Влияние температуры
У большинства конструкционных материалов с ростом температуры уменьшаются характеристики прочности, возрастают характеристики пластичности. У стали Ст3, например, предел текучести, составляющий при температуре 20˚C около 240 МПа, при t=500˚C снижается до 140 МПа, а при нагреве до 600-650˚С практически стремится к нулю, наступает так называемая температурная текучесть.
Модуль упругости у сталей остается неизменным примерно до 200˚С, затем снижается.
|
|
Рис. 3.9
С понижением температуры в отрицательную область у сталей наблюдается явление, которое называют хладноломкостью – резко снижаются характеристики пластичности, что проявляется в хрупкости материала.
Влияние скорости нагружения
С увеличением скорости деформирования у большинства конструкционных материалов несколько увеличиваются характеристики прочности, причем предел текучести возрастает в большей степени, чем предел прочности.
Рис. 3.10
Модуль упругости при этом не меняется, а характеристики пластичности заметно снижаются. Пластичные материалы при ударных воздействиях могут проявлять склонность к хрупкому разрушению. На рисунке 3.10 схематично показаны диаграммы растяжения малоуглеродистой стали при статическом и ударном нагружениях.
Влияние технологических факторов
Свойства конструкционных материалов, прежде всего стали, существенно зависят от технологии ее изготовления и обработки. Металлургическое производство имеет две основные стадии. На первой получают металл заданного химического состава, на второй стадии заготовке придают необходимую форму, практически не меняя химического состава материала. На этой стадии используется способность металлов к значительным пластическим деформациям. Поскольку изменение формы достигается применением давящего на металл инструмента, используемые с этой целью методы называются обработкой металла давлением. При этом обеспечивается не только придание слитку или заготовке необходимой формы и размеров, но и существенно улучшается структура материала, повышаются его механические характеристики.
Можно выделить следующие основные технологические операции пластической обработки:
прокатка – заготовка обжимается вращающимся валками в целях уменьшения поперечного сечения заготовки и придания ей заданной формы;
волочение – протягивание изделия через отверстие волоки, используется для получения проволоки, прутков, круглых и фасонных труб;
прессование – выдавливание с помощью пуансона материала исходной заготовки через отверстие матрицы;
ковка – многократное и непрерывное воздействие на заготовку инструментом в виде бойков с целью придания ей нужной формы;
штамповка – придание заготовке в виде ленты или листа необходимой формы без значительного изменения толщины.
Из всех видов пластической обработки особое место занимает прокатка, поскольку с ее помощью производят как изделия, пригодные для непосредственного использования в строительстве и машиностроении( сортовой прокат, рельсы и т.п.), так и разнообразные виды заготовок ,подлежащих дальнейшей обработке другими методами.
При обработке давлением широко используется нагрев заготовки для придания материалу большей пластичности. Но термические методы могут применяться и независимо от остальных технологических операций. Так нормализация – нагрев стали до температуры 750…950˚С, выдержка при этой температуре и последующее охлаждение на воздухе – значительно улучшает структуру материала, делая ее более однородной.
Закалка – нагрев до определенной температуры с последующим быстрым охлаждением – повышает характеристики прочности материала, снижая его пластические свойства.
Существуют и другие технологические операции, в том числе целый класс методов обработки поверхностного слоя изделия – цементация, азотирование, обкатка роликами, выглаживание алмазным инструментом и т.д., направленных на изменение механических характеристик конструкционных материалов.
ОСНОВНЫЕ МЕТОДЫ И ВИДЫ РАСЧЕТА НА ПРОЧНОСТЬ
Существуют три основных метода расчета элементов конструкций на прочность:
- Метод предельных состояний;
- Метод допускаемых напряжений;
- Метод разрушающих нагрузок.