Узнаем как определить предел текучести материала

Примеси серы и фосфора

Сера является исключительно вредной примесью и отрицательно воздействует на многие физические свойства и технические характеристики.

Предельно допустимое содержание этого элемента в виде хрупких сульфитов– 0,06%

Сера ухудшает пластичность, предел текучести, ударную вязкость, износостойкость и коррозионную стойкость материалов.

Фосфор оказывает двоякое воздействие на физико-механические свойства сталей. С одной стороны, с повышением его содержания повышается предел текучести, однако с другой стороны, одновременно понижаются вязкость и текучесть. Обычно содержание фосфора находится в пределах от 0,025 до 0,044%. Особенно сильное отрицательное влияние фосфор оказывает при одновременном повышении объемных долей углерода.

Изучение предела текучести материалов

Изучению предела текучести материалов уделяется пристальное внимание. В реальных конструкциях нагружать материал выше предела текучести нельзя, иначе вся конструкция изменит форму, размеры и потеряет работоспособность. Предел текучести — это граница, переход через которую напряжениям, действующим в материале, запрещен. Естественно, что чем выше находится эта граница, тем большие нагрузки сможет выдержать конструкция. Вопрос о том, как управлять пределом текучести материалов — очень важен с технической точки зрения. Практически — это вопрос о работоспособности материала под нагрузкой. Поэтому материаловеды издавна добросовестно испытывали различные материалы, вносили в справочники значения их пределов текучести после различных видов термической обработки и пластической деформации, а конструкторы использовали эти значения при расчетах несущей способности машин, самолетов, зданий, плотин. Считалось, что определить предел текучести можно только экспериментально. А вопрос, почему предел текучести данного материала 100 МПа, а не 200 МПа, звучал странно. Что значит почему? Да потому, что природой так заложено.

Расчет величины предела текучести

Но вот в 1924 году известный советский ученый Яков Ильич Френкель решил рассчитать величину предела текучести теоретически. Идея расчета, как и все идеи Я. И. Френкеля в области физики, для которой он очень много сделал, была проста и понятна. Он рассматривал процесс деформирования материала под действием сдвиговых напряжений. Чтобы вызвать пластическую деформацию, достаточно сдвинуть верхнюю половину образца относительно нижней так, чтобы возвращение в исходное состояние само по себе было невозможно. Как показано на рисунке. predel-tekuchesti.jpg Пусть рассматриваемый материал имеет кристаллическое строение (такое строение характерно для подавляющего большинства металлов, керамических, тугоплавких соединений, некоторых полимеров). Это означает, что его атомы расположены в определенном порядке, и если мысленно соединить их прямыми линиями, то получится пространственная решетка, которая полностью определит расположение атомов в кристалле. Каждое вещество имеет характерные для него размеры и форму кристаллической решетки. Чтобы произвести пластический сдвиг в кристалле, нужно разорвать все связи между атомами, расположенными выше и ниже плоскости скольжения (ее след на рисунке — лини АВ). При определенном напряжении равном пределу текучести кристалла при сдвиге, связи 1—2 разрушатся и тогда можно будет беспрепятственно сместить ряд атомов 1 относительно ряда 2 на одно межатомное расстояние. Такой сдвиг будет уже необратимым, то есть после снятия внешних нагрузок кристалл сам не вернется в прежнее состояние. Точно такое же напряжение понадобится, чтобы произвести сдвиг еще на одно межатомное расстояние. Этот процесс будет повторяться до тех пор, пока все атомы 1 не придут в крайнее левое, а атомы 2 — в крайнее правое положение. После этого кристалл будет разделен на две части, то есть разрушится.

Величина предела текучести материала

Если прочность межатомной связи известна, то не составляет большого труда оценить величину напряжения, необходимую для того, чтобы пластически деформировать материал описанным способом. Я. И. Френкель проделал эти расчеты и получил простую формулу для оценки величины предела текучести материала τт: τт=G/2π. В этой формуле G — модуль сдвига материала, связанный с прочностью межатомных связей. Значения модуля сдвига всех материалов, представляющих интерес для техники, имеются в справочниках. Например, для железа G = 81 ГПа, для никеля — 73,6 ГПа, для меди — 45,5 ГПа, для алюминия — 26,7 ГПа. Следовательно, предел текучести при сдвиге должен составлять для железа ~ 13 ГПа, для никеля ~12 ГПа, для меди ~ 7 ГПа, для алюминия ~ 4 ГПа.

Предел прочности (Временное сопротивление). Прочность металлов | Справочник на сайте ИЦ Модификатор

vremennoe-soprotivlenie-razryvu-stali-gost.jpg

Предел прочности

— это то же, что и временное сопротивление материала. Но несмотря на то, что правильнее использовать терминвременное сопротивление , понятие предел прочности лучше прижилось в технической разговорной речи. В то же время в нормативной документации, стандартах применяют термин «временное сопротивление».

©ИЦМ(www.modificator.ru)

Прочность

Читайте также:  Алебастр для чего применяется. Как развести алебастр? Пропорции и рекомендации

— это сопротивление материала деформации и разрушению, одно из основныхмеханических свойств . Другими словами, прочность — это свойство материалов, не разрушаясь, воспринимать те или иные воздействия (нагрузки, температурные, магнитные и другие поля).

К характеристикам прочности при растяжении

относятся модуль нормальной упругости, предел пропорциональности, предел упругости, предел текучести и временное сопротивление (предел прочности).

Предел прочности

— это максимальное механическое напряжение, выше которого происходит разрушение материала, подвергаемого деформации; предел прочности при растяжении обозначается σВ и измеряется в килограммах силы на квадратный сантиметр (кгс/см2), а также указывается в мегапаскалях (МПа).

Различают:

  • предел прочности при растяжении,
  • предел прочности при сжатии,
  • предел прочности при изгибе,
  • предел прочности при кручении.

Предел кратковременной прочности (МПа)

определяется с помощью испытаний на растяжение, деформацию проводят до разрушения. С помощью испытаний на растяжение определяют временное сопротивление, удлинение, предел упругости и др.. Испытания на длительную прочность предназначены главным образом для оценки возможности использования материалов при высоких температурах (длительная прочность, ползучесть); в результате определяется σB/Zeit — предел ограниченной длительной прочности на заданный срок службы. [1]

©ИЦМ(www.modificator.ru)

Физику прочности

основал Галилей: обобщая свои опыты, он открыл (1638 г.), что при растяжении или сжатии нагрузка разрушенияP для данного материала зависит только от площади поперечного сеченияF . Так появилась новая физическая величина — напряжениеσ=P /F — и физическая постоянная материала: напряжение разрушения [4].

Физика разрушения как фундаментальная наука о прочности металлов

возникла в конце 40-х годов XX века [5]; это было продиктовано острой необходимостью разработки научно обоснованных мер для предотвращения участившихся катастрофических разрушений машин и сооружений.

Раньше в области прочности и разрушения изделий учитывалась только классическая механика, основанная на постулатах однородного упруго-пластического твёрдого тела, без учёта внутренней структуры металла.

Физика разрушения учитывает также атомно-кристаллическое строение решётки металлов, наличие дефектов металлической решётки и законы взаимодействия этих дефектов с элементами внутренней структуры металла: границами зёрен, второй фазой, неметаллическими включениями и др.

Читайте также:  Не найдено

Большое влияние на прочность материала

оказывает наличие ПАВ в окружающей среде, способных сильно адсорбироваться (влага, примеси); происходит уменьшение предела прочности.

К повышению прочности металла приводят целенаправленние изменения металлической структуры, в том числе — модифицирование сплава.

Учебный фильм о прочности металлов (СССР, год выпуска: ~1980):

Предел прочности металла

Предел прочности меди

. При комнатной температуре предел прочности отожжённой технической меди σВ=23 кгс/мм2 [8]. С ростом температуры испытания предел прочности меди уменьшается. Легирующие элементы и примеси различным образом влияют на предел прочности меди, как увеличивая, так и уменьшая его.

Предел прочности алюминия

Предел текучести – общее определение

В процессе эксплуатации любое сооружение испытывает нагрузки. Под влиянием атмосферных явлений и других неблагоприятных факторов стальные конструкции подвергаются комбинированным нагрузкам, к числу которых относятся сжатие, растяжение и удары.

predel-tekuchesti-e1537183954764.jpg Предел текучести

Стальные элементы чаще всего используются при возведении несущих стен, на которые оказывается основная нагрузка. В целях экономии материалов конструкторы стремятся уменьшить диаметр металлической арматуры таким образом, чтобы не допустить снижения несущей способности возводимого сооружения.

Выполнить это условие можно, если на этапе проектирования сооружения произвести правильный расчет прочности и пластичности. В первую очередь при расчетах учитывается предел текучести материала. Данный параметр обозначает напряжение, при котором происходит пластическая деформация детали без увеличения нагрузки.

Предел текучести измеряется в Паскалях. Его определение позволяет рассчитать максимальную нагрузку, которую способна выдержать пластичная сталь. Превышение этого предела вызывает необратимый процесс деформации и разрушения кристаллической решетки.

Использование свойств металлов

Два важных показателя – пластичность и ПП – взаимосвязаны. Материалы с большим первым параметром намного медленнее разрушаются. Они хорошо меняют свою форму, подвергаются различным видам металлообработке, в том числе объемной штамповке – поэтому из листов делают элементы кузова автомобиля. При малой пластичности сплавы называют хрупкими. Они могут быть очень твердыми, но при этом плохо тянуться, изгибаться и деформироваться, например, титан.

Сопротивление

Есть два типа:

  • Нормативное – прописано для каждого типа стали в ГОСТах.
  • Расчетное – получается после вычислений в конкретном проекте.

Первый вариант скорее теоретический, для практических задач используется второй.

Оцените статью
Рейтинг автора
5
Материал подготовил
Илья Коршунов
Наш эксперт
Написано статей
134
Добавить комментарий