Справочные сведения по дисциплине СМ ()

Модуль упругости и коэффициент Пуассона

Окончание таблицы 28

Величины допускаемых напряжений

Т а б л и ц а 19

Коэффициенты линейного расширения

Конструкционные материалы

Конструкционными называются материалы, которые применяются для изготовления деталей машин, приборов и строительных конструкций. Их можно разделить на две обширные группы:

1.Металлические материалы.

2.Неметаллические материалы.

Металлические конструкционные материалы – это черные, цветные металлы и сплавы.

Черные металлы имеют темно-серый цвет, большую плотность, высокую температуру плавления, относительно высокую твердость. Наиболее типичным металлом этой группы является железо и его сплавы.

Цветные (нежелезные) металлы и сплавы – все остальные (кроме черных).

К неметаллическим конструкционным материалам относятся органические и неорганические полимерные материалы, пластмассы, композиционные материалы, каучуки и резины, лакокрасочные материалы, клеи и герметики, керамика, стекло, бетон, графит, дерево и другие.

Определение механических свойств металлов

При испытаниях на растяжение-сжатие определяют важнейшие прочностные, упругие и пластические свойства металлов и сплавов. Испытания производят при постепенном одноосном растяжении образца с расчетной длиной l0. В процессе испытания вычерчивается график зависимости между растягивающим усилием F и абсолютным удлинением l , называемый диаграммой растяжения. Эта диаграмма иллюстрирует поведение материала при данных размерах образца. Для получения графика, характеризующего непосредственно материал, диаграмму растяжения видоизменяют. По оси ординат от-

кладывают растягивающие напряжения F , по оси абсцисс – от-

A0

носительные удлинения l . Полученная диаграмма называется l0

диаграммой напряжений при растяжении или условной диаграммой растяжения. На этой диаграмме можно выделить величины напряжений, характеризующих механические свойства материала – предел пропорциональности, предел упругости, предел текучести, предел прочности при разрыве.

Предел прочности при растяжении (временное сопротивление)ut ( вр ), предел прочности при сжатии uc ( вc ) – напряжения, со-

ответствующие наибольшей нагрузке, которая предшествует разрушению образца.

Предел текучести (физический) Y ( T ) – наибольшее напряжение, при котором образец деформируется без заметного увеличения растягивающей нагрузки.

Предел текучести (условный) 0,2 , МПа – напряжение, при ко-

тором остаточной удлинение достигает 0,2% расчетной длины l0 об-

разца.

Предел пропорциональности pr ( пц ) – напряжение, до кото-

рого сохраняется линейная зависимость между нагрузкой и удлинением.

Предел упругости e ( y ) – напряжение, до которого деформа-

ции остаются упругими.

Кроме того в результате испытаний определяется относительное удлинение после разрыва δ, % – отношение приращения расчетной длины образца l0 после разрыва к его первоначальной расчетной

длине l0 . Различают относительные удлинения 5 – для образцов с пятикратным отношением длины к диаметру и 10 – с десятикратным

отношением длины к диаметру.

Относительное сужение после разрыва ψ % – отношение уменьшения площади поперечного сечения образца в месте разрыва к начальной площади его поперечного сечения.

Модуль продольной упругости Е (модуль Юнга) – отношение нормального напряжения к соответствующему ему относительному удлинению при растяжении в пределах применимости закона Гука.

Модуль сдвига G – отношение касательного напряжения к углу сдвига, определяющему искажение прямого угла между плоскостями, по которым действуют касательные напряжения.

Коэффициент Пуассона ν (безразмерная величина) – численно равен модулю отношения относительной поперечной деформации стержня при растяжении к его относительной продольной деформации.

Примечание. Обозначение характеристик производится в соответствии с рекомендациями ИСО (ГОСТ 3898). В скобках указаны принятые ранее обозначения.

Конструкционные стали

Сталь – обобщенное название очень большой группы железоуглеродистых сплавов (до 2,14% С).

По химическому составу стали классифицируют на углеродистые и легированные. По концентрации углерода и те и другие подразделяются на низкоуглеродистые (до 0,3% С), среднеуглеродистые (0,3 - 0,7% С) и высокоуглеродистые (выше 0,7% С). Легированные стали в зависимости от введенных элементов делят на хромистые, марганцевистые, хромоникелевые, хромокремнемарганцевые и дру-

гие. По количеству введенных элементов их разделяют на низко, средне и высоколегированные (соответственно до 5%, 5÷10% и более 10% количества легированных элементов).

По качеству стали классифицируют на стали обыкновенного качества, качественные, высококачественные и особо высококачественные.

По степени раскисления (удаления из жидкого металла кислорода) и характеру затвердения стали классифицируются на спокойные, полуспокойные и кипящие.

Углерод оказывает основное влияние на свойства стали. По мере повышения концентрации углерода повышаются прочность и твердость, снижаются пластичность и вязкость стали.

В стали имеются постоянные примеси – марганец, кремний, сера, фосфор, а также газы – кислород, азот, водород. Марганец и кремний являются полезными примесями, остальные – нежелательными, приводящими к ухудшению характеристик прочности и пластичности.

Маркировка сталей

Углеродистые стали, за исключением сталей обыкновенного качества, маркируются по содержанию углерода.

Углеродистые качественные конструкционные стали маркируют двузначным числом, указывающим среднее содержание углерода в стали в сотых долях процента. Если сталь кипящая, добавляют индекс «КП», полуспокойная – «ПС». Для спокойных сталей индекс не указывается.

В легированных сталях содержатся специально вводимые в различных количествах легирующие элементы. Марка легированной стали состоит из сочетания букв и цифр, обозначающих ее химический состав. Две цифры в начале марки показывают содержание углерода в сотых долях %. Цифра, стоящая после буквы, указывает примерное содержание легирующего элемента в %. Если цифра отсутствует, то легирующего элемента меньше или около 1%.

Условные обозначения легирующих элементов приведены в таблице 13 .

Т а б л и ц а 21

Условные обозначения основных элементов в марках металлов и сплавов

Углеродистые стали обыкновенного качества

В этих сталях допускается более высокое содержание вредных примесей, а также возможны газонасыщенность и загрязненность неметаллическими включениями. Они выпускаются в виде проката (листов, прутков, стандартных профилей и т.д.), а в зависимости от назначения и свойств разделяются на три группы: А, Б, В.

Стали группы А имеют гарантированные механические свойства. Химический состав не регламентируется.

Стали группы Б обладают гарантированным химическим составом. Механические свойства не гарантируются.

Стали группы В имеют гарантированные механические свойствами и химический состав.

Стали маркируются сочетанием букв «Ст» и цифрой (от 0 до 6), показывающей номер марки. С увеличением номера марки повышается предел прочности и снижается пластичность стали.

Углеродистые качественные стали

Эти стали характеризуются более низким, чем у сталей обыкновенного качества, содержанием вредных примесей и неметаллических включений. Они поставляются в виде проката, поковок и других полуфабрикатов с гарантированным химическим составом и механиче-