas badań, niezależnie od tego, czy na wykresie rozciągania występuje plateau plastyczności, czy nie.
Dopuszczalne napięcie stosowane w obliczeniach wybiera się jako mniejsze niż (sigma)0,2 (zwykle 1,5 razy) lub mniejsze niż (sigma)B (2,4 razy).
W przypadku materiałów o małej plastyczności próby rozciągania stwarzają duże trudności. Drobne zniekształcenia podczas instalowania próbki powodują znaczny błąd w określeniu obciążenia niszczącego. Takie materiały są zwykle poddawane próbie zginania.
Napięcie ss w Przekrój, z którym po raz pierwszy pojawia się plastik. (nieodwracalne) odkształcenia. Podobnie w doświadczeniach ze skręcaniem cienkościennej próbki rurowej PT wyznacza się przy ścinaniu ts. Dla większości metali ss=ts?3.
W niektórych materiałach z ciągłym wydłużaniem, cylindryczny. próbka na wykresie zależności napięcia normalnego o od względnego. wydłużenie 8 wykrywane jest przez tzw. ząb plastyczny, tj. gwałtowny spadek naprężeń przed pojawieniem się plastyczności. odkształcenia (rys. a), a dalszy wzrost odkształcenia (plastycznego) do określonej wartości następuje przy stałym naprężeniu, tzw. f i h e s k i m P. t.
Przekrój poziomy schematy s-e zwany obszar plonów; jeśli jego zasięg jest duży, materiał nazywa się. idealnie plastyczny (nieutwardzalny). W innych materiałach tzw hartowaniu, nie ma plateau plastyczności (ryc., b) i dokładnie wskazują naprężenie, przy którym po raz pierwszy pojawia się plastyczność. deformacja jest prawie niemożliwa.
Wprowadzono pojęcie warunkowego P. t. ss jako naprężenie, po odciążeniu, w wyniku którego w próbce po raz pierwszy wykrywa się odkształcenie szczątkowe (plastyczne) o wielkości D. Odkształcenia szczątkowe mniejsze niż D są tradycyjnie uważane za nieistotne. Na przykład P.t., mierzony z tolerancją D=0,2%, jest oznaczony jako s0,2. (patrz PLASTIKOŚĆ).
Fizyczny słownik encyklopedyczny. - M .: Encyklopedia radziecka. . 1983 .
w odporności materiałów - naprężenie, przy którym zaczyna się rozwijać plastyczność. odkształcenie. W eksperymentach z rozciąganiem walca próbkę określa się na podstawie naprężenia normalnego w przekroju poprzecznym, przy którym po raz pierwszy pojawia się plastyczność. (nieodwracalne) odkształcenia. Podobnie w doświadczeniach ze skręcaniem cienkościennej próbki rurowej określa się PT przy ścinaniu dla większości metali 
W niektórych materiałach z ciągłym wydłużaniem, cylindryczny. próbka na wykresie zależności napięcia normalnego od względnego. wydłużenie e wykrywa się za pomocą tzw. ząb plastyczny, tj. gwałtowny spadek naprężeń przed pojawieniem się plastyczności. odkształcenie (rys. c), a dalszy wzrost odkształcenia (plastycznego) do określonej wartości następuje przy stałym naprężeniu, tzw. fizyczny P. t. Nazywa się poziomą część diagramu. obszar plonów; jeśli jego zasięg jest duży, materiał nazywa się. idealnie plastyczny (nieutwardzalny). W innych materiałach tzw hartowania, nie ma plateau plastyczności (ryc. B) i dokładnie wskazać napięcie, przy którym po raz pierwszy pojawia się plastyczność. deformacja jest prawie niemożliwa. Wprowadzono pojęcie warunkowego P., tj. jako naprężenia, po odciążeniu, w wyniku którego w próbce po raz pierwszy wykrywa się odkształcenie szczątkowe (plastyczne) o wielkości D. Odkształcenia szczątkowe mniejsze niż D są tradycyjnie uważane za nieistotne. Na przykład P.t., mierzony z tolerancją D = 0,2%, jest oznaczony Patrz także Plastikowy.
W.
Encyklopedia fizyczna. W 5 tomach. - M .: Encyklopedia radziecka. Redaktor naczelny A. M. Prochorow. 1988 .
Zobacz, co oznacza „LIMIT YIELD” w innych słownikach:
Granica plastyczności naprężenie mechaniczne σт, odpowiadające dolnemu położeniu górnego odchylenia w obszarze nieznanego wykresu obszaru plastyczności na wykresie odkształcenia materiału. Jeśli taka platforma nie istnieje, co jest typowe, ... ... Wikipedia
Siła plastyczności- (fizyczna) jest to cecha mechaniczna materiałów: naprężenie odpowiadające dolnemu położeniu plateau plastyczności na wykresie rozciągania dla materiałów z tym plateau (rysunek), σТ=PT/F0. Granica plastyczności wyznacza granicę... ... Słownik metalurgiczny
Siła plastyczności- (fizyczne), N/mm – najniższe naprężenie, przy którym następuje odkształcenie bez zauważalnego wzrostu obciążenia. [GOST 10922 2012] Fizyczna granica plastyczności to najniższe naprężenie rozciągające, przy którym następuje odkształcenie zbrojenia... ... Encyklopedia terminów, definicji i objaśnień materiałów budowlanych
naprężenie plastyczności- Charakterystyka właściwości odkształcalnych materiałów sprężystych, wyrażona poprzez naprężenie, przy którym w badanej próbce występują znaczne odkształcenia plastyczne [Terminologiczny słownik konstrukcji w 12 językach (VNIIIS Gosstroy... ... Przewodnik tłumacza technicznego
naprężenie plastyczności- 2,12 granica plastyczności: Standardowa minimalna wartość naprężenia, przy której rozpoczyna się intensywny wzrost odkształcenia plastycznego (przy niewielkim wzroście obciążenia) podczas rozciągania materiału rury. Źródło: STO Gazprom 2 2,1 318 2009:… … Słownik-podręcznik terminów dokumentacji normatywnej i technicznej
naprężenie plastyczności- takumo riba statusas T sritis fizika atitikmenys: engl. granica przepływu; granica wydajności vok. Fließgrenze, f rus. granica plastyczności, f; granica plastyczności, m pranc. limite d’écoulement, f … Fizikos terminų žodynas
Granica plastyczności Granica plastyczności. Naprężenie, przy którym materiał wykazuje precyzyjnie określone odchylenie od proporcjonalności naprężenia i odkształcenia. W przypadku wielu materiałów, zwłaszcza metali, stosuje się odchylenie 0,2%. (Źródło: „Metale... Słownik terminów hutniczych
Mechaniczny charakterystyka materiałów: napięcie odpowiadające niższemu. położenie plateau plastyczności na wykresie rozciągania (patrz rysunek) dla materiałów, które mają takie plateau. Oznaczone bt. W przypadku materiałów, które nie mają obszaru płynięcia, akceptowane jest warunkowe P... Wielki encyklopedyczny słownik politechniczny
Charakterystyka właściwości odkształcalnych materiałów sprężystych, wyrażona poprzez naprężenie, przy którym w badanej próbce (język bułgarski; Български) występują znaczne odkształcenia plastyczne na granicy provlachvana (język czeski; Čeština) mez ... Słownik konstrukcyjny
Zobacz Plastyczność skał ilastych... Słownik hydrogeologii i geologii inżynierskiej
Książki
- Optyczna metoda badania napięć. , Coker E.. Książka Cokera i Failona „The Optical Method for Studying Stress” ma bardzo duże znaczenie naukowe i praktyczne. Autorami tej książki są wybitni eksperci w dziedzinie teorii sprężystości i...