Механические свойства материалов

Механические свойства материалов, т.е. величины, характеризующие их прочность, пластичность, модуль упругости и коэффициент Пуассона, определяются путем испытаний специальных образцов, изготовленных из исследуемого материала. Наиболее распространенными являются статические испытания на растяжение как более корректные, кроме некоторых строительных материалов, в основном работающих на сжатие.

 

 

Рис. 3.14

На рис. 3.14 представлена диаграмма растяжения малоуглеродистой стали. Пока растягивающее напряжение не достигнет величины , диаграмма – прямая линия, т.е. до этого предела справедлив закон Гука. Это напряжение называется пределом пропорциональности. После этого деформации растут быстрее напряжений, пока не достигнут величины  – предела текучести. Это явление называется текучестью материала, а участок диаграммы между  и  называется площадкой текучести. При этом отшлифованная поверхность образца становится матовой и на ней можно обнаружить линии, расположенные под углом 45° к оси образца, которые называются линиями Чернова. Текучесть сопровождается сдвигами в кристаллах стали. Следами этих сдвигов являются линии Чернова.

При дальнейшем растяжении напряжения начинают повышаться до достижения наивысшей точки кривой . Этот участок называется зоной упрочнения. Величина  называется пределом прочности или временным сопротивлением. Эта величина представляет собой отношение наибольшей силы, которую выдерживает образец к его первоначальной площади сечения.

После этого при увеличении нагрузки на образце появляется местное сужение или шейка, в пределах которой и происходит затем разрыв об-
разца.

Если образец нагрузить растягивающей силой, не превышающей предела пропорциональности, а затем разгрузить, то деформация образца будет уменьшаться по тому же закону, по которому она увеличивалась при нагружении и полная деформация образца будет равна нулю. Следовательно, возникают упругие деформации.

Если образец нагружен выше предела пропорциональности, то при его разгрузке деформации полностью не исчезают. Его суммарная деформация состоит из упругой – 12 и пластической – 01. При повторном нагружении линия нагрузки будет идти не по кривой 03, а по прямой 13, т.е. предел пропорциональности повышается до того напряжения, до которого образец был ранее нагружен. Это явление называется наклепом. Для его устранения используется отжиг металла.

Материалы, разрушению которых предшествует возникновение значительных пластических деформаций, называются пластичными. Степень пластичности материала характеризуется относительным остаточным удлинением и относительным остаточным сужением шейки образца.

Многие пластичные материалы не имеют на своих диаграммах площадки текучести (рис. 3.15). Для них вводится понятие условного предела текучести – напряжение, соответствующее остаточной деформации в размере 0,2 % и обозначается .

 

Рис. 3.15

Рис. 3.16

 

При разрыве образцов из хрупких материалов шейка не образуется, и растягивающее усилие растет до момента разрушения.

Диаграмма сжатия пластичной стали изображена на рис. 3.16. При сжатии образец расплющивается, как следствие увеличиваются площадь сечения, сжимающие силы и условные напряжения. Понятие предела прочности при этом лишено смысла.

Пределы текучести при растяжении и сжатии одной и той же стали практически одинаковы.

На рис. 3.17 изображена диаграмма сжатия хрупкого металла. При достижении  происходит разрушение образца. Эта диаграмма по виду очень похожа на диаграмму растяжения образца, но предел прочности при растяжении ниже. Материалы, обладающие различными механическими свойствами в различных направлениях, называются анизотропными (например, дерево).

 

Рис. 3.17

Вопросы для самопроверки

К разделу 3

1. Что называется абсолютным удлинением?

2. Что понимается под гипотезой плоских сечений?

3. Что называют абсолютной и относительной линейными деформациями?

4. Что такое коэффициент Пуассона?

5. Как записывается закон Гука для растяжения (сжатия)?

6. Что называется относительной продольной и относительной поперечной деформацией

7. Что называют прочностью, пластичностью, упругостью, твердостью материала?

8. Что называют пределом пропорциональности, упругости, текучести, прочности (временным сопротивлением) материала?