Деформація деталей машин часто є сукупністю кількох постійних деформацій.

Наприклад: при затягуванні гайки за допомогою ключа стержень гвинта зазнає кручення, розтягу, а інколи і згину.

Експерименти з невеликими пружними деформаціями свідчать, що механічна напруга в пружно деформованому тілі прямо пропорційна відносній деформації:

ε = E σ (48)

Цю залежність вперше встановив Р.Гук і тому формула (48) носить назву закону Гука. Тут Е – модуль пружності (модуль Юнга), який залежить від роду речовини і зовнішніх умов.

(49)

Для лінійних пружних деформацій (односторонній розтяг, стиск), враховуючи (46) для Е матимемо:

(50)

тобто Е чисельно дорівнює напрузі, яка видовжує тіло у 2 рази (коли ∆l = l₀). [E] = Па.

За законом Гука: сила пружності (яка за ІІІ законом Ньютона дорівнює деформуючій силі з протилежним знаком) прямо пропорційна абсолютному видовженню:

F_пр = k ∆ l , (51)

де k – коефіцієнт жорстокості, що визначає залежність F_пр від роду матеріалу, зовнішніх умов, геометричних розмірів.

Тоді, враховуючи (21), (23), (24), одержимо . Звідки

(52)

*4. Діаграма розтягу – графік залежності напруги σ від відносного видовження ε.

Рис. 33

ОА – область пружних деформацій;

АВ – область пружних деформацій з відносно малими (≤0,1%), непомітними залишковими деформаціями;

ВС – область пластичних деформацій;

СД – область текучості (значної пластичності, що зумовлена

розмноженням дефектів всередині тіла, тобто довжина досліджуваного зразка, значно змінюється);

ДЕ – область повільнішого зростання довжини зразка.

ЕК – утворення шийки – виникнення звуження внаслідок значного збільшення, незважаючи на зменшення деформуючої сили (розривання тіла).

Межа пропорційності σ_п – максимальна напруга, при якій ще справджується закон Гука.

Межа пружності σ_пр – максимальна напруга, при якій ще не виникають помітні (не перевищують 0,1%) залишкові деформації.

Межа текучості σ_т – напруга, при якій починає розвиватись текучість матеріалу.

Межа міцності σ_м – максимальна напруга, яку витримує матеріал без руйнування.

Зникнення напруги у будь-якій точці на ділянці ВЕ призводить до скорочення зразка по штриховій лінії, яка паралельна ОА, так що зразок має залишкову деформацію ε_з.

Число, яке показує, у скільки разів межа міцності σ_м перевищує допустиму напругу σ_п, називають запасом міцності або коефіцієнтом безпеки

(53)

На практиці σ_п обирають так, що вона становила лише певну частку σ_м. Для сталих навантажень n може бути меншим, ніж для змінних. Загалом .

Для підвищення міцності металів їх піддають термічній обробці і обробці тиском, вводять зміцнюючі домішки (легування).

Робота, яка виконується силою пружності А_пр, дорівнює енергії пружно деформованого тіла

(54)

7. Плавлення і кристалізація

Плавлення – процес переходу речовини з твердого стану в газоподібний.

Кристалізація (тверднення) – зворотній процес переходу речовини з рідкого стану у твердий.

Властивості плавлення і кристалізації

Властиві тільки кристалічним тілам.

Відбуваються при однаковій температурі, яка не змінюється, поки разом існують тверда і рідка фаза речовини. Ця температура називається температурою плавлення t_пл.

У процесі плавлення і кристалізації речовини завжди існує різка межа між твердою і рідкою фазами.

У процесі плавлення об’єм значної більшості речовин збільшується, а в процесі кристалізації – зменшується, а їх густина при цьому змінюється навпаки. Це має велике значення у ливарній справі.

Якщо V речовини при плавленні зростає, збільшення зовнішнього тиску веде до підвищення t_пл, якщо V↓, – t_пл↓. Але лише велике підвищення тиску помітно змінює t_пл.

Сублімація – випаровування твердих тіл. Зворотній процес переходу речовини з газового стану у твердий, минаючи рідкий стан, називається десублімацією.

Теплота плавлення Q_пл – кількість теплоти, яка необхідна для перетворення твердого тіла на рідину при сталій температурі t_пл

, (55)

де (56)

– питома теплота плавлення – характеризує залежність зміни внутрішньої енергії речовини в процесі її плавлення або кристалізації від роду речовини та зовнішніх умов, і вимірюється кількістю теплоти, яку необхідно затрати для плавлення одиниці маси цієї речовини при температурі плавлення.

[λ] = Дж/кг.

*8. Діаграма станів і фазових переходів речовини – залежність стану і фазових перетворень речовини від зовнішніх умов, яка виражається залежністю тиску від температури, і дозволяє визначити, в якому стані буде знаходитись речовина.

Кожна точка на діаграмі відповідає рівноважному стану речовини (тобто: в ньому речовина може перебувати як завгодно довго). При незмінних зовнішніх умовах (р і Т), які відповідають точкам на лініях ВС, КС, АС дві фази можуть перебувати у стані динамічної рівноваги (при якій з однієї фазу в іншу переходить однакова кількість молекул). Ця рівновага може зберігатися як завгодно довго, якщо енергію не підводять до речовини і не відбирають від неї.

Рис. 33

КС – залежність тиску насиченої пари взятої речовини від температури і відповідає рівновазі рідкої і газової фаз;

АС – залежність від температури тиску насиченої пари, що перебуває над поверхнею твердого тіла і відповідає рівновазі твердої і газової фаз;

ВС – залежність температури плавлення від тиску і відповідає рівновазі рідкої і твердої фаз.

ВС, КС, АС – лінії фазових переходів: