Предел прочности предел текучести предел упругости: Предел прочности и предел текучести

alexxlab | 07.01.1999 | 0 | Разное

Содержание

Предел упругости и предел текучести

Предел упругости (англ. yield limit или yield strength) — свойство вещества, максимальное напряжение нагрузки, после снятия которой не возникает остаточных (пластических) [1] деформаций [2] . Применяется в теории упругости, сопротивлении материалов. В ГОСТ 2825-94 назван границей упругости [3] .

Содержание

Описание [ править | править код ]

Предел упругости принято определять величиной напряжения при допускаемой малой деформации и, соответственно, измерять в паскалях [4] .

σ y = F y S 0 <displaystyle sigma _=<frac>>>> 0>

где σy — предел упругости[Па], FY [Н]— нагрузка, S [м 2 ]— площадь образца при допускаемой остаточной деформации. У большинства тел предел упругости и предел пропорциональности совпадают [3] .

За пределом упругости график «напряжение/деформация» (деформационная кривая) отклоняется от прямой [5] . Предел упругости существует как для деформации растяжения, так и при сжатии [1] . В общем случае эти пределы различны и могут отличаться вдоль различных осей приложения нагрузки [6] [7] .Более того, выход за предел упругости при сжатии приводит к изменению предела упругости на растяжение и наоборот. Это явление называется эффектом Баушингера [1] .

Под действием длительной нагрузки твёрдое тело приобретает ползучесть (иначе текучесть) — пластические деформации при напряжениях внешней силы до предела упругости. Это явление характерно для пластов горных пород [8] .

При некоторых условиях превышающие предел упругости нагрузки приводят к увеличению последнего [9] . Такое повышение называется наклёпом или упрочнением [1] .

Современное производство нуждается в большом количестве прочных стальных изделий. При строительстве мостов, домов, сложных конструкций используют различные стали. Одним из главнейших вопросов является расчет прочности металла и значения величины напряжения стальной арматуры. Чтобы конструкции служили долго и были безопасны необходимо точно знать предел текучести стального материала, который подвергается основной нагрузке.

Основное определение

В процессе использования на любое сооружение приходятся разные нагрузки в виде сжатий, растяжений или ударов. Они могут действовать как обособленно, так и совместно.

Современные конструкторы стремятся уменьшить массу стальных деталей для экономии материала, но при этом не допустить критичного снижения несущей способности всей конструкции. Происходит это засчет уменьшения сечения стальных арматур.

В зависимости от назначения объектов, могут меняться некоторые требования к стали, но имеется перечень стандартных и важных показателей. Их величины рассчитывают на этапе проектирования деталей и узлов будущего сооружения. Заготовка должна обладать высокой прочностью при соответствующей пластичности.

В первую очередь при расчетах прочности изделия из стали обращают внимание на предел текучести. Это значение характеризующее поведение деталей при воздействиях на них.

Предел текучести материала — это величина критического напряжения, при которой материал продолжает самостоятельную деформацию без увеличения нагрузки. Эта характеристика измеряется в Паскалях и позволяет рассчитывать максимально возможное напряжение для пластичной стали.

После прохождения этого предела в материале происходят невосстановимые процессы искажения кристаллической решетки. При последующем увеличении силы воздействия на заготовку и преодолении площадки текучести, деформация увеличивается.

Предел текучести иногда путают с пределом упругости. Это похожие понятия, но предел упругости — это величина максимального сопротивления металла и она чуть ниже предела текучести.

Величина текучести примерно на пять процентов превышает предел упругости.

Состав стальных сплавов

Свойства металла зависят от сформированной кристаллической решетки

, которая, в свою очередь, определяется содержанием углерода. Зависимость типов решетки от количества углерода хорошо прослеживается на структурной диаграмме. Если, например, в решетке стали насчитывается до 0.06% углерода, то это классический феррит, который имеет зернистую структуру. Такой материал непрочный, но текучий и имеет большой предел ударной вязкости.

По структуре стали делятся на:

  • ферритную;
  • перлитно-ферритовую;
  • цементитно-ферритную;
  • цементитно-перлитовую;
  • перлитную.

Добавки углерода и прочность

Закон аддитивности подтверждается процентными изменениями цементита и феррита в стали. Если количество углеродной добавки составляет около 1,2%, то предел текучести стального материала увеличивается и повышается твердость, прочность и температуростойкость. При последующем увеличении содержания углерода технические параметры ухудшаются. Сталь плохо сваривается и неохотно поддается штамповке. Самым лучшим образом при сварке ведут себя сплавы с небольшим содержанием углерода.

Марганец и кремний

В виде добавки, чтобы увеличить степень раскисления, дополнительно добавляют марганец. Кроме того, этот элемент уменьшает вредное воздействие серы. Содержание марганца обычно не более 0.8% и он не влияет на технологические свойства сплава. Присутствует как твердый компонент.

Кремний тоже особо не влияет на характеристики металла. Он необходим для увеличения качества сварки деталей. Содержание этого элемента не превышает 0.38% и он добавляется во время процесса раскисления.

Сера и фосфор

Сера содержится в виде хрупких сульфитов. Повышенное количество этого элемента влияет на механические показатели сплава. Чем больше серы, тем хуже пластичность, текучесть и вязкость сплава. Если превышен предел в 0.06%, то изделие сильнее подвержено коррозии и становится способным к сильному истиранию.

Наличие фосфора увеличивает показатель текучести, но при этом уменьшается пластичность и вязкость. В общем, завышенное содержание фосфора значительно ухудшает качество металла. Особенно вредно сказывается на характеристиках совместное высокое содержание фосфора и углерода. Допустимыми пределами содержания фосфора считаются значения от 0.025 до 0.044%.

Азот и кислород

Это неметаллические примеси, которые понижают механические свойства сплава. Если содержание кислорода больше чем 0.03%, то металл быстрее стареет, падают значения пластичности и вязкости. Азотные добавки увеличивают прочность, но в этом случае предел текучести уменьшается. Увеличенное содержание азота делает сталь ломкой и способствует быстрому старению металлической конструкции.

Поведение легирующих добавок

Для улучшения всех физических показателей стали, в сплав добавляют специальные легирующие элементы. Такими добавками могут быть вольфрам, молибден, никель, хром, титан и ванадий. Совместное добавление в необходимых пропорциях, дает самые приемлемые результаты.

Легирование значительно повышает показатель текучести, ударной вязкости и препятствует деформации и растрескиванию.

Проверка сплава

Перед запуском в производство для изучения свойств металлического сплава, проводят испытания. На образцы металла воздействуют различными нагрузками до полной потери всех свойств.

  • Статистическая нагрузка.
  • Проверка на выносливость и усталость стали.
  • Растягивание элемента.
  • Тестирование на изгиб и кручение.
  • Совместная выносливость на изгиб и растяжение.

Для этих целей применяют специальные станки и создают условия, максимально приближенные к режиму эксплуатации будущей конструкции.

Проведение испытаний

Для проведения испытаний на цилиндрический образец сечением в двадцать миллиметров и расчетной длиной в десять миллиметров применяют нагрузку на растяжение. Сам образец имеет длину более десяти миллиметров, чтобы была возможность надежно его захватить, а на нем отмечена длина в десять миллиметров и именно она называется расчетной. Силу растяжения увеличивают и замеряют растущее удлинение образца. Для наглядности данные наносят на график. Он носит название диаграммы условного растяжения.

При небольшой нагрузке образец удлиняется пропорционально. Когда сила растяжения достаточно увеличится, то будет достигнут предел пропорциональности. После прохождения этого предела начинается непропорциональное удлинение материала при равномерном изменении силы растяжения. Затем достигается предел, после прохождения которого образец не может возвратиться к первоначальной длине. При прохождении этого значения, изменение испытываемой детали происходит без увеличения силы растяжения. Например, для стального прута Ст. 3 эта величина равна 2450 кг на один квадратный сантиметр.

Невыраженная точка текучести

Если при постоянной силе воздействия, материал способен длительное время самостоятельно деформироваться, то его называют идеально пластическим.

При испытаниях часто бывает, что площадка текучести нечетка определена, тогда вводят определение условного предела текучести. Это означает, что сила, действующая на металл, вызвала деформацию или остаточное изменение около 0.2%. Значение остаточного изменения зависит от пластичности металла.

Чем металл пластичнее, тем выше значение остаточной деформации. Типичными сплавами, в которых нечетко выражена такая деформация, являются медь, латунь, алюминий, стали с малым содержанием углерода. Образцы этих сплавов называют уплотняющимися.

Когда металл начинает «течь» то, как демонстрируют опыты и исследования, в нём происходят сильные изменения в кристаллической решетке. На её поверхности появляются линии сдвига и слои кристаллов значительно сдвигаются.

После того как металл самопроизвольно растянулся, он переходит в следующее состояние и опять приобретает способность сопротивления. Затем сплав достигает своего предела прочности и на детали четко проявляется наиболее слабый участок, на котором происходит резкое сужение образца.

Площадь поперечного сечения становится меньше и в этом месте происходит разрыв и разрушение. Величина силы растяжения в этот момент падает вместе со значением напряжения и деталь рвётся.

Высокопрочные сплавы выдерживают нагрузку до 17500 килограмм на сантиметр квадратный. Предел прочности стали СТ.3 находится в пределах 4−5 тыс. килограммов на сантиметр квадратный.

Характеристика пластичности

Пластичность материала является важным параметром, который должен учитываться при проектировании конструкций. Пластичность определяется двумя показателями:

  • остаточным удлинением;
  • сужением при разрыве.

Остаточное удлинение вычисляют путем замера общей длины детали после того, как она разорвалась. Она состоит из суммы длин каждой половины образца. Затем в процентах определяют отношение к первоначальной условной длине. Чем прочнее металлический сплав, тем меньше значение относительного удлинения.

Остаточное сужение — это отношение в процентах самого узкого места разрыва к изначальной площади сечения исследуемого прута.

Показатель хрупкости

Самым хрупким металлическим сплавом считается инструментальная сталь и чугун. Хрупкость — это свойство обратное пластичности, и оно несколько условно, поскольку сильно зависит от внешних условий.

Такими условиями могут являться:

  • Температура окружающей среды. Чем ниже температура, тем хрупче становится изделие.
  • Скорость изменения прилагаемого усилия.
  • Влажность окружающей среды и другие параметры.

При изменении внешних условий, один и тот же материал ведет себя по-разному. Если чугунную болванку зажать со всех сторон, то она не разбивается даже при значительных нагрузках. А, например, когда на стальном пруте есть проточки, то деталь становиться очень хрупкой.

Поэтому на практике применяют не понятие предела хрупкости, а определяют состояние образца как хрупкое или довольно пластичное.

Прочность материала

Это механическое свойство заготовки и характеризуется способностью выдерживать нагрузки полностью не разрушаясь. Для испытываемого образца создают условия наиболее отражающие будущие условия эксплуатации и применяют разнообразные воздействия, постепенно увеличивая нагрузки. Повышение сил воздействия вызывают в образце пластические деформации. У пластичных материалов деформация происходит на одном, ярко выраженном участке, который называется шейка. Хрупкие материалы могут разрушаться на нескольких участках одновременно.

Сталь проходит испытание для точного выяснения различных свойств, чтобы получить ответ о возможности её использования в тех или иных условиях при строительстве и создании сложных конструкций.

Значения текучести различных марок сталей занесены в специальные Стандарты и Технические Условия. Предусмотрено четыре основных класса. Значение текучести изделий первого класса может доходить до 500 кг/см кв., второй класс отвечает требованиям к нагрузке до 3 тыс. кг/см кв., третий — до 4 тыс. кг/см кв. и четвертый класс выдерживает до 6 тыс. кг/см кв.

Наибольшее напряжение, до которого материал следует закону Гука, называется пределом пропорциональности (РП). Величина предела пропорциональности зависит от той степени точности, с которой начальный участок диаграммы можно рассматривать как прямую.

F0-площадь поперечного сечения образца до проведения эксперимента.

Считают, что если тангенс угла между касательной и осью на криволинейном участке оказался в 1,5 раза больше, чем вышеупомянутый, то предел пропорциональности достигнут.

Упругие свойства материала сохраняются до напряжения, называемого пределом упругости (РУ ) – наибольшего напряжения, до которого материал не получает остаточных деформаций. Для того чтобы найти предел упругости, необходимо после каждой дополнительной нагрузки образец разгружать и следить, не образовалась ли остаточная деформация. Так как пластические деформации в отдельных кристаллах появляются уже в самой ранней стадии нагружения, ясно, что величина предела упругости, как и предела пропорциональности, зависит от требований точности, которые накладываются на производимые замеры.

Предел текучести РТ – напряжение, при котором происходит рост деформации без заметного увеличения нагрузки. В тех случаях, когда на диаграмме отсутствует явно выраженная площадка текучести, за предел текучести принимается условно величина напряжения, при котором остаточная деформация eост = 0,002 или 0,2% . В некоторых случаях устанавливается предел eост =0,5%. Предел текучести легко поддается определению и является одной из основных механических характеристик материала.

Отношение максимальной силы, которую способен выдержать образец, к его начальной площади поперечного сечения носит название предела прочности РВ. Предел прочности не есть напряжение, при котором разрушается образец. Если относить растягивающую силу не к начальной площади сечения образца, а к наименьшему сечению в данный момент, можно обнаружить, что среднее напряжение в наиболее узком сечении образца перед разрывом существенно больше.Таким образом, предел прочности также является условной величиной. В силу удобства и простоты ее определения она прочно вошла в расчетную практику как основная сравнительная характеристика прочностных свойств материала.

Предел упругости сталей – Справочник химика 21


    Герметичность вальцовочного соединения трубы в двойнике нарушается вследствие того, что охлажденный двойник препятствует удлинению уплотнительного пояска печной трубы. Поясок оказывается сжатым в гнезде корпуса двойника, причем появляются такие напряжения сжатия, которые превышают предел упругости стали. В указанных условиях как гнездо корпуса двойника, так и поясок трубы получают остаточную деформацию и после охлаждения между ними появляется зазор, который при опрессовке может дать течь. [c.195]

    Влияние цинкования и термической обработки на предел упругости стали 65 Г [668] [c.360]

    Пределы упругости, пропорциональности и текучести аустенитных сталей, так же как и цветных металлов, возрастают равномерно в исследованном интервале температур, предел же прочности резко возрастает в интервале температур от +15 до —80 °С и слабо изменяется при дальнейшем понижении температуры. Примером таких сталей являются широко известные нержавеющие хромоникелевые [c.137]

    Зная разность температур между поверхностью и центром нагреваемого тела, можно определять максимальные температурные напряжения, возникающие в теле, и, наоборот, задавшись допускаемыми напряжениями по пределу упругости стали, можно найти допустимую разность температур, а по ней определить. предельную скорость нагрева непластичного тела. [c.52]

    Соединения на эпоксидном клее характеризуются пределом упругости на сдвиг стали со сталью —20,0—30,0 МПа стали с чугуном или чугуна с чугуном — 15,0—20,0 МПа стали с бронзой или бронзы с бронзой — 10,0—13,0 МПа. Эти клеи обладают антикоррозионными свойствами, устойчивы против воздействия щелочей, кислот, керосина, бензина и смазочных масел. Прочность клеевого соединения практически не изменяется с повышением температуры до 100 °С. [c.187]

    Углеродистая и никелевая стали резко отличаются от цветных металлов по характеру изменения упруго-пластичных и прочностных характеристик с понижением температуры. Изменение пределов упругости, пропорциональности, текучести и прочности цветных металлов происходит равномерно во всем исследованном интервале температур, в сталях же при температуре ниже —80°С наблюдается более сильное возрастание этих величин по сравнению с [c.135]

    Когда листовая сталь испытывает воздействие растягивающих напряжений, близких к пределу упругости, и при этом соприкасается с горячим концентрированным раствором щелочи или нитратов , в ней происходит растрескивание по межкристаллит-ным границам. Это явление называется коррозионным, растрескиванием под напряжением (КРН). Механизм его резко отличен от описываемого в разделе 7.1. Требуемое напряжение может быть как остаточным, так и приложенным сжатие не вызывает [c.132]


    Выбор допускаемого напряжения для статических нагрузок. Инженерный опыт последних ста лет показывает, что на практике наблюдаются значительные отклонения от идеальных условий. Поэтому обычные конструкции из стали следует рассчитывать так, чтобы поминальные расчетные напряжения составляли либо половину предела упругости, либо четверть предела прочности. За основу предпочтительнее брать первое из этих номинальных напряжений, поскольку значительные пластические деформации серьезно нарушают пригодность большинства конструкций. [c.155]

    Характерным представителем полимеров, находящихся в высокоэластичном состоянии, может служить сырой (невулканизованный) каучук. Температура стеклования каучука значительно ниже комнатной температуры. Деформация каучука в высокоэластичном состоянии в несколько раз выше, чем в стеклообразном, при одинаковой внешней силе. В высокоэластичном состоянии каучук способен удлиняться в 10 и более раз, не переходя ни предела упругости, ни предела прочности, т. е. не разрушаясь. На рис. 50 сопоставлены кривые растяжения каучука и стали. [c.217]

    Стр – упругие номинальные напряжения в стенке трубы, МПа ао,2 – условный предел текучести стали, МПа. [c.114]

    Отметим некоторые особенности растяжения такого образца. Для сталей различие в коэффициентах упругости невелико, поэтому в дальнейшем считаем их равными. Тогда при растяжении в пределах упругости образец находится в состоянии равномерного одноосного растяжения. При достижении предела текучести материала диска последний сразу и полностью переходит в пластическое состояние. С развитием пластических деформаций напряженное состояние диска все более отклоняется от равномерного растяжения и приобретает сложный пространственный характер, так как деформированию диска препятствуют жесткие части образца, остающиеся упрут ими. При этом на плоскостях контакта слоя с жесткими частями развиваются касательные напряжения. Наибольшее значение последних определя ется пределом текучести Тз. [c.63]

    Остальные компоненты главных напряжений (продольное аз и радиальное о з) равны нулю (ст2 аз=0). Под действием окружного напряжения О] происходит увеличение радиуса грубы на величину А=-Ст] г/Е, где Е – модуль упругости стали. При этом относительная окружная деформация в] = а1/Е. В пределах упругих деформаций величины А и ] пренебрежительно малы. Поэтому при эксплуатации такой трубы изменение ее размеров будет обуславливаться механохимической повреждаемостью металла. [c.523]

    Местное напряжение (Of) в резьбе может быть определено с использованием эффективного коэффициента концентрации Kef по формуле (5.14) или (5.15). Если напряжение (ст ,) не выходит за пределы упругости, го коэффициент K f определяется по формуле (5.16). Если напряжение (а ) выходит за пределы упругости, то для резьбового соединения с метрической резьбой из стали с Z 5=30% при контролируемом профиле резьбы с радиусом закругления в основании витка R допускается принимать Kef = Ka. [c.66]

    Если л и т принять равными 60 дн/см п 10 А соответственно, то л/т составляет около 6 кГ/мм . Для сравнения отметим, что пределы упругости свинца, меди и мягкой стали соответственно составляют около 2 31 и 65 кГ/мм2. [c.358]

    Электрохимическое полирование медных сплавов приводит к повышению их усталостной прочности, что особенно заметно для нейзильбера. Для сплавов на железной основе это влияние неоднозначно. Улучшаются упругие характеристики медных сплавов — предел упругости, релаксационная стойкость. При одинаковом классе шероховатости коэффициент трения у электрохимически полированных стальных образцов ниже, чем у механически полированных (рис. 9.1). Соответственно изменяется их износостойкость. Выявлено благоприятное влияние процесса на магнитномягкие материалы — повышается магнитная проницаемость, снижаются диэлектрические потери и коэрцитивная сила [235]. Электрохимическое полирование увеличивает стойкость металлов (особенно нержавеющей хромоникелевой стали) к коррозии. Отмечено, что такая обработка приводит к повышению каталитической активности некоторых металлов. [c.331]

    У сталей первой группы при снижении температуры возрастают предел прочности, предел текучести, предел упругости, твердость и понижаются относительное удлинение, относительное сужение и ударная вязкость (табл. 4). [c.16]

    В перлитных сталях низкое содержание водорода в наплавленном металле еш,е не гарантирует отсутствие холодных трещин, однако значительно снижает возможность их появления. Сварные швы из аустенитной стали, выполненные на листах из перлитной стали, могут содержать значительное количество водорода без какого-либо риска появления трещин. Диффузионная подвижность водорода в аустенитной стали весьма низкая, поэтому газ не успевает покинуть наплавленный металл и сохраняется в нем. Кроме того, аустенитный наплавленный металл имеет низкий предел упругости (и текучести), вследствие чего в нем возникает текучесть гораздо раньше, чем в основном перлитном материале. [c.217]


    Для сталей со структурами, полученными закалкой с отпуском, разрыв также происходит через несколько часов при меньшом, чем предел упругости, напряжении. Стали со структурой зернистого перлита рвутся под нагрузкой, превышающей предел упругости исходного металла (не насыщенного водородом). Одновременно с этим в предыдущем опыте было установлено, что пасыщехнхая водородом сталь с такой же структурой разрывалась под таким же напряжением, как и предел упругости (сталь G4). Поэтому можно утверждать, что напряжение разрыва не превышает предела упругости. [c.136]

    Как следует из табл. 16, температурные напряжения сшах при нагреве до 500 не превышают предела упоугости стали, поэтому трещин образовываться не будет, и мон по применять формулы для упругого состояния. Напряжения при температурах выше 500—600 не опасны, так как сталь становится пластичной. При этих температурах расчетные напряжения могли быть и выше предела упругости стали, а трещин не получилось бы. Таким образом, с точки зрения возникающих напряжений в области упругих деформаций возможно посадить штангу из стали ШХ15 диаметром 150 мм в печь с температурой 1000 . [c.53]

    Для сосудов из пластичных материалов (сталь, медь, алюминий) краевые напряжения не очень опасны. Когда местные напряжения превыщают предел упругости, происходит пластическая деформация краев, образуется пластический шарнир и напряжения выравниваются. Краевые и местные напряжения особенно опасны для хрупких материалов, поэтому при конструировании аппаратов из чугуна, ферросилида, керамики и других подобных материалов необходимо избегать острых углов, резкого изменения толщины и других факторов, вызывающих краевые и местные напряжения. [c.35]

    Для некоторых других металлов диаграмма растяжения имеет две зоны зону упругости и зону полупластичности (полуупругости), которая начинается непосредственно после того, как напряжение достигает предела упругости. Таковы, нанример, некоторые сорта стали, меди и т. д. [c.358]

    Но пл (с12) — суммарная площадь контакта—равна [7] нагруй деленной на давление сдвига р – Принимают, что значение примерно в три раза больше значения предела упругости. Следовательно для мягкой стали Рт л 00 кг/мм . Отсюда [c.414]

    Температура нагрева продуктов при перегонке иа трубчатых установках достигает 430° С. Использование углеродистой кон-струкционкой стали становится менее экономичным, удельных расход ее на единицу мощности установок растет вследствие значительного снижения предела текучести стали и допускаемых напряжений при повышении температуры. Появляется потребность в сталях повышенной прочности и жаропрочных. Последующее развитие крекинг-процесса вызвало строительство установок в соответствии с различными видами процессов переработки нефти. Температура стенки аппаратов из углеродистой сталп выше 475° С не допускается по причине технико-экономической нецелесообразности, а при более высоких температурах (около 600—650° С) вследствие потери упругих свойств. При высоких температурах применяются конструкционные низколегированные, среднелегированные и высоколегированные стали, часто с особылш свойствами. [c.6]

    Металлизационное цинковое покрытие значительно отличается от исходного цинка как по своей структуре, так и по физико-механическим свойствам. В металли-зационном цинковом покрытии содержится большое количество окислов, которые ухудшают его физико-механические свойства. Одновременно с этим оно обладает большой пористостью и повышенной твердостью, имеет неоднородную структуру и меньшую эластичность. Прочность металлизациониого цинка более чем в 3 раза ниже прочности исходного металла. Однако при эксплуатации покрытие обладает достаточной прочностью и разрушается, как правило, за пределами упругих деформаций основного металла. Цинковое покрытие является анодом по отношению к стали, поэтому нет необходимости в получении непроницаемого покрытия, а следовательно, и в увеличении его толщины. При контакте пористого цинкового покрытия с влагой (электролит) в силу неоднородности металла в его порах возникают гальванические пары, приводящие к разрушению цинка. Разрушение цинка продолжается недолго, при этом образуются продукты коррозии, которые быстро заполняют поры покрытия, в результате чего оно становится непроницаемым, и электрохимическая коррозия цинкового покрытия прекращается. Уплотнение цинкового покрытия (пор) происходит и вследствие химических реакций с образованием окислов, гидратов и карбонатов цинка. [c.156]

    Для железа и малоуглеродистой стали по мере приближения к пределу текучести кривая напряжение—деформация немного закругляется, в связи с появлением небольшой неупругой деформации совместно с микродеформацией, обусловленной образованием дислокационных нагромождений еще до наступления текучести. В начале деформирования тонкий поверхностный слой упрочняется раньше всего объема металла, поскольку предел-текучести этого слоя ниже [55] и взаимодействие дислокаций в тонком поверхностном слое приводит к росту деформационного унроч- / нения на начальной стадии пластической деформации, сконцент- рированному в тонком поверхностном слое (эффект Сузуки [56]). Этим объясняется увеличение А г перед началом легкого сколь- i жения, пропорциональное росту деформационного упрочнения At в области напряжений между пределом упругости (е = 0,2%) и началом легкого скольжения (см. рис. 9). [c.69]

    Черная металлургия, потребляющая около 90% ванадия, использует его легирующие, раскисляющие и карбидообразующие свойства. В специальных сортах сталей он способствует образованию тонкой и равномерной структуры, делает сталь более плотной, повышает вязкость, предел упругости, предел прочности при ргстяжении и изгибе, расширяет интервал закалочных температур. Карбиды ванадия повышают твердость стали, увеличивают сопротивление истиранию и ударным нагрузкам. Ванадий — важная добавка в инструментальной (до 2%) и конструкционной (до 0,2%) сталях, сталях для газопроводов высокого давления. Развитие тяжелого и транспортного машиностроения обязано ванадиево-марганцевой стали, отличающейся большим сопротивлением удару и усталости. Ванадий используется для легирования сталей в комбинации с хромом, никелем, молибденом, вольфрамом. Им легируют также чугун. В машиностроении применяют чугунное литье с присадкой 0,1—0,35% V для изготовления паровых цилиндров, поршневых колец и золотников паровых машин, прокатных валков, матриц для холодной штамповки. Он — компонент сплавов для постоянных магнитов. Вводят в сталь его в виде феррованадия— сплава железа с 35— 80% V. [c.17]

    Одно из уникальных свойств полимеров — эластичность — можно объяснить в рамках простой гауссовой модели. Эластичность — это способность к большим обратимым деформациям. Механические свойства полимеров, как и др тих упругих материалов, описываются законом Гука. Однако наибольшая величина деформации, которую материал способен выдержать без разрущения, у полимеров на несколько порядков больше, чем у обычных твердых тел. Предел упругих деформаций стали или стекла составляет несколько процентов, тогда как у эластичного полимера, например каучука, он выражается сотнями процентов. В обычных материалах упругая деформация возникает в результате небольшого (на проценты) изменения межатомных расстояний и углов кристаллической решетки. Очевидно, что эластичность невозможно объяснить таким механизмом деформации. Гигантские величины обратимых деформаций полимерных веществ обусловлены тем, что при действии деформирующего усилия (например, растяжения образца) происходит распрямление молекулярных цепей, а при снятии деформирующего усилия цепи вновь сворачиваются в клубки. Сворачивание в клубки происходит не потому, что в распрямленной цепи возникли какие-либо напряжения (типа тех, что появляются в растянутой стальной пружине). Таковые просто отсутствуют. Состояние и распрямленной, и свернутой в клубок цепи механически одинаково устойчиво. Не существует сил, которые делали бы предпочтительным одно из таких состояний. Причина сворачивания цепи в клубок иная — вероятностная. Существует один способ так расположить звенья цепи, чтобы макромолекула приобрела максимально возможный размер, равный ее контурной длине гЫ. В го же время имеется множество вариантов (порядка 3 ) такого расположения звеньев, при котором расстояние между концами макромолекулы станет равно ее среднестатистической величине К = Каждый из вариантов изогнутого состояния реализуется при тепловом движении звеньев с той же вероятностью (частотой), что и единственное состояние предельно вытянутой молекулы, поэтому растянутый клубок непременно перейдет в одно из многочисленных свернутых состояний под влиянием только лишь теплового движения звеньев. [c.730]

    Принципы вибротермографии и термоупругой эмиссии (анализ термоупругих напряжений). Тепловизионный анализ термоупругих напряжений основан на том факте, что при механическом сжатии или расширении в твердых телах возникают температурные градиенты, обусловленные процессами преобразования механической энергии в тепловую. Если механическая нагрузка действует в пределах упругости материала и скорость ее изменения велика, то потери тепла за счет теплопроводности малы и после снятия нагрузки изделие возвращается к первоначальным форме и температуре. В этом случае процесс является практически обратимым. Например, температурные сигналы в стали, обусловленные термоупругими деформациями, при циклической нагрузке 1 МПа составляют около 10 °С. [c.168]

    У магнитных материалов поведение затухания при испытании на растяжение иное и более сложное. Если в этих материалах нет внутренник напряжений. то затухание при растяжении уменьшается до тех пор, пока деформация остается в пределах упругости. Здесь дислокации играют меньшую роль в отличие от стенок элементарных магнитных участков (участков Вайса). Под действием растяжения эти участки приобретают ориентацию (упорядочиваются) и меньше препятствуют прохождению звука. Такой же эффект уменьшения затухания звука наблюдается и при намагничивании изделия. Если в стали добавляются еще и внутренние напряжения, например при голодной деформации (наклепе), то внешние и внутренние напряжения действуют противоположно д уг другу, так что затухание при небольшом растяжении проходит через максимум [658]. [c.648]

    Для расчета реакторов можно использовать все указанные выше теории, причем рабочее или допускаемое напряжение должно равняться пределу упругости, деленному на коэффициент прочности, величина которого принимается обычно больше 2. Ньюитт [60] приводит данные, показывающие, что для хрупких материалов, например для чугуна, применима теория наибольших напряжений, тогда как для ковких материалов больше подходят теория наибольших касательных напряжений и теория наибольших деформаций. Данные, приведенные Макраем, подтверждают, что для высоковязких сталей наибо.ть-шее соответствие с экспериментальными результатами дает теория максимального напряжения сдвига эту теорию следует рекомендовать для расчета аппаратуры из таких сталей. [c.40]

    Сталь Предел прочности кПсмг Предел упругости к Г см Относительное удлинение, % Относительное сужение, % Ударная вязкость кГм/смг  [c.18]

    ЗАКАЛИВАЕМОСТЬ — свойство стали приобретать в результате аа-калки макс. твердость. Зависит в осн. от содержания атомов углерода в решетке альфа-железа (рис.), определяется высоким пределом упругости кристаллов мартенсита, особой микро- и субмикроструктурой (обусловленной мартенситням превращением и заметной долей ковалентной связи, вносимой углеродом). В реальных условиях макс. твердости углеродистой стали невозможно достичь не только у крупных, но и у тонких образцов, что связано с недостаточной прокаливаемостью стали. Изделия из стали с низкой про каливаемостью сечением свыше 10 мм не прокаливаются на всю глубину даже при закалке в воде с раствором щелочи либо соли. Влияние на 3. легирующих добавок возрастает с уменьшением содержания углерода и проявляется в осн. косвенно. Большинство их уменьшает критическую скорость охлаждения, поэтому в легированной стали легче получить возможную для нее макс, твердость при закалке в более мягких средах (иногда даже на воздухе) или закалке крупных изделий. 3. легированной стали зависит от полноты растворения в аустените карбидов, нитридов и нек-рых др. стойких соединений. Поэтому выбирают такие условия аустенитиза-ции, когда в гамма-раствор переходит макс, количество углерода и [c.448]

    ТРООСТИТ [по имени франц. химика Л. Трооста (L. Troost)J—структурная составляющая стали, представляющая собой смесь феррита и цементита с межпластинным расстоянием 0,1 мкм. Подобно перлиту и сорбиту относится к перлитным структурам. Образуется при распаде переохлажденного аустенита в нижней области температурного интервала (500—550° С) перлитного превращения, при закалке (Т. закалки) и сред-иетемпературном (350—400° С) отпуске (Т. отпуска). Т. закалки (рис.) — чрезвычайно тонкодисперс-пая смесь феррита и цементита, выявляемая только нод электронным микроскопом. Твердость 33—40 HR (в зависимости от т-ры образования). Т. отпуска представляет собой фер-ритную основу с рассеянными в ней мелкими кристаллами цементита в основном произвольной формы. Твердость такого Т. составляет 40— 45 HR (в зависимости от состава стали, т-ры и продолжительности отпуска) и обусловливается высокой дисперсностью цементита и искажениями кристаллической решетки ферритной основы. Т. отпуска характеризуется высоким отношением предела упругости к пределу прочности. Сталь со структурой Т. отличается высокими прочностью и упругостью. Ее используют гл. обр. для изготовления пружин и рессор. [c.589]


Предел прочности единицы измерения

ПРОЧНОСТЬ

Методику испытаний каменных материалов определяет ГОСТ 8462-62. Основной вид испытания — испытание на сжатие, на основании которого устанавливается марка камня.

Прочность на изгиб определяется только для кирпича высотой 65 и 88 мм (рис. 1).

Рисунок 1. Виды современных искусственных каменных материалов: а — кирпич сплошной; б — кирпич пустотелый пластического прессования; в — то же, сухого прессования; г — пустотелые керамические камни; д — бетонные камни сплошные; е — то же, пустотелые с щелевидными пустотами; ж — крупные блоки легкобетонные сплошные

Испытания на осевое растяжение и на срез ГОСТом не предусматриваются.

Марки камня, принимаемые при проектировании и характеризующие предел прочности камня на сжатие в кГ/см 2 , установлены следующие: 4, 7, 10, 15, 25, 35, 50, 75, 100, 125, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 800 и 1000.

Природные камни одной и той же горной породы отличаются большим разнообразием механических свойств, различных не только для камня разных карьеров или разных участков одного и того же карьера, но даже одного и того же пласта породы. Особенно неоднородны осадочные породы.

В табл. 1 приведены пределы прочности на сжатие камня наиболее распространенных горных пород.

Определённая пороговая величина для конкретного материала, превышение которой приведёт к разрушению объекта под действием механического напряжения. Основные виды пределов прочности: статический, динамический, на сжатие и на растяжение. Например, предел прочности на растяжение — это граничное значение постоянного (статический предел) или переменного (динамический предел) механического напряжения, превышение которого разорвет (или неприемлемо деформирует) изделие. Единица измерения — Паскаль [Па], Н/мм ² = [МПа].

Предел текучести (σ

т)

Величина механического напряжения, при которой деформация продолжает увеличиваться без увеличения нагрузки; служит для расчётов допустимых напряжений пластичных материалов.

После перехода предела текучести в структуре металла наблюдаются необратимые изменения: кристаллическая решетка перестраивается, появляются значительные пластические деформации. Вместе с тем происходит самоупрочнение металла и после площадки текучести деформация возрастает при увеличении растягивающей силы.

Нередко этот параметр определяют как «напряжение, при котором начинает развиваться пластическая деформация» [1] , таким образом, отождествляя пределы текучести и упругости. Однако следует понимать, что это два разных параметра. Значения предела текучести превышают предел упругости ориентировочно на 5%.

Предел выносливости или предел усталости (σ

R)

Способность материала воспринимать нагрузки, вызывающие циклические напряжения. Этот прочностной параметр определяют как максимальное напряжение в цикле, при котором не происходит усталостного разрушения изделия после неопределенно большого количества циклических нагружений (базовое число циклов для стали Nb = 10 7 ). Коэффициент R (σR) принимается равным коэффициенту асимметрии цикла. Поэтому предел выносливости материала в случае симметричных циклов нагружения обозначают как σ-1, а в случае пульсационных — как σ.

Отметим, что усталостные испытания изделий очень продолжительны и трудоёмки, они включают анализ больших объёмов экспериментальных данных при произвольном количестве циклов и существенном разбросе значений. Поэтому чаще всего используют специальные эмпирические формулы, связывающие предел выносливости с другими прочностными параметрами материала. Наиболее удобным параметром при этом считается предел прочности.

Для сталей предел выносливости при изгибе как правило составляет половину от предела прочности: Для высокопрочных сталей можно принять:

Для обычных сталей при кручении в условиях циклически изменяющихся напряжений можно принять:

Приведённые выше соотношения стоит применять осмотрительно, потому что они получены при конкретных режимах нагружения, т.е. при изгибе и при кручении. Однако, при испытании на растяжение-сжатие предел выносливости становится примерно на 10—20% меньше, чем при изгибе.

Предел пропорциональности (σ)

Максимальная величина напряжения для конкретного материала, при которой ещё действует закон Гука, т.е. деформация тела прямо пропорционально зависит от прикладываемой нагрузки (силы). Обратите внимание, что для множества материалов достижение (но не превышение!) предела упругости приводит к обратимым (упругим) деформациям, которые, впрочем, уже не прямо пропорциональны напряжениям. При этом такие деформации могут несколько «запаздывать» относительно роста или снижения нагрузки.

Диаграмма деформации металлического образца при растяжении в координатах удлинение (Є) — напряжение (σ).

Перевод единиц измерения модулей упругости, модулей Юнга (E), предела прочности, модулей сдвига (G), предела текучести

Таблица перевода единиц измерения Па; МПа; бар; кг/см 2; psf; psi
Для того, чтобы перевести величину в единицах:В единицы:
Па (Н/м 2 )МПаbarкгс/см 2psfpsi
Следует умножить на:
Па (Н/м 2 ) — единица давления СИ11*10 -610 -51.02*10 -50.0211.450326*10 -4
МПа1*10 611010.22.1*10 41.450326*10 2
бар10 510 -111.0197209014.50
кгс/см 29.8*10 49.8*10 -20.981204914.21
фунтов на кв. фут / pound square feet (psf)47.84.78*10 -54.78*10 -44.88*10 -410.0069
фунтов на кв. дюйм / pound square inches (psi)6894.766.89476*10 -30.0690.071441

Подробный список единиц давления (да, эти единицы совпадают с единицами измерения давления по размерности, но не совпадают по смыслу:)

  • 1 Па (Н/м 2 ) = 0.0000102 Атмосфера “метрическая” / Atmosphere (metric)
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 0.0000099 Атмосфера стандартная Atmosphere (standard) = Standard atmosphere
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 0.00001 Бар / Bar
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 10 Барад / Barad
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 0.0007501 Сантиметров рт. ст. (0 °C)
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 0.0101974 Сантиметров во. ст. (4 °C)
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 10 Дин/квадратный сантиметр
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 0.0003346 Футов водяного столба / Foot of water (4 °C)
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 10 -9 Гигапаскалей
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 0.01 Гектопаскалей
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 0.0002953 Дюмов рт.ст. / Inch of mercury (0 °C)
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 0.0002961 Дюймов рт. ст. / Inch of mercury (15.56 °C)
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 0.0040186 Дюмов в.ст. / Inch of water (15.56 °C)
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 0.0040147 Дюмов в.ст. / Inch of water (4 °C)
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 0.0000102 кгс/см 2 / Kilogram force/centimetre 2
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 0.0010197 кгс/дм 2 / Kilogram force/decimetre 2
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 0.101972 кгс/м 2 / Kilogram force/meter 2
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 10 -7 кгс/мм 2 / Kilogram force/millimeter 2
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 10 -3 кПа
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 10 -7 Килофунтов силы/ квадратный дюйм / Kilopound force/square inch
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 10 -6 МПа
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 0.000102 Метров в.ст. / Meter of water (4 °C)
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 10 Микробар / Microbar (barye, barrie)
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 7.50062 Микронов рт.ст. / Micron of mercury (millitorr)
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 0.01 Милибар / Millibar
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 0.0075006 Миллиметров рт.ст / Millimeter of mercury (0 °C)
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 0.10207 Миллиметров в.ст. / Millimeter of water (15.56 °C)
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 0.10197 Миллиметров в.ст. / Millimeter of water (4 °C)
  • 1 Па (Н/м 2 ) =7.5006 Миллиторр / Millitorr
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 1Н/м 2 / Newton/square meter
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 32.1507 Повседневных унций / кв. дюйм / Ounce force (avdp)/square inch
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 0.0208854 Фунтов силы на кв. фут / Pound force/square foot
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 0.000145 Фунтов силы на кв. дюйм / Pound force/square inch
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 0.671969 Паундалов на кв. фут / Poundal/square foot
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 0.0046665 Паундалов на кв. дюйм / Poundal/square inch
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 0.0000093 Длинных тонн на кв. фут / Ton (long)/foot 2
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 10 -7 Длинных тонн на кв. дюйм / Ton (long)/inch 2
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 0.0000104 Коротких тонн на кв. фут / Ton (short)/foot 2
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 10 -7 Тонн на кв. дюйм / Ton/inch 2
  • 1 Па (Н/м 2 ) = 0.0075006 Торр / Torr

MYsopromat.ru (версия для печати): Механические характеристики материалов

Под механическими характеристиками подразумеваются значения напряжений и деформаций, соответствующие определенным точкам на диаграмме условных напряжений.

Пределом пропорциональности σпц называется наибольшее напряжение, до которого деформации прямо пропорциональны напряжениям.

Пределом упругости σу называется напряжение, до которого материал не получает остаточных деформаций.

Пределом текучести σт называется напряжение, при котором деформации растут без заметного увеличения нагрузки.

Пределом прочности, или временным сопротивлением σв называется максимальное напряжение (подсчитанное по первоначальной площади сечения образца), выдерживаемое материалом при растяжении. Его величина определяется ординатой точки C условной диаграммы (см. Рис. 4.6).

При экспериментальном определении величин пределов пропорциональности и упругости вносится определенный элемент условности. Объясняется это тем, что начало отклонения от линейной зависимости, как и начало образования остаточных деформаций, будет отмечено тем раньше, чем выше точность измерения деформаций.

Поэтому под пределом пропорциональности σпц понимается напряжение, при котором отступление от линейной зависимости достигает определенной величины, устанавливаемой техническими условиями.

Пределом упругости считается напряжение, при котором остаточные деформации достигают заранее установленной величины в пределах 0.001-0.005%. Условный предел упругости при остаточной деформации 0.005% обозначается σ0,005.

Для материалов, не имеющих площадки текучести, в качестве предела текучести условно принимается напряжение, при котором остаточные деформации составляют 0.2 или 0.3% от первоначальной длины образца. Условный или, иначе, технический предел текучести в соответствии с допуском на остаточную деформацию обозначается σ0,2 или σ0,3.

В теоретических исследованиях индексы 0.2 и 0.3 обычно опускаются и условный предел текучести обозначается символом σт. Предел текучести является одной из основных характеристик материала. Пластические свойства материала, то есть способность к образованию остаточных деформаций, характеризуются величиной остаточного удлинения образца при разрыве

,

(4.7)

а также относительным уменьшением площади сечения образца в шейке

,

(4.8)

где l1, F1 – длина рабочей части образца и площадь наименьшего сечения шейки разорванного образца, соответственно; lo, Fo – их величины до нагружения.

Основные механические характеристики применяемых в технике материалов приводятся в справочной литературе.

Предел пропорциональности

; (2.3)

2. Предел упругости

; (2.4)

3. Предел текучести

; (2.5)

4. Предел прочности или временное сопротивление

; (2.6)

5. Напряжение в момент разрыва

. (2.7)

 


Рисунок. 2.3 – Вид цилиндрического образца после разрушения (а) и изменение зоны образца вблизи места разрыва (б)

 

Чтобы диаграмма отражала только свойства материала (независимо от размеров образца), ее перестраивают в относительных координатах (напряжение-деформация).

Ординаты произвольной i-той точки такой диаграммы (рис. 2.4) получают делением значений растягивающей силы (рис. 2.2) на первоначальную площадь поперечного сечения образца ( ), а абсциссы – делением абсолютного удлинения рабочей части образца на первоначальную её длину ( ). В частности для характерных точек диаграммы ординаты вычисляют по формулам (2.3)…(2.7).

Полученную диаграмму называют условной диаграммой напряжений (рис. 2.4).

Условность диаграммы заключается в способе определения напряжения не по текущей площади поперечного сечения, изменяющейся в процессе испытаний, а по первоначальной – .Диаграмма напряжений сохраняет все особенности .исходной диаграммы растяжения. Характерные напряжения диаграммы называются предельными и отражают свойства прочности испытуемого материала. (формулы 2.3…2.7). Заметим, что поучаемый в этом случае предел текучести металла соответствует новому физическому состоянию металла и поэтому называется физическим пределом текучести

 

 
 

Рисунок. 2.4 – Диаграмма напряжений

 

Из диаграммы напряжений (рис. 2.4) видно, что

, (2.8)

т. е. модуль упругости при растяжении Е численно равен тангенсу угла наклона начального прямолинейного участка диаграммы напряжений к оси абсцисс. В этом – геометрический смысл модуля упругости при растяжении.

Если относить усилия, действующие на образец в каждый момент времени нагружения, к истинному значению поперечного сечения в соответствующий момент времени, то мы получим диаграмму истинных напряжений, часто обозначаемых буквой S (рис. 2.5, сплошная линия). Поскольку на участке диаграммы 0-1-2-3-4 диаметр образца уменьшается незначительно (шейка еще не образовалась), то истинная диаграмма, в пределах этого участка, практически совпадает с условной диаграммой (пунктирная кривая), проходя несколько выше.

 

Рисунок. 2.5 – Диаграмма истинных напряжений

 

Построение остального участка истинной диаграммы напряжений (участок 4-5 на рис. 2.5) вызывает необходимость измерения диаметра образца в процессе испытания на растяжение, что не всегда возможно. Существует приближенный способ построения этого участка диаграммы, основанный на определении координат точки 5( ) истинной диаграммы (рис. 2.5), соответствующей моменту разрыва образца. Сначала определяется истинное напряжение разрыва

,

 

где – усилие на образце в момент его разрыва;

– площадь поперечного сечения в шейке образца в момент разрыва.

Вторая координата точки – относительная деформация включает две составляющие – истинную пластическую – и упругую – . Значение может быть определено из условия равенства объемов материала вблизи места разрыва образца до и после испытания (рис. 2.3). Так до испытания объем материала образца единичной длины будет равен , а после разрыва . Здесь – удлинение образца единичной длины вблизи места разрыва. Поскольку истинная деформация здесь , а , то . Упругую состав–ляющую находим по закону Гука: . Тогда абсцисса точки 5 будет равна . Проводя плавную кривую между точками 4 и 5, получим полный вид истинной диаграммы.

Для материалов, диаграмма растяжения которых на начальном участке не имеет резко выраженной площадки текучести (см. рис. 2.6 ) предел текучести условно определяют как напряжение, при котором остаточная деформация составляет величину, установленную ГОСТом или техническими условиями. По ГОСТу 1497–84 эта величина остаточной деформации составляет 0,2% измеренной длины образца, а условный предел текучестиобозначается символом – .

При испытании образцов на растяжение кроме характеристик прочности определяют также характеристики пластичности, к которым относится относительное удлинение образца после разрыва , определяемое как отношение приращения длины образца после разрыва к его первоначальной длине:

% (2.9)

 

и относительное сужение , рассчитываемое по формуле

% (2.10)

 

В этих формулах – начальная расчетная длина и площадь поперечного сечения образца, – соответственно длина расчетной части и минимальная площадь поперечного сечения образца после разрыва.

Вместо относительной деформации в некоторых случаях используют так называемую логарифмическую деформацию. Так как по мере растяжения длины образца меняется, то приращение длины dl относят не к , а к текущему значению . Если проинтегрировать приращения удлинений при изменении длины от до , то получим логарифмическую или истинную деформацию металла

,

тогда – деформация при разрыве (т.е. = k ) будет

 

.

 

Следует еще учесть, что пластическая деформация в образце по его длине протекает неравномерно.

В зависимости от природы металла их условно подразделяют на весьма пластичные (отожженная медь, свинец) пластичные (низкоуглеродистые стали), хрупкие (серый чугун), весьма хрупкие (белый чугун, керамика).

Скорость приложения нагрузки Vдеформ влияет на вид диаграммы и характеристики материала. σТ и σв возрастает с повышением скорости нагрузки. Деформации, соответствующие пределу прочности и точке разрушения уменьшаются.

Обычные машины обеспечивают скорость деформации

 

= 10-2…10-5 1/сек.

 

С понижением температуры Тисп у перлитных сталей увеличивается σТ и уменьшается .

Аустенитные стали, Alи Тiсплавы слабее реагируют на понижение Т.

С ростом температуры наблюдается изменение деформаций во времени при постоянных напряжениях, т.е. протекает ползучесть, причем чем > σ , тем < .

Обычно бывает три стадии ползучести. Для машиностроения наибольший интерес представляет II стадия, где έ=const (установившаяся стадия ползучести).

Для сопоставления сопротивления ползучести различных металлов введена условная характеристика – предел ползучести.

Пределом ползучести σпл называется напряжение, при котором пластическая деформация за заданный промежуток времени достигает величины, установленной техническими условиями.

Наряду с понятием “ползучести” известно еще понятие “релаксация напряжений”.

Процесс релаксации напряжений протекает при постоянных деформациях.

Образец, находящийся под постоянной нагрузкой при высокой Т может разрушиться либо с образованием шейки (вязкое интеркристаллическое разрушение), либо без нее (хрупкое транскристаллическое разрушение). Первое характерно для более низких Т и высоких σ.

Прочность материала при высоких Т оценивается пределом длительной прочности.

Пределом длительной прочности ( σдп ) называется отношение нагрузки, при которой растянутый образец через определенный промежуток времени разрушается, к первоначальной площади поперечного сечения.

При проектировании сварных изделий, работающих при повышенных Т, ориентируются на следующие величины при назначении [σ]:

а) при Т 260 оС на предел прочности σв ;

б) при Т 420 оС для углеродистых сталей Т < 470 оС для стали 12Х1МФ, Т< 550 оС для 1Х18Н10Т – на σТ ;

в) при более высоких Т на предел длительной прочности σдп .

Кроме перечисленных методов испытаний при статических нагрузках производят еще испытания на изгиб, кручение, срез, сжатие, смятие, устойчивость, твердость.

 


Нормативное отношение предела текучести к пределу прочности при растяжении

Отношение предела текучести к растяжению материала трубопроводной трубы является мерой запаса прочности при разрушении в результате пластического разрушения и указывает на способность трубы испытывать пластическую деформацию перед разрушением. Если предел текучести (σ γ ) равен пределу прочности при растяжении (UTS), любая пластическая деформация трубы может привести к разрыву. Однако при разнице между σ γ и UTS способность стали проявлять деформационное упрочнение обеспечивает некоторую защиту трубы от разрушения, например, при укладке.

Например, как спецификация Американского института нефти для линейных труб [1] , так и стандарт подводных трубопроводов Det Norske Veritas [2] требуют максимального значения σ γ /UTS 0,93 для труб из углеродисто-марганцевой стали с пределом текучести. уровни прочности до 555MPa (80ksi). В обоих стандартах σ γ определяется как напряжение при общей деформации 0,5%.

Спецификация Американского института нефти для линейных труб указывает максимальное значение σ γ /UTS, равное 0.99 для линейных труб из стали марки X120 (827 МПа/ предел текучести 120 тысяч фунтов на квадратный дюйм), в то время как стандарт Det Norske Veritas для подводных трубопроводов указывает максимальное значение σ γ γ /UTS, равное 0,92, для дуплексных и мартенситных трубопроводов из нержавеющей стали 13Cr.

Кроме того, могут быть требования к трубам с отношениями σ γ /UTS несколько ниже типичных значений около 0,9, особенно когда стальная труба может подвергаться значительным деформациям во время обращения, например, если труба должна быть намотана или, вероятно, подвергаться оползням или землетрясениям в процессе эксплуатации.При этом требуется, чтобы труба выдерживала значительные пластические деформации.

Хотя разрушение (хрупкое или пластичное) трубопроводов не связано напрямую с отношением σ γ /UTS, его также следует учитывать, особенно на старых линиях. Спецификация адекватной ударной вязкости обычно обеспечивается с помощью испытания по Шарпи, хотя иногда также требуются другие испытания (например, испытание на разрыв падающим грузом и испытание на CTOD).

Каталожные номера

1.Стандарт с двумя значками (таблица 7): Спецификация 5L Американского института нефти (API) «Технические условия для линейных труб», сорок четвертое издание, октябрь 2007 г., ISO 3183:2007 (модифицированный), Нефтяная и газовая промышленность. Стальные трубы для трубопроводного транспорта. системы.

2. Det Norske Veritas, Морской стандарт OS-F101 «Подводные трубопроводные системы», январь 2000 г., стр. 51.

Что такое предел прочности при растяжении – UTS – Определение

Предел прочности при растяжении является максимальным на инженерной кривой напряжения-деформации.Предельная прочность на растяжение часто сокращается до «предельной прочности» или даже до «предельной».


Схематическая диаграмма кривой напряжения-деформации для низкоуглеродистой стали при комнатной температуре показана на рисунке. Есть несколько стадий, демонстрирующих различное поведение, что предполагает разные механические свойства. Чтобы уточнить, материалы могут пропускать одну или несколько стадий, показанных на рисунке, или иметь совершенно разные стадии. В этом случае приходится различать напряженно-деформированные характеристики пластичных и хрупких материалов.Следующие пункты описывают различные области кривой напряжения-деформации и важность нескольких конкретных мест.

Предельная прочность на растяжение

Предел прочности при растяжении является максимальным на инженерной кривой напряжения-деформации. Это соответствует максимальному напряжению , которое может выдержать конструкция при растяжении. Предельная прочность на растяжение часто сокращается до «предельной прочности» или даже до «предельной». Если это напряжение применяется и поддерживается, произойдет разрушение.Часто это значение значительно превышает предел текучести (на 50–60 % превышает предел текучести для некоторых типов металлов). Когда пластичный материал достигает предела прочности, он испытывает сужение, когда площадь поперечного сечения локально уменьшается. Кривая напряжение-деформация не содержит более высокого напряжения, чем предел прочности. Несмотря на то, что деформации могут продолжать увеличиваться, напряжение обычно уменьшается после достижения предела прочности. Это интенсивное свойство; поэтому его значение не зависит от размера испытуемого образца.Однако это зависит от других факторов, таких как подготовка образца, наличие или отсутствие поверхностных дефектов, а также температура испытательной среды и материала. Предел прочности при растяжении варьируется от 50 МПа для алюминия до 3000 МПа для очень высокопрочных сталей.

Деформационное упрочнение

Одним из этапов кривой напряжение-деформация является область деформационного упрочнения . Эта область начинается, когда деформация выходит на за предел текучести и заканчивается в точке предела прочности, которая является максимальным напряжением, показанным на кривой напряжение-деформация.В этой области напряжение в основном увеличивается по мере удлинения материала, за исключением того, что в начале имеется почти плоская область. Деформационное упрочнение  также называется деформационное упрочнение или наклеп . Она называется холодной обработкой, потому что пластическая деформация должна происходить при достаточно низкой температуре, чтобы атомы не могли перестроиться. Это процесс, при котором металл становится более твердым и прочным за счет пластической деформации. Когда металл пластически деформируется, дислокации перемещаются и генерируются дополнительные дислокации.Дислокации могут двигаться, если атомы из одной из окружающих плоскостей разрывают свои связи и снова соединяются с атомами на концевой кромке. Плотность дислокаций в металле увеличивается при деформации или наклепе из-за размножения дислокаций или образования новых дислокаций. Чем больше дислокаций в материале, тем больше они будут взаимодействовать и сцепляться или запутываться. Это приведет к уменьшению подвижности дислокаций и упрочнению материала.

Ссылки:

Материаловедение:
  1. У.С. Министерство энергетики, материаловедение. Справочник по основам Министерства энергетики, том 1 и 2. Январь 1993 г.
  2. Министерство энергетики США, материаловедение. Справочник по основам Министерства энергетики, том 2 и 2. Январь 1993 г.
  3. Уильям Д. Каллистер, Дэвид Г. Ретвиш. Материаловедение и инженерия: введение, 9-е издание, Wiley; 9 издание (4 декабря 2013 г.), ISBN-13: 978-1118324578.
  4. Эберхарт, Марк (2003). Почему все ломается: понимание мира по тому, как он разваливается.Гармония. ISBN 978-1-4000-4760-4.
  5. Гаскелл, Дэвид Р. (1995). Введение в термодинамику материалов (4-е изд.). Издательство Тейлор и Фрэнсис. ISBN 978-1-56032-992-3.
  6. Гонсалес-Виньяс, В. и Манчини, Х.Л. (2004). Введение в материаловедение. Издательство Принстонского университета. ISBN 978-0-691-07097-1.
  7. Эшби, Майкл; Хью Шерклифф; Дэвид Себон (2007). Материалы: инженерия, наука, обработка и дизайн (1-е изд.). Баттерворт-Хайнеманн. ISBN 978-0-7506-8391-3.
  8. Дж. Р. Ламарш, А. Дж. Баратта, Введение в ядерную технику, 3-е изд., Prentice-Hall, 2001, ISBN: 0-201-82498-1.

См. выше:

Кривая напряжения-деформации

Мы надеемся, что эта статья Предельная прочность на растяжение — UTS поможет вам. Если это так, дайте нам лайк на боковой панели. Основная цель этого веб-сайта – помочь общественности узнать интересную и важную информацию о материалах и их свойствах.

Таблица механических свойств металла

: прочность на сдвиг, прочность на растяжение, предел текучести

В последнее время мы получаем много запросов от читателей о таблицах механических свойств (прочности металла) для различных металлов, таких как предел прочности при сдвиге, предел прочности при растяжении, предел текучести и относительное удлинение стали и т. д.

Чтобы удовлетворить потребности наших читателей, мы составили следующие таблицы механических свойств, в которых перечислены различные черные и цветные металлы.

Надеюсь, это поможет!

(таблица прочности металла)

Материал Марка Материал
Статус
Сдвиг
Прочность
τ(МПа)
Растяжение
Прочность
σb(МПа)
Удлинение
σs(%)
Предел текучести
Прочность
δ(МПа)
Эластичность
Модуль
Е(МПа)
Техническое чистое железо для электриков C>0.025 DT1
DT2
DT3
отожженный 180 230 26    
Электрическая кремниевая сталь D11, D12
D21, D31
D32, D370
D310~340
S41~48
отожженный 190 230 26    
Обыкновенная углеродистая сталь К195 неотожженный 260~320 315~390 28~33 195  
Q215 270~340 335~410 26~31 215
К235 310~380 375~460 21~26 235
К255 340~420 410~510 19~24 255
К275 400~500 490~610 15~20 275
Углеродистая инструментальная сталь 08Ф отожженный 220~310 280~390 32 180  
10F 260~360 330~450 32 200 1

15F 220~340 280~420 30 190  
08 260~340 300~440 29 210 198000
10 250~370 320~460 28  
15 270~380 340~480 26 280 202000
20   280~400 360~510 35 250 21000
25 320~440 400~550 34 280 202000
30 360~480 450~600 22 300 201000
35 400~520 500~650 20 320 201000
40 420~540 520~670 18 340 213500
45 440~560 550~700 16 360 204000
50 нормализованный 440~580 550~730 14 380 220000
55 550 ≥670 43 390
60 550 ≥700 12 410 208000
65 600 ≥730 10 420
70 600 ≥760 9 430 210000
Т7~Т12
Т7А~Т12А
отожженный 600 750 10
Т8А холодная закалка 600~950 750~1200
Высококачественная углеродистая сталь 10Мн отожженный 320~460 400~580 22 230 211000
65Мн 600 750 12 400 21000
Легированная конструкционная сталь 25CrMnSiA
25CrMnSi
низкотемпературный отжиг 400~560 500~700 18 950
30CrMnSiA
30CrMnSi
440~6000 550~750 16 1450
850
Качественная пружинная сталь 60Si2Mn
60Si2MnA
65SiWA
низкотемпературный отжиг 720 900 10 1200 200000
холоднозакаленный 640~960 800~1200 10 1400
1600
Нержавеющая сталь 1Cr13 отожженный 320~380 400~470 21 420 210000
2Cr13 320~400 400~500 20 450 210000
3Cr13 400~480 500~600 18 480 210000
4Cr13 400~480 500~600 15 500 210000
1Cr18Ni19
2Cr18Ni19
термообработанный 460~520 580~640 35 200 200000
прокат, нагартован 800~880 1000~1100 38 220 200000
1Cr18Ni9Ti Термообработанный размягченный 430~550 540~700 40 200 200000

Таблица прочности на сдвиг стали при нагреве

Марка стали Температура нагрева ℃
200 500 600 700 800 900
Q195, Q215, 08, 15 360 320 200 110 60 30
Q235, Q255, 20, 25 450 450 240 130 90 60
Q275, 30, 35 530 520 330 160 90 70
40, 45, 50 600 580 380 190 90 70

Примечание: Значение прочности материала на сдвиг следует принимать при температуре штамповки, которая обычно на 150~200℃ ниже температуры нагрева.

Таблица механических свойств цветных металлов

Материал Марка Статус материала Прочность на сдвиг τ(МПа) Прочность на растяжение σb (МПа) Удлинение σs
(%)
Предел текучести
Прочность δ
(МПа)
Эластичность
Модуль упругости Е
(МПа)
Алюминий 1070А, 1050А 1200 Отожженный 80 75~110 ​​ 25 50~80 72000
Холодная закалка 100 120~150 4 120~240
Алюминиево-марганцевые сплавы 3А21 Отожженный 70~100 110~145 19 50 71000
Полузакалка 100~140 155~200 13 130
Алюминиево-магниевый сплав
Алюминиево-магниевый сплав
СА02 Отожженный 130~160 180~230 100 70000
Полузакалка 160~200 230~280 210
Высокопрочный сплав алюминия, магния и меди 7А04 Отожженный 170 250
Закаленные и искусственно состаренные 350 500 460 70000
Магниево-марганцевый сплав МБ1
МБ8
Отожженный 120~140 170~190 3~5 98 43600
Отожженный 170~190 220~230 12~24 140 40000
Холодная закалка 190~200 240~250 8~10 160
Жесткий алюминий 2Ал12 Отожженный 105~150 150~215 12
Закаленные с естественным старением 280~310 400~440 15 368 72000
Холодная закалка после закалки 280~320 400~460 10 340
Чистая медь Т1, Т2, Т3 Мягкий 160 200 30 70 108000
Жесткий 240 300 3 380 130000
Латунь Х62 Мягкий 260 300 35 380 100000
Полутвердый 300 380 20 200
Жесткий 420 420 10 480
Латунь Х68 Мягкий 240 300 40 100 110000
Полутвердый 280 350 25
Жесткий 400 400 15 250 115000
Свинцовая латунь HPb59-1 Мягкий 300 350 25 142 93000
Жесткий 400 450 5 420 105000
Марганцевая латунь HMn58-2 Мягкий 340 390 25 170 100000
Полутвердый 400 450 15
Жесткий 520 600 5
Оловянно-фосфорная бронза
Оловянно-цинковая бронза
КСн4-4-2.5
QSn4-3
Мягкий 260 300 38 140 100000
Жесткий 480 550 3~5  
Сверхтвердый 500 650 1~2 546 124000
Алюминиевая бронза QAl17 Отожженный 520 600 10 186
Неотожженный 560 650 5 250 115000~130000
Алюминиево-марганцевая бронза QAl9-2 Мягкий 360 450 18 300

Жесткий 480 600 5 500
Кремниево-марганцевая бронза QBi3-1 Мягкий 280~300 350~380 40~45 239 120000
Жесткий 480~520 600~650 3~5 540
Сверхтвердый 560~600 700~750 1~2
Бериллиевая бронза QBe2 Мягкий 240~480 300~600 30 250~350 117000
Жесткий 520 660 2 1280 132000~141000
Медно-никелевый сплав В19 Мягкий 240 300 25
Жесткий 360 450 3
Нейзильбер БЗн15-20 Мягкий 280 350 35 207
Жесткий 400 550 1 486 126000~140000
Сверхтвердый 520 650  
Никель Ni-3~Ni-5 Мягкий 350 400 35 70
Жесткий 470 550 2 210 210000~230000
Нейзильбер БЗн15-20 Мягкий 300 350 35
Жесткий 480 550 1
Сверхтвердый 560 650 1
Цинк Zn-3~Zn-6 120~200 140~230 40 75 80000~130000
Свинец Pb-3~Pb-6 20~30 25~40 40~50 5~10 15000~17000
Олово Сн1~Сн4 30~40 40~50 12 41500~55000
Титановый сплав ТА2 Отожженный 360~480 450~600 25~30
ТА3 440~600 550~750 20~25
ТА5 640~680 800~850 15 800~900 104000
Магниевый сплав МБ1 Холодное состояние 120~140 170~190 3~5 120 40000
МБ8 150~180 230~240 14~15 220 41000
МБ1 Предварительный нагрев до 300°C 30~50 30~50 50~52 40000
МБ8 50~70 50~70 58~62 41000
Серебро 180 50 30 81000
Заменимый сплав Ni29Co18 400~500 500~600
Медный константан БМ40-1.5 Мягкий 400~600
Жесткий 650
Вольфрам Отожженный 720 0 700 312000
Неотожженный 1491 1~4 800 380000
Молибден Отожженный 20~30 1400 20~25 385 280000
Неотожженный 32~34 1600 2~5 595 300000

Часто задаваемые вопросы о механических свойствах металлов

Что такое прочность металла?

Прочность металла относится к способности металлических материалов сопротивляться остаточной деформации и разрушению под действием внешней силы.

Поскольку режимы действия нагрузки включают растяжение, сжатие, изгиб, сдвиг и другие формы, прочность также делится на прочность на растяжение, прочность на сжатие, прочность на изгиб, прочность на сдвиг и так далее.

Часто существует определенная связь между различными силами. Как правило, предел прочности при растяжении (максимальное растягивающее напряжение, которое может выдержать образец до разрыва во время испытания на растяжение) используется в качестве основного показателя прочности.

Что включает в себя прочность металла?

Прочность металла относится к максимальной способности металлических материалов сопротивляться повреждению внешними силами.

Металлы имеют разную прочность.

Например:

Прочность на растяжение:

Код: σ б. Относится к пределу прочности внешней силы при растяжении.

Прочность на сжатие:

Код

σbc относится к пределу прочности при воздействии внешней силы.

Прочность на изгиб:

Код

σbb относится к предельной прочности на сдвиг, когда внешняя сила перпендикулярна оси материала и заставляет материал изгибаться после воздействия.

Для листового металла к прочности также относятся:

Прочность на сдвиг, предел текучести, ударные характеристики, внутренний и внешний изгиб и т. д.

Что такое предел прочности?

Прочность на растяжение, физический термин, представляет собой критическую величину перехода металла от равномерной пластической деформации к локальной сосредоточенной пластической деформации, а также максимальную несущую способность металла при статическом растяжении.

Прочность на растяжение – сопротивление максимально равномерной пластической деформации материала.До того, как образец на растяжение испытает максимальное растягивающее напряжение, деформация носит равномерный характер, но после превышения максимального растягивающего напряжения металл начинает усадку, т. е. концентрированную деформацию;

Для хрупких материалов без (или с очень небольшой) равномерной пластической деформацией отражает сопротивление материала разрушению.

Обозначается Rm (обозначение предела прочности при растяжении, указанное в старом национальном стандарте GB/T 228-1987, равно σb), в МПа.

Что такое прочность на сжатие?

Прочность на сжатие, код σ BC, относится к пределу прочности, когда внешняя сила оказывает давление.

Чтобы понять характеристики камня и его применимость в технике, сначала необходимо провести испытание камня на механическую прочность.

Наиболее важным испытанием на прочность является испытание на прочность при сжатии.

Что такое прочность на изгиб?

Прочность на изгиб относится к способности материалов сопротивляться изгибу и непрерывному растрескиванию. Он в основном используется для исследования прочности хрупких материалов, таких как керамика.

Как правило, для оценки используется трехточечный или четырехточечный метод испытаний на изгиб.

Четырехточечное испытание требует двух сил нагрузки, что является более сложным; Наиболее часто используется трехточечный тест.

Его значение прямо пропорционально максимальному давлению.

Чем отличается прочность металла от твердости

Понятия твердости и прочности разные, но они являются показателями для измерения механических свойств металлических материалов, которые могут быть преобразованы при определенных условиях.

Твердость: это способность металла сопротивляться вдавливанию твердых предметов в его поверхность. Он измеряет твердость и мягкость металла.

Обычно используемые индексы твердости: твердость по Бринеллю (HB), твердость по Роквеллу (HRC, HRB и HRA) и твердость по Виккерсу (HV).

Прочность: относится к способности металла сопротивляться остаточной деформации и разрушению под действием внешней силы. Он измеряет способность металла сопротивляться разрушению после выдерживания нагрузки.

Обычно используемые показатели прочности: предел текучести и предел прочности при растяжении.

Разница между прочностью металла и твердостью:

Твердость

в основном используется для проверки и контроля качества термообработки металлических деталей.

Прочность является важной основой для проектирования и выбора материалов основных деталей.

Какой самый прочный металл?

Самым прочным металлом является вольфрам , за ним следуют титан, тритий, осмий, железо, сталь, цирконий, хром, ванадий и тантал.

Прочность на растяжение и ударная вязкость

Прочность на растяжение и ударная вязкость являются двумя наиболее важными факторами, которые следует учитывать при выборе металла для конкретного проекта, особенно когда речь идет о конструкционных применениях. Крайне важно понять эти механические свойства и как их проверить, прежде чем выбрать правильный металл для вашего проекта.

Что такое предел прочности?

Прочность на растяжение — это измерение сопротивления металла деформации и разрушению, когда он подвергается нагрузкам, разрывающим его на части (известным как нагрузки на растяжение).Прочность материала на растяжение обычно измеряется в фунтах на квадратный дюйм (PSI) или в Паскалях (Па).

Прочность на растяжение бывает 3 типов:

  1. Предел текучести при растяжении.
  2. Предельная прочность на растяжение.
  3. Предел прочности при растяжении.

Предел текучести металла — это прочность, которой он обладает до тех пор, пока не начнет пластически деформироваться. Предел прочности металла на растяжение — это его наивысшая прочность на растяжение, которую обычно обнаруживают после начала пластической деформации.Прочность металла в точке окончательного разрушения известна как предел прочности при растяжении.

Проверка прочности на растяжение:

Для более точного измерения прочности материала на растяжение необходима машина для испытания на растяжение. Эта машина состоит из двух комплектов челюстей, блока управления и цилиндров, которые генерируют силу растягивающей нагрузки. Металлический образец загружается в челюсти для проведения исследования. В большинстве случаев металл обрабатывается так, чтобы он был прочнее в местах зажима губок, чем в середине.Блок управления активирует цилиндры, и один или оба комплекта зажимов начинают отдаляться друг от друга, вызывая растяжение металла. Данные о том, какое усилие было приложено, извлекаются из управляющего устройства до тех пор, пока материал не достигнет точки отказа.
Затем данные о силе объединяются с площадью поперечного сечения металла, чтобы определить силу на единицу площади, такую ​​как PSI или Па. Кривая напряжение-деформация может использоваться для отображения результатов испытаний на растяжение. Поскольку очень многие металлы подвергаются растягивающей нагрузке в течение срока службы, прочность на растяжение является механическим свойством, которое обычно регистрируется.Цепи для подъема или буксировки, крепежные детали при затягивании или конструкционные металлы в небоскребе, когда ветер увеличивает вес конструкции, — вот некоторые функциональные случаи, когда прочность на растяжение является критическим фактором.

Что такое понятие ударной вязкости?

Способность металла выдерживать энергию столкновения, предотвращая растрескивание или разрушение, называется ударной вязкостью. Ударная вязкость, также называемая твердостью, обычно измеряется в фут-фунтах или фут-фунтах, а также в джоулях на метр или Дж/м.

Испытание на ударную вязкость

Ударная вязкость может быть измерена различными способами. Тест Шарпи с V-образным надрезом является одним из наиболее часто используемых методов тестирования. Металлический образец подвергается механической обработке до размера, установленного стандартом, и в середине прецизионно обрабатываются надрезы для проведения исследования по Шарпи с V-образным надрезом. Это действует как геометрический концентратор напряжений, вызывая растрескивание вещества именно в том месте, которое требуется во время испытаний. Эта выемка должна быть обработана с большой точностью, потому что она имеет решающее значение для получения правильных тестовых данных.
Затем для анализа образца металла используется тестер Шарпи с V-образным надрезом. Тестер Шарпи с V-образным надрезом состоит из тисков для образцов и горизонтально расположенного маятника с известным весом.

Во время измерения маятник освобождается, и измеряется энергия, потребляемая металлом при ударе и деформации маятника. Затем количество потребляемой энергии объединяется с размерными значениями металла для определения ударной силы металла. Это испытание часто проводят при различных температурах, поскольку температура оказывает значительное влияние на ударную вязкость металла.Испытание на ударную вязкость по Изоду — еще один выбор для определения твердости.

Поскольку металлы подвергаются авариям и ударам, даже непреднамеренным, в слишком многих случаях, ударная вязкость является важным механическим свойством, которое необходимо понимать. Головка молотка, сталкивающаяся с человеком, штампы и долота — все это примеры ударных нагрузок, приложенных к металлам.

Pipingmart – портал B2B, специализирующийся на промышленной, металлической и трубопроводной продукции. Кроме того, делитесь последней информацией и новостями, касающимися продуктов, материалов и различных типов марок, чтобы помочь бизнесу в этой отрасли.

В чем разница между пределом прочности при растяжении и пределом текучести?

Два термина, с которыми вы сталкиваетесь при рассмотрении крепежных изделий, — это предел прочности при растяжении и предел текучести. Оба показывают прочность застежки. Но, несмотря на сходство этих терминов, они не взаимозаменяемы. Мы в Bossard хотим объяснить различия, чтобы вы могли принять взвешенное решение при выборе крепежа.

  • Вам не нужен крепеж, который слишком слаб для вашего применения.
  • Но вам также не нужна слишком прочная застежка, потому что вы тратите дополнительные деньги на прочность, которая вам не нужна.

Почему застежка похожа на пружину?

Застежка типа болта ведет себя так же, как пружина.

  • Когда вы используете застежку для зажима двух компонентов, они действуют как пружина сжатия.
  • При этом болт действует как пружина растяжения и растягивается, когда к нему прилагают усилие.

Если вы не перегрузите болт, он вернется к своей первоначальной длине, когда вы отпустите нагрузку.Но если вы перегружаете болт сверх его предела текучести, он не возвращается к своей первоначальной форме и испытывает необратимую деформацию.

Примирение

Точка, перед которой застежка ломается, указывает прочность на растяжение . Вы хотите ориентироваться на это число при выборе крепежа, который должен выдерживать огромные усилия.

Предел текучести  обычно включает 80 или 90 процентов предела текучести. Показатель текучести указывает на точку, в которой застежка начинает деформироваться.Полезным способом определения предела текучести болта на основе его прочности на растяжение является изучение его класса прочности.

  • Класс прочности 10.9: 9 после запятой означает, что предел текучести составляет 90 процентов предела прочности при растяжении.
  • Класс прочности 8.8: 8 после запятой показывает, что предел текучести составляет 80 процентов предела прочности при растяжении.

Пробная нагрузка

Третьим термином, который часто ассоциируется с крепежными элементами, является пробная нагрузка.Пробная нагрузка — это максимальная нагрузка, которую вы можете приложить к крепежному элементу, прежде чем он окончательно деформируется. Для крепежа Bossard вы можете найти значения предела прочности при растяжении, предела текучести и пробной нагрузки в техническом разделе нашего веб-сайта.

Для получения дополнительной информации о пределе прочности на растяжение и пределе текучести свяжитесь с нами сегодня по адресу [email protected]

Предел текучести

ПРЕДЕЛ ТЕЧЕНИЯ И ТЕРМИЧЕСКАЯ ОБРАБОТКА

Предел текучести является важным показателем для большинства инженерных разработок, на который влияют многие факторы, такие как качество сырья, химический состав, процесс формования, процесс термообработки и т. д.В данной статье представлен пример, показывающий влияние термической обработки на предел текучести легированной стали AISI 4140.

1. ПРЕДЕЛ ТЕКУЧЕСТИ

Предел текучести – это величина напряжения, при котором пластическая деформация становится заметной и значительной. Рис.1 представляет собой инженерную диаграмму напряжения-деформации при испытании на растяжение. Поскольку на кривой нет определенной точки, где заканчивается упругая деформация и начинается пластическая деформация, предел текучести выбирается равным пределу текучести, при котором происходит определенная величина пластической деформации.Для общего инженерного расчета предел текучести выбирают при пластической деформации 0,2 %. Предел текучести 0,2% или предел текучести при смещении 0,2% рассчитывают при смещении 0,2% от исходной площади поперечного сечения образца (s=P/A).

На стадии текучести материал деформируется без увеличения приложенной нагрузки, но на стадии деформационного упрочнения материал претерпевает изменения в своей атомарной и кристаллической структуре, что приводит к увеличению сопротивления материала дальнейшей деформации.

Предел текучести является очень важным значением при проектировании инженерных конструкций. Если мы проектируем компонент, который должен выдерживать силу во время использования, мы должны быть уверены, что компонент не деформируется пластически. Поэтому мы должны выбрать материал с высоким пределом текучести или сделать компонент достаточно большим, чтобы приложенная сила создавала напряжение ниже предела текучести. Напротив, предел прочности при растяжении относительно не важен для выбора и применения пластичных материалов, поскольку до того, как она будет достигнута, происходит слишком большая пластическая деформация.Однако предел прочности при растяжении может дать некоторое представление о материалах, таких как твердость и дефекты материала.

Рис. 1 Диаграмма напряжения – деформации

2. РАЗНИЦА В ПРЕДЕЛЕ ТЕКУЧЕСТИ (YS)

2.1 Разница в пределе текучести

В таблице 1 показаны различные значения предела текучести, полученные из легированной стали AISI 4140, но при различных термообработках.

2.2 Влияние состава на разницу YS

Состав влияет на предел текучести только за счет изменения легирующих элементов, таких как углерод (C), хром (Cr), марганец (Mn), молибден (Mo), никель (Ni) и кремний (Si).Легирующие элементы, благоприятно влияющие на прочность, прокаливаемость, ударную вязкость и обрабатываемость, приведены ниже.

AISI 4140 — сталь с низким содержанием хрома и молибдена. Его стандартный и помольный составы приведены в таблице 2.

Данные в таблице 2 показывают, что все материалы соответствуют спецификации. Цифры 3 и 4 показывают, что материалы изготовлены из одной партии слитков одинакового состава.Однако предел текучести между № 3 и № 4 сильно различается. № 3 и 4 имеют идентичный состав, но подвергались термообработке только с помощью разных термообработчиков. Явным признаком является то, что разница в пределе текучести возникла из-за различных процессов термообработки, а не из-за состава материала.

Сравнение между двумя поставщиками металла также показывает, что разница в пределе текучести была связана в основном с поставщиками термообработки, а не с поставщиками металла и/или составом.Кроме того, в широко применяемой стали AISI 4140 редко присутствуют дефекты материала, такие как сегрегация и включения.

2.3 Влияние процесса термообработки на разницу YS

Процесс термообработки с закалкой и отпуском для стали AISI 4140 вызывает микроструктурные изменения в стали. Несомненно, разница в пределе текучести была обусловлена, главным образом, различиями в микроструктуре, обусловленными различными параметрами термообработки, используемыми поставщиками услуг по термообработке.Основные регулируемые параметры термообработки включают температуру аустенизации, время выдержки, закалочную среду, температуру и время отпуска. Они влияют на микроструктуру, размер зерна и, в конечном итоге, на механические свойства деталей, включая предел текучести и твердость. Подсчитано, что основные различия в параметрах обработки, используемые поставщиками термообработки, связаны с температурой аустенизации, временем выдержки, контролем закалки и температурой отпуска.

2.4 Влияние микроструктуры на разницу YS

Механические свойства стали тесно связаны с ее микроструктурой. Подсчитано, что возможная микроструктура материала AISI 4140, закаленного в масле, состояла из бейнита вместе с мартенситом из-за низкого предела текучести образцов, полученных при термообработке 4 (h5). Для высоких пределов текучести под номерами с 1 по 3 разница в микроструктурных фазах возникла из-за различных параметров термообработки, используемых специалистами по термообработке.Считается, что основными используемыми дифференциальными технологическими параметрами являются температура аустенизации, время выдержки, температура закалочного масла и температура отпуска.

В отпущенном состоянии микроструктура состоит из вышеуказанной матрицы с равномерным распределением карбидов. Податливость материала в отпущенном состоянии сильно зависит от расстояния между частицами карбида.

2.5 Влияние размера зерна на предел текучести YS

Размер зерна, один из параметров микроструктуры, оказывает особенно значительное влияние на предел текучести.Для AISI 4140 предел текучести обычно имеет тенденцию к уменьшению с увеличением размера зерна почти так же, как и ударная вязкость.

В целом, при уменьшении среднего размера зерна металл становится прочнее (более устойчив к пластическому течению), а при увеличении размера зерна происходит обратное влияние на прочность. Разница в размере зерна вызвана, главным образом, различными параметрами термообработки и/или, возможно, первоначальным размером зерна материала перед закалкой.

Влияние размера зерна на предел текучести, sy, определяется уравнением Холла-Петча для конструкционных сталей:

где:

  • таково сопротивление решетки, т.е.е. напряжение трения, препятствующее движению дислокации
  • k — константа, иногда называемая термином блокировки дислокации
  • .
  • d – размер зерна феррита

Зависимость между размером зерна и пределом текучести для простой углеродистой стали схематически показана на рис.2.

Рис. 2 Зависимость, показывающая влияние размера зерна на предел текучести

Результаты, представленные многими исследователями, показывают, что предел текучести сначала увеличивается в соответствии с уравнением Холла-Петча, но по мере уменьшения размера зерна до нанодиапазона он будет отклоняться и уменьшаться.

Разница в размере зерна также должна быть связана с различными параметрами термообработки, особенно с температурой и временем аустенизации, и/или, возможно, с исходным размером зерна материала перед закалкой.

3. ПРЕДЕЛ ТЕКУЧЕСТИ ПО ТВЕРДОСТИ

3.1 Твердость в зависимости от предела прочности при растяжении

Твердость стали – это ее сопротивление поверхностному вдавливанию в стандартных условиях испытаний. И твердость, и предел прочности при растяжении являются показателями сопротивления металла пластической деформации.Следовательно, они примерно пропорциональны. Обычно корреляция между твердостью и пределом прочности при растяжении приводится во многих учебниках для приблизительной оценки предела прочности стали при растяжении по ее значению твердости. Корреляция твердости с пределом прочности при растяжении в целом хорошая (разница обычно менее ± 10 %)

Наиболее часто используемые тесты на твердость, Роквелла, Бринелля, Виккерса и Кнупа — это тесты, в которых закаленный шарик или алмаз вдавливаются в сталь и каким-то образом измеряется глубина проникновения.В испытаниях по Роквеллу испытательные машины автоматически определяют глубину проникновения и предоставляют числовое значение твердости в соответствующей шкале. В тестах Бринелля, Виккерса и Кнупа измеряется горизонтальный размер отпечатка и преобразуется в число твердости. Однако горизонтальный размер отпечатка геометрически связан с глубиной отпечатка, поэтому эти тесты по-прежнему являются измерениями глубины проникновения в сталь.

Вдавливание твердомерного индентора в сталь включает пластическую деформацию (движение) стали в месте вдавливания индентора.Пластическая деформация стали является результатом превышения прочности стали. Следовательно, чем меньше сталь пластически деформируется при испытании индентором на твердость, тем выше прочность стали. В то же время меньшая пластическая деформация приводит к меньшему отпечатку твердости, и, таким образом, результирующее число твердости для любого из обсуждаемых испытаний выше. Отсюда и соотношение: чем выше твердость, тем выше прочность.

3.2 Предел текучести в зависимости от предела прочности при растяжении

Для низколегированной стали предел текучести обычно составляет около 75-90% от предела прочности при растяжении.Сопоставимый показатель для мягкой стали составляет около 65-75%. Для отожженной аустенитной нержавеющей стали предел текучести составляет очень низкую долю предела прочности при растяжении, как правило, только 40-45%, но только несколько % холодной обработки увеличивают предел текучести на 200 или 300 МПа, а в сильно холоднодеформированном материале как проволока или полоса из пружинной закалки, предел текучести обычно составляет около 80-95% предела прочности на растяжение.

При более высоком содержании углерода увеличение прочности на разрыв более чем в три раза превышает увеличение предела текучести.Таким образом, характерной особенностью современной низкоуглеродистой стали HSLA является высокое отношение предела текучести к пределу прочности (Y/T), которое даже увеличивается, если более высокий предел текучести достигается за счет измельчения зерна. Однако отношение текучести к пределу прочности при растяжении не является величиной, подходящей для характеристики требований безопасности.

3.3 Предел текучести в зависимости от твердости

Соответствующая корреляция твердости с пределом текучести несколько менее впечатляющая, но все же разумная (разница обычно в пределах ± 15 %).

Данные в таблице 1 показывают, что предел текучести имеет более высокую вариацию по сравнению с разницей в значениях твердости. При грубой корреляции твердости с пределом текучести с использованием таблиц преобразования нормальной твердости и предела прочности на растяжение считается, что более широкие колебания предела текучести при одинаковых уровнях твердости были вызваны главным образом (1) микроструктурными различиями, включая фазы, размер и распределение отпущенного карбида и размер зерна и (2) ошибки теста на нормальную твердость соответствующего поставщика термообработки.

В результате отпуска однофазный закаленный мартенсит превращается в отпущенный мартенсит, состоящий из стабильной ферритной и карбидной фаз. Микроструктура мартенсита отпуска должна состоять из чрезвычайно мелких и равномерно распределенных карбидных частиц. Чем мельче карбиды и размер зерна, тем выше предел текучести. Отпуск определяет размер частиц карбида. Повышение температуры отпуска на заданное время ускорит диффузию, но приведет к укрупнению карбида и зерна, а материал станет немного мягче.В этом случае предел текучести снизится больше, чем твердость.

4. ПРЕДЕЛ ТЕКУЧЕСТИ В СООТВЕТСТВИИ С ТРЕБОВАНИЯМИ

4.1 Коэффициент запаса прочности (FS) в конструкции

Коэффициент запаса прочности представляет собой отношение предельного напряжения к допускаемому напряжению:

FS = предельное напряжение/допустимое напряжение

Где:

  • Предельное напряжение: максимальное напряжение, которое элемент может выдержать до разрушения
    (может быть предел прочности при растяжении или предел текучести)
  • Допустимое напряжение: максимальное напряжение, на которое рассчитан элемент.

FS используется для предотвращения разрушения конструкции.Инженер-конструктор стремится обеспечить, чтобы компонент не разрушался и не подвергался необратимому изменению своих размеров под действием приложенной нагрузки. Следовательно, возникающее напряжение не должно превышать предел упругости материала. Однако для пластичных материалов предел текучести или испытательное напряжение часто используется в целях проектирования. Кроме того, поскольку прочность материала на растяжение может быть легко определена, общепринятой практикой является использование этого показателя вместе с коэффициентом запаса прочности в качестве основы для проектирования.

FS, используемый в каждом конкретном случае, зависит от обстоятельств и зависит от

  • Тип нагрузки, т. е. статическая или динамическая,
  • Тип материала,
  • Возможность дефектов материала,
  • Вероятная скорость износа материала (из-за износа или коррозии),
  • Последствия сбоя.

Для стали коэффициенты безопасности могут варьироваться от примерно 3 для условий статической нагрузки до примерно 15 для ударных нагрузок.Более высокие коэффициенты безопасности (например, 20) могут использоваться там, где есть знакопеременные напряжения с последующей опасностью усталости металла.

При инженерном проектировании компонент часто подвергается напряжению до 80 % предела текучести, даже намного ниже, до 60 % его предела текучести.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

  • Различия в пределе текучести в основном связаны с различиями в микроструктуре, вызванными различными параметрами термообработки, используемыми поставщиками термообработки, а не поставщиками металла и/или составом, а также дефектами металла.
  • Основными различиями в параметрах обработки, используемых поставщиками термообработки, считаются, главным образом, температура аустенизации, время выдержки, контроль закалки и температура отпуска, что приводит к изменениям микроструктуры, особенно смеси фаз, размеру и распределению карбидов и размеру зерна.
  • Корреляция твердости с пределом прочности, как правило, хорошая (разница обычно менее ± 10 %), но соответствующая корреляция твердости с пределом текучести несколько менее впечатляющая, но все же приемлемая (разница обычно в пределах ± 15 %).Предел текучести обычно составляет около 75-90% от предела прочности низколегированных сталей. Однако отношение текучести к пределу прочности при растяжении не является величиной, подходящей для характеристики требований безопасности.

НОМЕР

  • R E Smallman, Modern Physical Metallurgy, Butterworths, 1985.
  • Спецификация аэрокосмических материалов, AMS 6349A, сталь SAE 4140, пересмотренная 1-1-88.
  • В. Ф. Смит, Принципы материаловедения и инженерии, McGraw-Hill, 1990.
  • Д. Дж. Дэвис и Л. А. Олманн, Структура, свойства и термообработка металлов, Pitman Books Ltd, 1983.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.