§8. Механические свойства материала.

Основными механическими характеристиками материала являются: прочность, упругость и твёрдость.

Прочность – способность материалов воспринимать, внешние механические воздействия, не разрушаясь.

Пластичность – способность материалов давать значительные остаточные деформации, не разрушаясь.

Упругость – способность материалов восстанавливать первоначальную форму и размеры после снятия нагрузки и температуры.

Твёрдость – способность материалов сопротивляться проникновению в него другого тела, практически не получающего остаточные деформации.

Механические характеристики материала необходимы для инженерных расчётов и определяются экспериментально путём испытаниё стандартных образцов на растяжение, сжатие, кручение, изгиб, срез, смятие и т.д.

- первоначальная длина рабочей части образца

- первоначальный диаметр образца.

При растяжении испытательная машина фиксирует величину растягивающего усилия P, и величину абсолютного удлинения

_пц. – предел пропорциональности. Наибольшее напряжение, для которого выполняется закон Гука.

_упр. – предел упругости

_т. – предел текучести

_в. – предел прочности (временное сопротивление)

_р. – напряжение в момент разрыва

ОА – участок прямой пропорциональность между  и ε (область действия закона Гука).

АВ – деформации не подчиняются линейному закону, но обратимы.

CD – площадка текучести. При постоянном значении силы происходит заметный рост деформации – материал течёт.

DЕ – зона упрочнения (пологий криволинейный участок).

ε = ε_упр. + ε_ост. – полная деформация образца.

Прямая KL׀‌‌‌׀‌‌OA

Петля KLK – петля гистерезиса.

Если провести полную разгрузку, а затем заново нагрузить образец, то он покажет более высокие значения _пц., _т., _в. Явление разгрузки, а потом нагрузки называется наклёпом (нагартовка). Явление наклёпа используется для повышения прочностных характеристик материала, например при изготовлении цепей грузоподъёмных машин. Если наклёп не желателен, его устраняют отжигом.

Е – временное сопротивление – наибольшее напряжение, которое может выдержать образец до разрушения.

EF – зона местной текучести, образование шейки. При образовании шейки площадь поперечного сечения образца резко уменьшается, при этом заметно падает сила Р (доказано экспериментально).

Сплошная линия – условная диаграмма растяжения.

Пунктирная линия – истинная.

Характеристики прочности материала: предел текучести и предел прочности

Характеристики пластичности:

 - относительное удлинение после разрыва

ψ – относительное сужение после разрыва

.

Многие материалы не имеют ярко выраженной площадки текучести

1 – кривая растяжения бронзы;

2 – кривая растяжения малоуглеродистой стали;

3 – кривая растяжения никелевой стали;

4 – кривая растяжения марганцовой стали.

_0,2 – условный предел текучести, определяется для материалов не имеющих ярко выраженной площадки текучести. Соответствующие напряжения, при которых остаточные деформации составляют 0,2% от первоначальной длины образца.

Технический предел текучести – ГОСТ 1497-84.

Хрупкость – понятие обратное пластичности – способность материала разрушаться без образования заметных (остаточных) деформаций.

Хрупкие материалы: бетон, чугун, стекло, природный камень и т. д.

Пластичные материалы испытывают на растяжение, хрупкие – на сжатие. При испытании на сжатие хрупкие материалы разрушаются без образования площадки текучести.

Разрушение чугунного образца происходит под углом 45⁰ к его оси.

Стальной образец принимает бочкообразную форму и сплющивается.

Определение твёрдости материала является косвенным методом определения предела прочности.

Для определения твёрдости материала в него с некоторой силой вдавливается другое тело – индентор, и по полученному отпечатку судят о твёрдости материала.

1. Твёрдость по Бринеллю (НВ).

Индентор – закалённый стальной шар.

D – диаметр шарика

d – диаметр отпечатка.

2. Твёрдость по Виккерсу (HV).

Вдавливается алмазная пирамида с углом 136⁰ между гранями.

F – площадь отпечатка от вдавливания

 = 136/2 = 68⁰

b – полу сумма диагоналей отпечатка

P = 50 – 1200 Н

3. Твёрдость по Роквеллу (HRC).

Вдавливается алмазный конус с углом 120⁰ при вершине.

Р = 1000 Н.

Второй и третий способы применяются, когда твёрдость по Бринеллю больше 4000 МПа.

Разрушение образца с помощью маятникового копра.

По высоте отскока бойка копра при ударе судят об энергии, затраченной на его разрушение.

Образец с V-образным отверстием легче разрушить