Механические свойства материалов

Для расчета стержня на прочность и на жесткость надо знать некоторые свойства данного материала. Основные – предельные напряжения твердость, ударная вязкость. Все физические характеристики, имеющие отношение к данному вопросу, называются механическими характеристиками материала. Механические характеристики материалов определяются с помощью их испытания. Рассмотрим испытания на разрыв стали. Для испытания необходимо иметь машину, в которой можно закрепить образец определенной формы и непрерывным и плавным повышением приложенной к нему нагрузки довести до разрушения. Под действием постепенно возрастающей нагрузки довести до разрушения. Под действием постепенно возрастающей нагрузки длинна образца также непрерывно увеличивается. Современные испытательные машины автоматически записывают диаграмму зависимости абсолютного удлинения от растягивающей силы

Недостатком этой диаграммы является ее очевидная зависимость не только от свойств материала, но и от размеров испытывавшего образца. Поэтому диаграмму растяжения перестраивают в осях , где - условное напряжение , а

- относительное удлинение . Новая диаграмма называется диаграммой условных напряжений при растяжении. Напряжения являются условными, так как сила делится на начальную площадь поперечного сечения, а не действительную.

1. Изучение диаграммы условных напряжений дает много сведений о свойствах материала. В точке А напряжение носит название предела пропорциональности и обозначается

Пределом пропорциональности называется напряжение, при котором замечается отклонение от законов Гука.

2. В точке С проявляется новое свойство мягкой стали: замещается рост деформации при постоянной нагрузке, что приводит к образованию на диаграмме у точки С горизонтальной площадки.

Напряжение, при котором наблюдается внезапное увеличение деформации при постоянной нагрузке, называется физическим пределом текучести материала и обозначается

3. Рост деформации при постоянной нагрузке по достижению некоторой величины прекращается, и для дальнейшего увеличения деформации необходимо снова повысить нагрузку. Это явление получило название упрочнения. Точке D диаграммы соответствует наибольшей достигнутой за время испытания нагрузке.

4. В этот момент на образце начинает образовываться местное уточнение, называемое шейкой. Вся дальнейшая деформация происходит только в области шейки, площадь поперечного сечения быстро уменьшается, в связи чем рост деформации происходит при уменьшающейся нагрузке. Условное напряжение, получаемое делением наибольшей достигнутой за время испытания силы на первоначальную площадь поперечного сечения, называется пределом прочности материала, или временным сопротивлением разрыву и обозначается или . В точке R происходит разрыв образца

При нагрузке постепенно увеличивается ступенями с обязательной разгрузкой в конце каждой ступени при некотором напряжении, соответствующем точке В диаграммы будет замечено появление остаточных деформаций. Напряжение, при котором появляются остаточные деформации, называется пределом упругости и обозначается

Если в процессе нагружения образца было достигнуто напряжение, соответствующее точке К, а затем была произведена разгрузка, то в процессе разгрузки деформация изменяется по прямой КN. Следовательно, общая достигнутая к моменту начала разгрузки деформация , распадается на две: упругую, или исчезающую и пластическую, или остаточную : = +

Прямая KN показывает, что упругая часть общей деформации и за пределами упругости продолжает следовать закону Гука и может быть вычислена по формуле

Это явление носит название закона разгрузки или закона Герстнера. Если получивший пластическую деформацию разгруженный до нуля образец будет вновь нагружен, то линия повторного напряжения будет изображаться сначала прямой NK, а затем после точки К деформация снова будет следовать зависимости, изображенной кривой KDE. Если свойства материала оцениваются по данным повторного нагружения, то пределы пропорциональности упругости и условный предел текучести повышаются, пластичные свойства материала уменьшаются, твердость и хрупкость возрастают. Явление изменения механических свойств материала, вызванного остаточной деформацией его при обычной (комнатной) температуре, получило название наклепа или нагатовки. Наклеп может быть и полезным и вредным явлением в зависимости от условий работы детали.