В чем измеряется предел текучести: Предел текучести

alexxlab | 16.01.1974 | 0 | Разное

Предел текучести

Предел текучести при растяжении указывает на то, при каком значении напряжения предел прочности при растяжении остается постоянным или уменьшается, несмотря на рост удлинения. Иными словами, предел текучести наступает тогда, когда происходит переход из области упругой в область пластической деформации материала. Предел текучести также можно определить только путем тестирования стержня болта.

Предел текучести при растяжении измеряется в H/мм² или МПа и обозначается:

• σт или ReL для крепежа, произведенного в соответствии с ГОСТ-стандартом;
• ReL для крепежа, произведенного в соответствии с DIN-стандартом.

 

Прочностные характеристики болта закодированы в классе прочности изделия. Для болтов это две цифры, разделенные точкой.

Обозначение класса прочности состоит из двух цифр:

а) Первая цифра обозначения, умноженная на 100 (×100) соответствует значению предела прочности на разрыв (временному сопротивлению) 

σ(Rm) в Н / мм².

б) Вторая цифра обозначения соответствует 1/10 отношения номинального значения предела текучести к временному сопротивлению в процентах. Произведение указанных двух цифр соответствует 1/10 номинального значения предела текучести σт (ReL) в Н/мм²

 

Пример 1: Болт М10х50 кл. пр. 8.8

Предел прочности на разрыв σB. (Rm) = 8х100= 800 Н/мм² (МПа),

Предел текучести σт (ReL) = 8х8х10 = 640 Н/мм² (МПа).

Соотношение σт (ReL)  /σ.(Rm) = 80%

Разрушающая нагрузка Рр = σB.(Rm) ×А_s

 = 800×58,0= 46400 Н.

Нагрузка на пределе текучести Рт = σт (ReL) × А_s = 640×58,0= 37120 Н.

где А_s — номинальная площадь сечения.

Примечание:

Временное сопротивление на разрыв по некоторым болтам может быть закодировано в трехзначном числе. Умножение трехзначного числа на 10 позволяет определить предел прочности на разрыв (временное сопротивление) σB (Rm) в Н/мм².

 

Пример 2: Болт М24х100.110 ГОСТ 22353-77

σB (Rm) = 110х10 = 1100 Н/мм 2 (МПа).

Справочно:

Перевод единиц измерения: 1 Па = 1Н/м²; 1 МПа = 1 Н/мм² = 10 кгс/см²

предел прочности и текучести металла

Диаграмма деформации показывает зависимость изменения длины образца при постепенном возрастании величины прилагаемого усилия (рис. 21).

В первый момент испытания длина образца увеличивается пропорционально нагрузке — чем больше растягивающее усилие, тем больше увеличение длины.

При этом образец деформируется упруго, т. е. при устранении нагрузки образец примет свою первоначальную длину. Такая деформация носит название упругой деформации.

При достижении нагрузкиP_s в металле возникает заметная пластическая деформация — сдвиги слоев металла относительно друг друга, и при устранении нагрузки образец не принимает своей первоначальной длины.

Нагрузка, отвечающая этому моментуP_s, называетсянагрузкой предела текучести.

Предел текучести металла

Отношение этой нагрузки к площади поперечного сечения называютпределом текучести.

гдеF₀ — первоначальная площадь поперечного сечения образца в мм².

Как видно из формулы, предел текучести измеряется в кг/мм².

Величины, выраженные в таких единицах, называют

напряжением.

Таким образом, пределом текучести называют напряжение, при котором начинает развиваться заметная пластическая деформация.

При дальнейшем увеличении нагрузки за пределом текучести прямолинейной зависимости между нагрузкой и длиной образца уже нет. Наконец наступает такой момент, когда нагрузка начинает падать, а в образце намечается образование сужения поперечного сечения (образование шейки).

Предел прочности металла

Максимальную нагрузку, которую выдержал образец, называют нагрузкой предела прочности, а напряжение, отвечающее этой максимальной нагрузке, — пределом прочности.

Таким образом, пределом прочности называют максимальное напряжение, выдержанное образцом.

Дальнейшее растяжение образца сопровождается образованием все более сужающейся шейки и падением нагрузки. Вслед за этим наступает разрушение образца.

Пределы прочности и текучести характеризуют

прочность материала.

§

Предел текучести | Мир сварки

 Предел текучести

Предел текучести (σ_т) – механическое напряжение, отвечающее нижнему положению площадки текучести на диаграмме деформирования материала. В случае, если такая площадка отсутствует, что характерно, например, для хрупких тел, вместо σ_т используется условный предел текучести σ_0,2 (читается: сигма ноль-два), который соответствует напряжению, при котором остаточная (пластическая деформация) составляют 0,2 % от длины испытываемого образца.

Предел текучести измеряется:

1 кгс/мм² = 10^-6 кгс/м² = 9,8·10⁶ Н/м² = 9,8·10⁷ дин/см² = 9,81·10⁶ Па = 9,81 МПа.

Предел текучести

Материал	σт
	кгс/мм2	107 Н/м2	МПа
Алюминий отожженный	5,74-6,56	5,63-6,44	56,3-64,4
Ванадий отожженный	53,2	52,2	522
Вольфрам отожженный	11	10,8	108
Индий	3,1	3	30
Магний литой	11,4	11,2	112
Медь деформированная	6,98	6,85	68,5
Молибден литой	30	29,4	294
Никель отожженный	20,9	20,5	205
Олово литое	1,19	1,17	11,7
Свинец литой	0,50-1,00	0,49-0,98	4,9-9,8
Титан отожженный	7,6	7,5	75
Цирконий	11,5	11,3	113

 Литература

1. Таблицы физических величин. Справочник / Под ред. И.К. Кикоина. М., Атомиздат. 1976, 1008 с.

Определение предела текучести стали – Токарь Мастер

Определение предела текучести стали, чугуна: измерение напряжений

Прокатное производство включает изготовление различных марок конструкционных сталей, каждая из которых обладает индивидуальными механическими характеристиками.

В процессе эксплуатации стальные сооружения подвергаются в разной степени нагрузкам на изгиб и сжатие, растяжение и удары и только от механических свойств металлов зависит степень их прочность и стойкость.

Чтобы сделать правильные расчеты, применяется специальная расчетная формула.

Виды деформации стали

Тяжелым конструкциям необходимо придать дополнительную прочность и надежность, в связи с чем к свойствам используемых для изготовления металлов предъявляются особые требования.

При расчете размеров конструкции важную роль играет снижение массы сооружения без потери его несущих способностей. Используемые для изготовления металлических сооружений конструкционные металлы должны иметь достаточно высокие показатели прочности и хорошую пластичность.

Сопротивляемость деформации и разрушению под воздействием внешней нагрузки во многом зависит от того, какими свойствами наделен металл

. В производстве стали деформация встречается в двух видах: упругой и пластической.

Описываются они разными характеристиками. Сегодня для испытания образцов металлов применяют несколько методик, которые определяют значения пропорциональности, упругости, текучести и других важных характеристик.

Современное определение стали звучит как твердый сплав железа с углеродом, процентным содержанием которого и обусловлены основные свойства стали.

Чем выше содержание углерода, тем металл прочнее и тверже, но ниже вязкость и пластичность.

Поэтому так важно правильно рассчитать соотношение этих показателей для производства тех или иных изделий из стали. Маркировать стали принято каждую группу по-разному.

Конструкционная углеродистая сталь маркируется буквами Ст и цифровыми обозначениями от 1 до 9, а также двумя буквами в зависимости от способа раскисления металла (ст.3кп):

1. кп — кипящая;
2. пс — полуспокойная;
3. сп — спокойная.

Качественная — цифрами двузначными: 05,08,10,… 45…, что указывает на среднее количество углерода в составе стали.

Предел текучести стали

Граничный предел пропорциональности стали определяет напряжение, при котором действует закон Гука, согласно с которым деформация, возникшая в упругом теле, пропорциональна приложенной к нему силе. Если напряжение меняется, этот закон теряет актуальность.

Немаловажной физической величиной, участвующей в формуле при расчете прочности конструкции, является предел текучести металла.

Когда металлом достигается физический предел, даже самое малое поднятие напряжения способно удлинить образец, который начинает как бы течь, откуда и произошло его обозначение.

В связи с этим граница текучести стали показывает критическое напряжение, когда материал деформируется уже без увеличения нагрузки.

Единица, в которой производится измерение предела текучести будет называться Паскаль (Па) либо МегаПаскаль (МПа). Преодолевший этот предел образец получает необратимые изменения — разные степени деформации, нарушение структурного строения кристаллической решетки, различные пластические преобразования.

Если при увеличении растягивающего значения силы пройдена площадка текучести, деформация металла усиливается. На диаграмме это представляется в виде горизонтально расположенной прямой, на которой может измеряться напряжение, максимально получаемое после остановки усиления нагрузки. Так называемый предел текучести Ст 3 составляет 2450 кг/кв.см.

Этот показатель отличается у различных марок стали и может меняться от применения разных температурных режимов и типов термообработки. Чтобы иметь возможность точно определить предел текучести стали таблица используется, где в зависимости от марок сталей приведены величины пределов текучести. Как пример, по данным таблицы сталь 20 предел текучести имеет 250 МПа, а сталь 45 — 360.

При проведении испытаний некоторые металлы на диаграмме имеют слабо выраженную площадку тягучести либо она вовсе отсутствует, поэтому к ним применяется условный предел тягучести.

Материалы, на которые распространяется применение условного предела текучести, это в основном представители высокоуглеродистых и легированных сталей, дюралюминий, чугун, бронза и многие другие.

Предел упругости

Весьма важной составляющей механического состояния металлов является предел упругости стали. С его помощью устанавливается предельно допустимый уровень нагрузок при эксплуатации металла, когда им испытываются незначительные деформации в допустимых значениях.

Конструкционные материалы в себе должны сочетать высокие пределы тягучести, при которых они смогут выдерживать серьезные нагрузки, и иметь достаточную упругость, которая обеспечит необходимую жесткость изготовляемой конструкции. Сам модуль упругости обладает одинаковой величиной при растяжении и сжатии, но иметь совершенно отличные пределы упругости — так что одинаково жесткие конструкции диапазоны упругости могут иметь абсолютно разные.

При этом металл в упругом состоянии макропластических деформаций не получает, хотя в его отдельных микроскопических объемах локальные деформации вполне могут иметь место. Благодаря им происходят неупругие явления, серьезно воздействующие на поведение отдельных металлов в состоянии упругости.

При этом нагрузки статические приводят к возникновению гистерезисных явлений, релаксации и упругого последействия, в то время как нагрузки динамические провоцируют появление внутреннего трения.

В процессе релаксации происходит несанкционированное снижение напряжения. Это приводит к проявлению остаточной деформации, когда активная нагрузка уже не действует. При наступлении внутреннего трения происходит потеря энергии. Это вызывает необратимые последствия, которые характеризуются декрементом затухания и коэффициентом внутреннего трения.

Такие металлы активно гасят вибрацию и сдерживают звук, например, серый чугун, или свободно распространяют колебания, как это делает колокольная бронза. С повышением температурного воздействия упругость металлов снижается.

Предел прочности

Предел прочности стали, который возникает после прохождения его границы текучести и позволяет образцу вновь начать сопротивление к растяжению, отображается на графике линией, которая поднимается уже более полого.

Наступает фаза временного сопротивления действующей постоянной нагрузке. При применении максимума напряжения в точке предела прочности возникает участок, где площадь сечения уменьшается, а шейка значительно сужается.

При этом испытываемый образец разрывается в наиболее узком месте, его напряжение снижается и значение величины силы уменьшается. Предел прочности для ст. 3 составляет 4000−5000 кГ/кв.см.

Источник: https://remoskop.ru/opredelenie-predela-tekuchesti-stali-vspomogatelnyie-tablitsyi.html

Способ определения предела текучести материала

Изобретение относится к области испытания физико-механических свойств материалов, в частности к способам определения предела текучести металлов.

Известен способ определения предела текучести материала по твердости на пределе текучести, заключающийся в получении на образцах определенного материала зависимости между твердостью, измеренной с созданием в лунке деформации, равной 0,2%, и пределом текучести образцов, измерении твердости на пределе текучести и определении предела текучести с помощью полученной зависимости (см. Марковец М.П. Определение механических свойств металлов по твердости. – М.: Машиностроение, 1979. – С.61-64).

Недостатком известного способа является сложность определения точной величины степени деформации в лунке вследствие неравномерности распределения напряжений и деформаций на ее поверхности.

Известен способ определения предела текучести в процессе статических испытаний на растяжение, заключающийся в отборе фрагментов материала из изделия, изготовлении из них образцов, нагружении образцов в разрывной испытательной машине, измерении деформации образца в процессе нагружения и определении напряжения, считающегося пределом текучести, при достижении площадки текучести, характеризуемой ростом деформации без заметного увеличения нагрузки (см. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. – М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1979. – С.53).

Недостатками известного способа являются:

1. Низкая точность определения предела текучести при отсутствии площадки текучести у материала (например, при испытании малоуглеродистых конструкционных сталей). При этом определяют условный предел текучести при относительной деформации образца 0,2% с применением тензометров или по диаграмме растяжения графическим способом.

2. Невозможность оценки стабильности свойств материала изделия, для чего требуется проведение испытаний серии образцов, так как в ходе однократного испытания определяется среднее значение предела текучести в наименее прочном сечении данного образца.

Известен способ определения предела текучести материала, взятый нами за прототип, заключающийся в подготовке гладкой поверхности образца материала, ступенчатом нагружении образца внешней растягивающей силой, выявлении полос скольжения, регистрации того значения силы, при котором наблюдается появление полос скольжения [см. Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. – М.: Наука. Главная редакция физико-математической литературы, 1979. – С.57].

Недостатками прототипа являются:

1. Необходимость наличия сложного оптического оборудования.

2. Невозможность наблюдения за процессом в динамике его развития, так как для выявления полос скольжения требуется химическое травление поверхности.

В качестве разъяснения сути предлагаемого способа приводим следующее.

Известно, что начало пластического течения, характеризуемое пределом текучести, связано со сложными процессами изменения дислокационной структуры материала при увеличивающихся напряжениях.

В силу того, что структура конструкционных сталей разнородна (гетерогенна), разные участки образца имеют различные характеристики механических свойств, разную сопротивляемость деформациям, то есть различные величины предела текучести.

Поэтому, в ходе нагружения образец деформируется неоднородно. Это приводит к тому, что при поэтапном приращении нагрузки в каком-то наиболее слабом месте образца появляются первичные системы (линии) скольжения, соответствующие начальным пластическим деформациям.

В других местах образца при данной нагрузке линий скольжения пока нет.

С увеличением нагрузки первичные линии скольжения появляются и в других местах образца, а в месте первого появления линии скольжения прогрессируют, число дислокаций увеличивается, появляются развитые нарушения, дефекты сплошности, соответствующие развитым пластическим деформациям.

Таким образом, величина нагрузки (или механические напряжения), при которой появляются линии скольжения в конкретном месте образца, характеризует предел текучести материала определенного конкретного места на образце.

При этом в месте с наибольшей концентрацией дислокации материал разупрочняется, что приводит к уменьшению микротвердости.

В другом месте материал может несколько упрочняться за счет блокирования дислокации примесными атомами, что приводит к увеличению микротвердости.

Происходит увеличение вариации микротвердости относительно первоначального (исходного – до нагружения) среднего значения, что можно выявить по увеличению дисперсии выборки измеренных значений.

Технической задачей изобретения является установление предела текучести материала путем измерения твердости взамен выявления линий скольжения оптическим способом.

Цель изобретения – оценка стабильности механических свойств материала по пределу текучести в ходе испытаний одного образца.

Поставленная задача решается тем, что в известном способе определения предела текучести материала, включающем подготовку гладкой поверхности образца, ступенчатое нагружение образца внешней растягивающей силой, согласно изобретению, перед нагружением на поверхности образца размечают не менее трех областей измерения микротвердости, которую измеряют на каждой ступени нагружения, вычисляют дисперсию результатов измерений в каждой области и определяют предел текучести материала образца по увеличению дисперсии на величину не менее 20% от значения, полученного на предыдущем этапе нагружения.

Способ поясняется чертежом. На чертеже представлен эскиз образца 1, на котором изображены участки зажима 2 в захватах разрывной машины (на чертеже не показана), области измерения твердости 3 (№1, №2, №3, №4) и место разрушения образца 4.

Способ реализуется следующим образом.

Из фрагмента материала вырезают образец 1. Шлифованием готовят поверхность образца до гладкого состояния.

На подготовленной поверхности в пределах рабочей части образца длиной 2/3 от длины всего образца, размещенной по центру образца, отмечают не менее трех областей для измерения твердости. Зажимают участки зажима 2 образца 1 в захватах разрывной машины. Ступенчато нагружают образец.

При этом на каждом шаге нагружения в каждой из областей измеряют микротвердость поверхности не менее 50 раз. Замеры твердости делают произвольно по всей поверхности области, преимущественно в разных точках.

Считают дисперсию результатов измерения на каждом шаге нагружения в каждой области. При увеличении дисперсии на величину более чем 20% от значения, полученного на предыдущем шаге нагружения, считают, что в данной области металла достигнут предел текучести.

Пример

Необходимо определить предел текучести материала труб газопроводов, изготовленных из стали марки 17Г1С, не имеющей выраженной площадки текучести. Из трубы вырезают фрагмент металла и фрезерованием доводят его до формы параллелепипеда длиной 280 мм, шириной 50 мм, толщиной 5 мм.

Среднюю часть одной из сторон образца на длину около 200 мм шлифуют мелкозернистой наждачной бумагой до шероховатости поверхности не более Rz=10. С помощью маркера отмечают на шлифованной поверхности образца четыре области измерения твердости размерами 45×45 мм. Зажимают участки зажима 2 образца в захватах разрывной машины МР-100.

Ступенчато нагружают образец растягивающей нагрузкой с шагом 1,25 кН, при этом напряжения в образце ступенчато увеличиваются на 5,0 МПа. На каждом шаге нагружения измеряют микротвердость шлифованной поверхности в каждой из областей не менее 50 раз. С помощью программы Microsoft Excel определяют дисперсию результатов измерения твердости на каждом шаге нагружения в каждой области (см.

таблицу). Устанавливают, что при увеличении напряжения в образце с 330 до 335 МПа в области №2 дисперсия показаний микротвердости увеличивается с 59,236 до 75,822, т.е. изменение составляет более 28%. При этом считают, что в области №2 образца при напряжении 335 МПа достигнут предел текучести. Далее по полученным данным (см.

таблицу) определяют, что предел текучести металла в области №3 – 340 МПа, области №1 – 345 МПа, области №4 – 350 МПа. Таким образом, установлено, что предел текучести для данного материала может изменяться в пределах 335-350 МПа.

Дальнейшее увеличение нагрузки привело к разрушению образца. Место разрушения 4 проходит через область №2, в которой и зафиксирован минимальный предел текучести для данного образца материала. Графическим способом по величине относительной деформации 0,2% определили условный предел текучести всего образца, равный 370 МПа.

Результаты вычислений дисперсии чисел твердости, измеренных на различных ступенях нагружения в четырех областях образца.
Напряжения в образце, МПа	Дисперсия измеренных значений твердости
Область №1	Область №2	Область №3	Область №4
300	46,751	46,458	44,528	43,574
305	48,589	49,568	44,489	45,442
310	49,569	50,104	47,552	44,648
315	52,630	53,189	51,307	46,081
320	52,126	54,468	54,421	48,266
325	57,454	58,744	55,454	54,639
330	60,256	59,236	58,260	55,790
335	62,542	75,822	59,867	64,111
340	63,145	77,569	59,236	78,024
345	79,832	79,124	63,781	81,903
350	82,541	84,589	77,308	86,667

Эффект изобретения проявляется в том, что в ходе испытания одного образца с помощью статической растягивающей нагрузки возможно определить предел текучести для конструкционных материалов, к которым относятся трубные стали, не имеющие площадки текучести, оценить стабильность свойств испытываемого материала по расхождению установленных пределов текучести в пределах одного образца, упростить реализацию способа за счет применения не сложного измерительного оборудования.

Способ определения предела текучести материала, включающий подготовку гладкой поверхности образца и ступенчатое нагружение образца внешней растягивающей силой, отличающийся тем, что перед нагруженнием на поверхности образца размечают не менее трех областей измерения микротвердости, которую измеряют на каждой ступени нагружения, вычисляют дисперсию результатов измерений в каждой области и определяют предел текучести материала образца по увеличению дисперсии на величину не менее 20% от значения, полученного на предыдущем этапе нагружения.

Источник: http://www.FindPatent.ru/patent/233/2339017.html

Взаимосвязь напряжения текучести с твердостью и пределом прочности

Связь между напряжением текучести и пределом прочности устанавливается по зависимости между экстраполированным пределом текучести и σB. Поскольку по экстраполированному пределу текучести можно достаточно точно определить напряжение текучести для большинства материалов, начиная со степени деформации , то такое допущение можно считать оправданным.

Ниже рассмотрены зависимости между пределом прочности и экстраполированным пределом текучести кривых упрочнения при растяжении первого рода и при сжатии второго рода.

Экстраполированный предел текучести у кривых упрочнения первого рода при растяжениинаходится по пересечению касательной к кривой упрочнения в точке начала образования шейки с осью ординат.

У кривых упрочнения второго рода при сжатии экстраполированный предел текучести S0 (см. рис.

1) представляет собой напряжение, соответствующее по величине отрезку ординаты, отсекаемому прямой, являющейся продолжением участка III кривой упрочнения.

Согласно теоретическим выкладкам М. П. Марковца для материалов, у которых равномерное относительное поперечное сужение ΨB не более 0,15, разница между экстраполированным пределом текучести определеннымпо кривым упрочнения при растяжении, и пределом прочности σB не превышает 3%, а при ΨB до 0,2 — не более 7%. При этомвсегда должно быть меньше величины σB.

Теоретически установленную зависимость междуи σB М.П. Марковец подтвердил экспериментально.

Было показано, что независимо от рода материала (цветные и черные металлы), вида предшествующей термической обработки (отжиг, нормализация, закалка, закалка + отпуск) и прочности ( изучаемых материалов составлял 20-180 кГ/мм2) отношениедля материалов с до 15% близко к единице (рис. 1). Только для латуни и аустенитной стали ЭИ69, у которых величина ΨB доходит до 30%, это соотношение составляет 1,2-1,3.

П. Марковцем также была проведена большая работа по сопоставлениюи σB по экспериментальным данным других исследователей — Н. Н. Давиденкова, Кербера и Роланда.

Было установлено, что данные различных авторов, полученные экспериментально в разных лабораториях над огромным количеством металлов н сплавов (алюминии, меди и их сплавах, углеродистых и легированных сталях) при комнатных и повышенных температурах (от 20 до 300°С), подтверждают теоретически установленную закономерность для металлов и сплавов, у которых ΨB не превышает 15%.

Экспериментально определим взаимосвязь между экстраполированным пределом текучести при сжатии S0 и σB. В качестве исследуемого материала служили углеродистые и легированные горячекатаные и термически обработанные стали (табл. 1).

Кривые упрочнения строили по результатам осадки образцов с торцовыми цилиндрическими выточками. Результаты сравнения графически изображены на рис. 1, из которого видно, что между величинами S0 и σB независимо от марки изделия и вида, и режима предварительной обработки имеется линейная зависимость.

Математическая обработка экспериментальных данных показывает, что S0 в среднем меньше σB примерно на 6%, т. е.

Полученные экспериментальные данные согласуются с экспериментальными и теоретическими данными М. П. Марковца о зависимости между экстраполированным пределом текучести при растяжениии σB в том смысле, что S0 меньше σB примерно на ту же величину.

Таблица 1

Химический состав и вид предшествующей обработки сталей, для которых устанавливали зависимость между экстраполированным пределом текучести при сжатии S0 и пределом прочности σB

СтальПредшествующая обработкаСодержание элементов в %CMnSiCrNiMo

10	Горячая прокатка	0,11	0,45	0,21	–	–	–
15	То же	0,15	0,43	0,27	–	–	–
20	»	0,19	0,37	0,37	–	–	–
15Х	»	0,13	0,42	0,32	0,90	–	–
20Х	»	0,24	0,67	0,25	0,91	–	–
45Х	»	0,44	0,61	0,19	0,90	–	–
12ХНЗА	»	0,13	0,26	0,64	2,95	–
12ХНЗА	Отжиг, нормализация	0,16	0,40	0,36	0,66	2,81	–
40ХНМА	Отжиг, нормализация, улучшение (t0 mn=600°С)	0,37	0,60	0,24	0,66	1,39	0,15-0,25

Зависимость между напряжением текучести и твердостью

На основании обработки экспериментальных данных установлены закономерности взаимосвязи:

• а) между S0 и твердостью исходного металла НВ;
• б) между S и твердостью сформированных образцов НВ’.

Напряжение текучести и экстраполированный предел текучести определяем по кривым упрочнения при сжатии, построенным по результатам осадки образцов с торцовыми цилиндрическими выточками. Твердость определяем обычным методом на твердомере типа ИТР с замером ее на торцах и по образующей.

Для определения зависимости между величинами S и НВ’ испытанию подвергали армко-железо, углеродистые и легированные стали, предварительно горячекатаные или термически обработанные (отжиг,

нормализация или улучшение). Вид предшествующей обработки и химический состав сталей, используемых при этих исследованиях, приведены в табл. 2.

Таблица 2

Химический состав и вид предшествующей обработки материала, исследуемого для установления зависимости между S и НВ’

МатериалПредшествующая обработкаСодержание элементов в %CMnSiCrNi

Армко-железо	Горячая прокатка	0,057	0,10	0,17	–	–
Сталь 30	Нормализация	0,29	0,61	0,30	–	–
»      40	Нормализация, улучшение	0,41	0,59	0,30	–	–
»      50	Горячая прокатка	0,50	0,70	0,27	–	–
12ХНЗА	»             »	0,13	–	0,26	0,64	2,95
12ХНЗА	Отжиг, нормализация	0,11	0,42	0,23	0,64	2,79

Результаты экспериментальных данных приведены на рис.

3, из которого видно, что для всех исследуемых материалов независимо от вида предшествующей обработки и всего диапазона степеней деформации между напряжением текучести и соответствующей твердостью сформированных образцов имеется линейная зависимость. При обработке опытных данных установлено, что эта зависимость может быть представлена в следующем виде:

Влияние исходной твердости на величину экстраполированного предела текучести при сжатии изучали на примере углеродистых и легированных термически обработанных (отжиг, нормализация, улучшение) и горячекатаных сталей (табл. 3). Экспериментальные данные графически изображены на рис. 4.

Таблица 3

Химический состав и вид предшествующей обработки материала, исследуемого для определения зависимости между экстраполированным пределом текучести при сжатии S0 и исходной твердостью НВ

МатериалПредшествующая обработкаСодержание элементов в %CMnSiCrNiMo

Сталь 40	Отжиг, нормализация, улучшение (tотп=500, 600°С)	0,41	0,59	0,30	–	–	–
Сталь 45	Отжиг, нормализация, улучшение (tотп=700, 600, 540°С)	0,43	0,58	0,30	–	–	–
Сталь 50	Горячая прокатка	0,50	0,70	0,27	–	–	–
15Х	Горячая прокатка	0,13	0,42	0,32	0,90	–	–
20Х	Отжиг, нормализация, улучшение (tотп=600, 500, 400°С)	0,19	0,59	0,30	0,88	–	–
40Х	Отжиг, нормализация, улучшение (tотп=500, 600°С)	0,38	0,62	0,32	1,03	–	–
12ХНЗА	Улучшение (tотп=600°С)	0,16	0,40	0,36	0,66	2,81	–
30ХГСА	Отжиг, улучшение (tотп=550°С)	0,34	0,98	1,13	1,08	–	–
40ХНМА	Отжиг, нормализация, улучшение (tотп=600°С)	0,37	0,60	0,24	0,66	1,39	0,25

На основании экспериментальных данных установлено, что с увеличением твердости исходных образцов экстраполированный предел текучести возрастает по следующей зависимости:

Следует учесть, что в реальных металлических телах твердость в разных точках тела может отличаться на несколько единиц, а точность измерения составляет 3% при испытании на твердомере Бринелля, поэтому зависимости (2) и (3) носят несколько приближенный характер.

Источник: https://metrotest.ru/article/vzaimosvyaz-napryazheniya-tekuchesti-s-tverdostyu-i-predelom-prochnosti

3.1 Методы определения механических свойств

Металлам присущи высокая пластичность, тепло- и электропро­водность. Они имеют характерный металлический блеск.

Свойствами металлов обладают около 80 элементов периодиче­ской системы Д.И. Менделеева. Для металлов, а также для метал­лических сплавов, особенно конструкционных, большое значение имеют механические свойства, основными из которых являются прочность, пластичность, твердость и ударная вязкость.

Под действием внешней нагрузки в твердом теле возникают на­пряжение и деформация. Напряжение это нагрузка (сила),отнесенная к первоначальной площади поперечного сече­ния образца.

Деформация – это изменение формы и размеров твердого тела под действием внешних сил или в результате физических процессов, возникающих в теле при фазовых превращениях, усадке и т.п.

Де­формация может быть упругая (исчезает после снятия нагрузки) и пластическая (сохраняется после снятия нагрузки).

При все возрас­тающей нагрузке упругая деформация, как правило, переходит в пла­стическую, и далее образец разрушается.

В зависимости от способа приложения нагрузки методы испытания механических свойств ме­таллов, сплавов и других материалов делятся на статические, динамические и знакопеременные.

Прочность – способность металлов оказывать сопротивление де­формации или разрушению статическим, динамическим или знако­переменным нагрузкам.

Прочность металлов при статических нагрузках испытывают на растяжение, сжатие, изгиб и кручение. Испытание на разрыв является обязательным.

Прочность при динамических нагрузках оценивают удельной ударной вязкостью, а при знакопеременных нагрузках – усталостной прочностью.

Для определения прочности, упругости и пластичности металлы в виде образцов круглой или плоской формы испытывают на статическое растяжение. Испытания проводят на разрывных машинах. В результате испытаний получают диаграмму растяжения (рис. 3.1). По оси абсцисс этой диаграммы откладывают значения деформации, а по оси ординат – значения напряжения, приложенного к образцу.

Из графика видно, что сколь бы ни было мало приложенное напряжение, оно вызывает деформацию, причем начальные деформации являются всегда упругими и величина их находится в прямой зависимости от напряжения. На кривой, приведенной на диаграмме (рис. 3.1), упругая деформация характеризуется линией ОА и ее продолжением.

Рис. 3.1. Кривая деформации

Выше точки А нарушается пропорциональность между напряжением и деформацией. Напряжение вызывает уже не только упругую, но и остаточную, пластическую деформацию. Величина ее равна горизонтальному отрезку от штриховой линии до сплошной кривой.

При упругом деформировании под действием внешней силы изменяется расстояние между атомами в кристаллической решетке. Снятие нагрузки устраняет причину, вызвавшую изменение межатомного расстояния, атомы становятся на прежние места и деформация исчезает.

Пластическое деформирование представляет собой совершенно другой, значительно более сложный процесс. При пластическом деформировании одна часть кристалла перемещается по отношению к другой. Если нагрузку снять, то перемещенная часть кристалла не возвратится на старое место; деформация сохранится.

Эти сдвиги обнаруживаются при микроструктурном исследовании.

Кроме того, пластическое деформирование сопровождается дроблением блоков мозаики внутри зерен, а при значительных степенях деформации наблюдается также заметное изменение форм зерен и их расположения в пространстве, причем между зернами (иногда и внутри зерен) возникают пустоты (поры).

Представленная зависимость ОАВ (см. рис. 3.1) между приложенным извне напряжением (σ) и вызванной им относительной деформацией (ε) характеризует механические свойства металлов.

· наклон прямой ОА показывает жесткость металла, или характеристику того, как нагрузка, приложенная извне, изменяет межатомные расстояния, что в первом приближении характеризует силы межатомного притяжения;

· тангенс угла наклона прямой ОА пропорционален модулю упругости(Е), который численно равен частному от деления напряжения на относительную упругую деформацию:

· напряжение, которое называется пределом пропорциональности (σпц), соответствует моменту появления пластической деформации. Чем точнее метод измерения деформации, тем ниже лежит точка А;

· в технических измерениях принята характеристика, именуемая пределом текучести (σ0,2). Это напряжение, вызывающее остаточную деформацию, равную 0,2 % от длины или другого размера образца, изделия;

· максимальное напряжение (σв) соответствует максимальному напряжению, достигнутому при растяжении, и называется временным сопротивлением или пределом прочности.

Еще одной характеристикой материала является величина пластической деформации, предшествующая разрушению и определяемая как относительное изменение длины (или поперечного сечения) – так называемое относительное удлинение (δ) или относительное сужение(ψ), они характеризуют пластичность металла. Площадь под кривой ОАВ пропорциональна работе, которую надо затратить, чтобы разрушить металл. Этот показатель, определяемый различными способами (главным образом путем удара по надрезанному образцу), характеризует вязкость металла.

При растяжении образца до разрушения фиксируются графически (рис. 3.2) зависимости между приложенным усилием и удлинением образца, в результате этого получают так называемые диаграммы деформации.

Рис. 3.2. Диаграмма «усилие (напряжение) – удлинение»

Деформация образца при нагружении сплава сначала является макроупругой, а затем постепенно и в разных зернах при неодинаковой нагрузке переходит в пластическую, происходящую путем сдвигов по дислокационному механизму.

Накопление дислокаций в результате деформации ведет к упрочнению металла, но при значительной их плотности, особенно в отдельных участках, возникают очаги разрушения, приводящие, в конечном счете, к полному разрушению образца в целом.

Прочность при испытании на растяжение оценивают следующими характеристиками:

1) пределом прочности на разрыв;

2) пределом пропорциональности;

3) пределом текучести;

4) пределом упругости;

5) модулем упругости;

6) пределом текучести;

7) относительным удлинением;

8) относительным равномерным удлинением;

9) относительным сужением после разрыва.

Предел прочности на разрыв(предел прочности или временное сопротивление разрыву) σв, – это напряжение, отвечающее наибольшей нагрузке РВ предшествующей разрушению образца:

σв = Рв/F0,

Эта характеристика является обязательной для металлов.

Предел пропорциональности(σпц)– это условное напряжение Рпц, при котором начинается отклонение от пропорциональной зависимости мости между деформацией и нагрузкой. Он равен:

σпц = Рпц/F0.

Значения σпц измеряют в кгс/мм2 или в МПа.

Предел текучести(σт) – это напряжение (Рт)при котором обра­зец деформируется (течет) без заметного увеличения нагрузки. Вычисляется по формуле:

σт = Рт/F0.

Предел упругости (σ0,05) – напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,05 % длины участка рабочей части образца, равного базе тензометра. Предел упругости σ0,05 вычисляют по формуле:

σ0,05 = Р0,05/F0.

Модуль упругости (Е) – отношение приращения напряжения к соответствующему приращению удлинения в пределах упругой деформации. Он равен:

Е = Рl/lсрF0,

где ∆Р – приращение нагрузки; l0 – начальная расчетная длина образца; lср – среднее приращение удлинения; F – начальная площадь поперечного сечения.

Предел текучести (условный) – напряжение при котором остаточное удлинение достигает 0,2 % длины участка образца на его рабочей части, удлинение которого принимается в расчет при определении указанной характеристики.

Вычисляется по формуле:

σ 0,2 = Р0,2/F0.

Условный предел текучести определяют только при отсутствии на диаграмме растяжения площадки текучести.

Относительное удлинение (после разрыва) – одна из характеристик пластичности материалов, равная отношению приращения расчетной длины образца после разрушения (lк) к начальной расчетной длине (l0) в процентах:

.

Относительное равномерное удлинение (δр) – отношение приращения длины участков в рабочей части образца после разрыва к длине до испытания, выраженное в процентах.

Относительное сужение после разрыва (ψ), как и относительное удлинение – характеристика пластичности материала. Определяется как отношение разности F0 и минимальной (Fк)площади поперечного сечения образца после разрушения к начальной площади поперечного сечения (F0), выраженное в процентах:

.

Упругость–свойство металлов восстанавливать свою прежнюю форму после снятия внешних сил, вызывающих деформацию. Упру­гость – свойство, обратное пластичности.

Очень часто для определения прочности пользуются простым, не разрушающим изделие (образец), упрощенным методом – измерением твердости.

Под твердостью материала понимается сопротивление проникновению в него постороннего тела, т.е., по сути дела, твердость тоже характеризует сопротивление деформации. Существует много методов определения твердости.

Наиболее распространенным является метод Бринелля (рис. 3.3, а), когда в испытуемое тело под действием силы Р внедряется шарик диаметром D.

Число твердости по Бринеллю (НВ) есть нагрузка (Р), деленная на площадь сферической поверхности отпечатка (диаметром d).

Рис. 3.3. Испытание на твердость:

а – по Бринеллю; б – по Роквеллу; в – по Виккерсу

При измерении твердости методом Виккерса (рис. 3.3, б) вдавливается алмазная пирамида. Измерив диагональ отпечатка (d), судят о твердости (HV) материала.

При измерении твердости методом Роквелла (рис. 3.3, в) индентором служит алмазный конус (иногда маленький стальной шарик). Число твердости – это значение, обратное глубине вдавливания (h). Имеются три шкалы: А, В, С (табл. 3.1).

Методы Бринелля и Роквелла по шкале B применяют для мягких материалов, а метод Роквелла по шкале C – для твердых, а метод Роквелла по шкале A и метод Виккерса – для тонких слоев (листов). Описанные методы измерения твердости характеризуют среднюю твердость сплава.

Для того чтобы определить твердость отдельных структурных составляющих сплава, надо резко локализовать деформацию, вдавливать алмазную пирамиду на определенное место, найденное на шлифе при увеличении в 100 – 400 раз под очень небольшой нагрузкой (от 1 до 100 гс) с последующим измерением под микроскопом диагонали отпечатка.

Полученная характеристика (Н) называется микротвердостью, и характеризует твердость определенной структурной составляющей.

Таблица 3.1 Условия испытания при измерении твердости методом Роквелла

Условия испытания	Шкала	Обозначение твердости
При испытании алмазным конусом и нагрузке Р = 150 кгс	С	HRC
При испытании алмазным конусом и нагрузке Р = 60 кгс	А	HRA
При вдавливании стального шарика и нагрузке Р = 100 кгс	В	HRB

Значение НВ измеряют в кгс/мм2 (в этом случае единицы часто не указываются) или в СИ – в МПа (1 кгс/мм2 = 10 МПа).

Вязкость – способность металлов оказывать сопротивление ударным нагрузкам. Вязкость – свойство, обратное хрупкости. Многие детали в процессе работы испытывают не только статиче­ские нагрузки, но подвергаются также ударным (динамическим) нагрузкам. Например, такие нагрузки испытывают колеса локомо­тивов и вагонов на стыках рельсов.

Основной вид динамических испытаний – ударное нагружение надрезанных образцов в условиях изгиба. Динамическое нагружение ударом осуществляется на маятниковых копрах (рис. 3.4), а также падающим грузом. При этом определяют работу, затраченную на деформацию и разрушение образца.

Обычно в этих испытаниях, определяют удельную работу, затраченную на деформацию и разрушение образца. Ее рассчитывают по формуле:

КС = K/S,

где КС – удельная работа; К – полная работа деформации и разрушения образца, Дж; S0 – поперечное сечение образца в месте надреза, м2 или см2.

Рис. 3.4. Испытания на ударную  вязкость с помощью маятникового копра

Ширина образцов всех типов измеряется до испытаний. Высоту образцов с U- и V-образным надрезом измеряют до испытаний, а с Т-образным надрезом уже после испытаний. Соответственно удельная работа деформации разрушения обозначается KCU, KCV и КСТ.

Хрупкостьметаллов в условиях низких температур называют хладоломкостью. Значение ударной вязкости при этом существенно ниже, чем при комнатной температуре.

Ещё одной характеристикой механических свойств материалов является усталостная прочность. Некоторые детали (валы, шатуны, рес­соры, пружины, рельсы и т.п.) в процессе эксплуатации испытывают нагрузки, изменяющиеся по величине или одновременно по величи­не и направлению (знаку).

Под действием таких знакопеременных (вибрационных) нагрузок металл как бы устает, прочность его понижается и деталь разрушается. Это явление называют усталостью металла, а образовавшиеся изломы – усталостными. Для таких деталей необходимо знать предел выносливости,т.е.

величину наибольшего напряжения, которое металл может выдер­жать без разрушения при заданном числе перемен нагрузки (циклов) (N).

Износостойкость – сопротивление металлов изнашиванию вслед­ствие процессов трения.

Это важная характеристика, например, для контактных материалов и, в частности, для контактного провода и токосъемных элементов токоприемника электрифицированного транс­порта.

Износ заключается в отрыве с трущейся поверхности отдель­ных ее частиц и определяется по изменению геометрических размеров или массы детали.

Усталостная прочность и износостойкость дают наиболее полное представление о долговечности деталей в конструкциях, а вязкость характеризует надежность этих деталей.

Источник: http://libraryno.ru/3-1-metody-opredeleniya-mehanicheskih-svoystv-material_bashkov_2010/

Определение характеристик прочности

⇐ ПредыдущаяСтр 3 из 34Следующая ⇒

Модуль упругости первого рода (Е) – физическая константа материала, определяемая путем эксперимента и являющаяся коэффициентом пропорциональности между напряжениями и деформациями:

σ = εЕ.

Модуль упругости можно определять измерением образца тензометром (расчетный способ) или графическим способом по начальному участку диаграммы растяжения.

Расчетный способ. Нагружают образец равными ступенями до нагрузки, соответствующей напряжению, равному 70-80% от предполагаемого σпц. Величина ступени нагружения должна составлять 5-10% от предполагаемого σпц. По результатам испытаний определяют среднюю величину приращения удлинения образца ∆lcp на ступень нагружения ∆Р.

Графический способ. Записывают диаграмму нагружения образца в координатах “нагрузка (ордината) – деформация (абсцисса)”. ∆Р и ∆lcp определяют по диаграмме на участке от нагрузки Р0 до нагрузки, соответствующей напряжению равному 70-80% от предполагаемого σпц.

Модуль упругости вычисляют по формуле

МПа

Стандарты регламентируют также определение относительного равномерного удлинения δР, конечной расчетной длины образца lK, относительного удлинения образца после разрыва δ, относительного сужения ψ.

Предел пропорциональности σпц – наибольшее напряжение, до которого материал следует закону Гука, можно определять расчетным или графическим способами.

Расчетным способомопределяют или с помощью зеркального прибора при последовательном нагружении образца. Нагружение ведут сначала крупными ступенями, а затем при напряжении 0,65-0,8 от определяемого σпц – малыми ступенями. Рпц определяют при установленном отклонении деформации от закона пропорциональности, фиксируемом показаниями тензометра.

Графическим способомРпц определяют по машинной диаграмме растяжения.

От начала координат (рис.2.7) проводят прямую, совпадающую с начальным линейным участком диаграммы растяжения.

На произвольном уровне нагрузки проводят прямую АВ, параллельную оси абсцисс, и на этой прямой откладывают отрезок kn, равный половине отрезка mk. Через точку n и начала координат проводят прямую On и параллельно ей проводят касательную CD к диаграмме растяжения. Точка касания определяет искомую нагрузку Рпц.

Рис.2.7. Графические способы определения предела пропорциональности по диаграмме растяжения

Предел пропорциональности вычисляют по формуле

, МПа

Предел упругости σ 0,05 – наибольшее напряжение, до которого материал не получает остаточных деформаций. Так как пластические деформации в отдельных кристаллах появляются уже в самой ранней стадии нагружения, величина предела упругости (как и σпц) зависит от требований точности, которые налагаются на производимые измерения.

Расчетный способ. Образец нагружают до величины в два раза больше начальной Р0, и после выдержки в течение 5-7 с разгружают до Р0. Затем образец нагружают до величины, соответствующей 70-80% от предполагаемого σ0,05.

Дальнейшее нагружение проводят ступенями с выдержкой на каждой ступени 5-7 с и последующей разгрузкой до Р0 с измерением остаточного удлинения. Испытания прекращают, если остаточное удлинение превысит установленный допуск.

По результатам испытаний определяют нагрузку Р0,05

Графический способ, σ0,05 определяют по начальному участку диаграммы “нагрузка-деформация” (рис.2.8). Удлинения определяют на участке, равном базе измерителя деформации.

Для определения Р0,05 вычисляют соответствующую величину остаточного удлинения с учетом базы измерителя деформации.

Найденную величину увеличивают пропорционально масштабу диаграммы по оси деформаций; отрезок полученной длины 0Е откладывают по оси абсцисс вправо от начала координат 0.

Из точки Е проводят прямую ЕР, параллельную прямой 0А. Точка пересечения Р с диаграммой растяжения определяют нагрузку Р0,05.

Предел упругости вычисляет по формуле

.

Рис.2.8. Определение предела упругости

Предел текучести физическийσт, верхний предел текучести σтв и нижний предел текучести σтн определяют по диаграмме растяжения.

Скорость относительной деформации на площадке текучести устанавливают в пределах 0,00025- 0,0025 с-1. Если такая скорость на площадке текучести не может быть установлена, то до начала текучести устанавливают скорость нагружения от 1 до 30 МПа/с.

Допускается определять нагрузку Рт по явно выраженной остановке стрелки силоизмерителя машины, обусловленной удлинением образца без заметного увеличения нагрузки.

Пределы текучести вычисляют по формуле

.

В тех случаях, когда на диаграмме отсутствует явно выраженная площадка текучести (или явно выраженный начальный переходный эффект), за предел текучести принимается условно величина напряжения, при котором остаточная деформация σост = 0,002 или 0,2%.

Предел текучести условныйσ0,2 можно определить расчетным или графическим способом.

Расчетный способ.σ0,2 определяют аналогично расчетному способу определения предела упругости σ 0,05.

Графический способ. σ0,2- определяют аналогично графическому способу определения σ0,05, по точке пересечения с кривой растяжения прямой KL, параллельной начальному участку кривой и отстоящей от него по горизонтали на расстоянии 0К=0,2(1о/100) в соответствии с принятым допуском (рис.2.9).

Рис. 2.9. Определение предела текучести σ0,2 по диаграмме растяжения

Условный предел текучести можно определять графически по диаграмме, записанной на машине в масштабе, если масштаб ее диаграммного аппарата по оси деформаций не менее 50:1.

При определении σ0,2 скорость нагружения должна быть от от 1 до 30 МПа/с. Предел текучести условный вычисляют по формуле

.

Временное сопротивление σв (предел прочности). Для определения σв образец растягивают под действием плавно возрастающей нагрузки до разрушения. Наибольшая нагрузка, предшествующая разрушению образца, Рmах соответствует временному сопротивлению.

Временное сопротивление вычисляется по формуле

.

Для пластичных материалов характеристикой сопротивления разрушению гладкого образца при растяжении служит истинное сопротивление разрушению – истинный предел прочности Sk

,

где Fk- площадь сечения в месте разрушения; Pk-усилие в момент разрушения;

Характер разрушения определяют по виду излома образца (рис.2.10).

Источник: https://lektsia.com/2×5882.html

Испытываем на разрыв пластики от BF

Друзья, всем привет!

Мы знаем, что среди вас есть не только любители всевозможных практических аспектов 3D-печати, но и пытливые умы, которым интересна внутренняя кухня процесса с Большими Графиками и Кучей Данных. Если вы относитесь к этой категории читателей, то приглашаем в совместное путешествие в страну испытаний пластика на разрыв вместе с Bestfilament и нашим лучшим помощником в этой истории – испытательной машиной на разрыв Instron 3345.
Испытания проходили на базе международной лаборатории “Композиционные материалы и покрытия” Томского Политехнического университета.

А вот и сама испытательная машина.

Испытательная машина на разрыв Instron 3345

В забеге участвуют образцы из ABS, PETG, SBS (Watson), BFlex. Габариты каждого образца: 110x10x2 мм. Внутреннее заполнение деталей 70%.

Полимерные образцы после испытаний

Само по себе испытание образца проходит максимально незатейливо. Образец фиксируется с двух сторон таким образом, чтобы база для растяжения составляла 20 мм, ну а дальше, как говорят в комедийном сериале, «ключ повернул, напор пошел». Скорость испытания всех образцов 50 мм/мин.

Фото испытаний образца из материала Watson BF

Результаты испытаний

Абсолютные величины результатов испытаний мало что скажут обычному пользователю, поэтому будем проводить исследование в сравнении образцов между собой. В качестве отправной точки для разговора выбираем ABS от BF.

Фото испытания образца из материала ABS BF

Максимальная нагрузка – максимальное значение нагрузки, которую требовалось приложить в ходе испытания для растяжения образца. Единица измерения: ньютоны.

Нагрузка при разрыве – значение величины нагрузки в момент разрыва образца. Единица измерения: ньютоны.

Максимальное удлинение при растяжении – разница между длиной образца в момент разрыва и длиной образца до испытаний. Напомним, что длина базы образца, подвергающегося испытанию составляет 20 мм. Единица измерения: милиметры.

Модуль Юнга – физическая величина, характеризующая свойства материала сопротивляться растяжению. Иначе говоря напряжение, которое необходимо приложить для удлинения образца на единицу длины. Единица измерения: Па.

Предел текучести – механическая характеристика материала, характеризующая напряжение, при котором деформации продолжают расти без увеличения нагрузки. По сути это нагрузка, при которой в образце происходят необратимые пластические деформации.

Максимальное напряжение при растяжении.

Ниже приведен протокол испытания образца из материала ABS BF.

Протокол испытаний образца, изготовленного из материала ABS BF

Протокол испытаний образца, изготовленного из материала ABS BF

На рисунке изображены графики зависимости напряжения при растяжении к удлинению. Первая точка графика характеризует предел текучести образца, вторая максимальную нагрузку а третья напряжение при разрыве.
Среднее удлинение образцов составило 2,49 мм, что составляет 12,45 %.
Испытания характеризуют ABS пластик как достаточно жесткий, прочный, слабо поддающий удлинению материал.

Далее испытания подверглись образцы, изготовленные из материала PETG BF. PETG характеризуется хорошей спекаемостью слоев и высокими прочностными характеристиками. Проверим так ли это, и насколько PETG прочнее (или нет), чем ABS.

Ниже приведено видео испытаний образца из PETG.

Ниже приведен протокол испытаний образцов, изготовленных из PETG BestFilament.

Протокол испытания образцов из материала PETG BF

Проведем сравнительный анализ ABS и PETG.
Максимальная нагрузка на разрыв составила 0.77 кН, что примерно на 20% выше, чем у АБС.
Однако, образцы из PETG удлиняются примерно на 20-30% больше, а предел текучести и нагрузка при разрыве соответственно ниже. Это характеризует PETG как более пластичный, чем АБС на разрыв материал. Собственно благодаря хорошей этой пластичности, PETG способен выдержать большие нагрузки на разрыв.

Внимательные читатели заметят аномальное значение для четвертого образца в графе «предел текучести» – наглядное отражением факта, что даже незначительный артефакт печати может ощутимо повлиять на физические свойства изделия.Далее на очереди – некогда сверхсекретный и полный тайн Watson от BF (SBS полимер).

Фото испытания образца из материала Watson (SBS)

Протокол испытания образцов из материала Watson (SBS)

Как видим, прочностные характеристики SBS существенно уступают образцам выше.
Максимальная нагрузка на разрыв более чем в 3 раза меньше, чем у образцов из ABS.
Необратимые изменения в образцах происходят при значении напряжения порядка 4.5 МПа, что почти в 5 раз ниже значений аналогичного параметра из ABS.
Но при этом удлинение образца составляет более 100%.
Данные параметры характеризуют SBS-полимер как гораздо более пластичный и гибкий материал, чем ABS и PETG. Прочностные характеристики (при нагрузке на разрыв) не идут ни в какое сравнение ни с ABS ни тем более с PETG.
Таким образом применять SBS следует в случаях, когда требуется некоторая гибкость конечных изделий. Но при наличии различной механической нагрузки на конечное изделие SBS не сможет заменить конструктивные пластики, такие как ABS или PETG.

Последними испытанию подверглись образцы из гибкого материала BFlex

Прокол испытания образцов из гибкого материала BFlex

Данный материал показывает удивительные способности к удлинению. Если предыдущие образцы мы удлинялина 20-30%, гибкий Watson на 100%, то удлинение Bflex составило около 1500%!
Модуль Юнга и предел текучести существенно ниже, чем у образцов выше. Материал хорошо тянется при относительно небольших нагрузках. Однако достаточно быстро наступают необратимые пластичные деформации.

Наши испытания не претендуют на абсолютную истину. Как было отмечено выше, даже небольшие артефакты печати серьезно влияют на результат измерения. Кроме того есть случайные ошибки измерения и т.д. Для получения достоверных численных измерений требуется проведения сотни испытаний однотипных образцов из одного материала и усреднение этих показаний.
Мы взяли по 5 образцов каждого материала. Считаем, что для качественного сравнения материалов между собой этого вполне достаточно.

В будущем мы планируем провести аналогичные испытания образцов одного материала, отпечатанные при различных режимах печати: разная температура, разное заполнение, разное расположение слоев. Таким образом можно будет выявить степень влияния режимов печати на прочность конечных изделий.Напоминаем, что если у вас есть какие-либо вопросы, то вы можете связаться с нами любым удобным образом.

Физики впервые вычислили предел текучести жидкости

https://ria.ru/20200424/1570537666.html

Физики впервые вычислили предел текучести жидкости

Физики впервые вычислили предел текучести жидкости – РИА Новости, 24.04.2020

Физики впервые вычислили предел текучести жидкости

Российские и британские ученые впервые вывели одно из фундаментальных уравнений физики, позволяющее теоретически вычислить предел, до которого жидкость остается РИА Новости, 24.04.2020

2020-04-24T23:08

2020-04-24T23:08

2020-04-24T23:14

наука

российская академия наук

открытия – риа наука

химия

физика

вселенная

/html/head/meta[@name=’og:title’]/@content

/html/head/meta[@name=’og:description’]/@content

https://cdn25.img.ria.ru/images/07e4/04/18/1570531641_0:395:2048:1547_1920x0_80_0_0_172a9bb77e744f44377acd56ceb25875.jpg

МОСКВА, 24 апр — РИА Новости. Российские и британские ученые впервые вывели одно из фундаментальных уравнений физики, позволяющее теоретически вычислить предел, до которого жидкость остается жидкостью. Уравнение основано на фундаментальных природных константах. Результаты опубликованы в журнале Science Advances.Известно, что жидкости становятся более густыми при охлаждении и более жидкими при нагревании. Если их продолжать нагревать, жидкости начинают кипеть и переходят в газообразное состояние. В точке перехода состояния, которая зависит не только от температуры, но и от давления, жидкость обладает минимальной вязкостью. Это и есть предел текучести.Традиционно считается, что вязкость невозможно рассчитать теоретически, поскольку она сложным образом зависит от структуры жидкости, ее состава, химических взаимодействий, а также от внешних условий. Нобелевский лауреат Стивен Вайнберг сравнил сложность расчета вязкости воды с проблемой вычисления фундаментальных физических констант, лежащих в основе структуры нашей Вселенной.Несмотря на все трудности Косте Траченко из Лондонского университета королевы Марии и Вадиму Бражкину, российскому ученому, директору института физики высоких давлений РАН, это удалось.При этом в полученном учеными уравнении предела текучести используются две фундаментальные физические константы — измеримыми свойствами физической природы, которые не меняются — минимальное значение элементарной вязкости, представляющее собой произведение вязкости и объема на молекулу, и постоянной Планка, которая управляет квантовым миром — безразмерным отношением массы протона к электрону.”Этот результат поразителен, — приводятся в пресс-релизе Лондонского университета королевы Марии слова профессора Кости Траченко. — Вязкость — сложное свойство, сильно различающееся для разных жидкостей и внешних условий. Однако оказалось, что значение минимальной вязкости для всех жидкостей может быть простым и универсальным”.У открытия есть реальное практическое применение. Во-первых, новое уравнение будет полезным при создании новых жидкостей сверхнизкой вязкости для различных химических, промышленных или биологических процессов. Оно покажет тот предел, за который нет смысла стремиться, впустую расходуя ресурсы. Одним из примеров, где это важно, является недавнее использование сверхкритических жидкостей для экологически чистых способов обработки и растворения сложных отходов.Во-вторых, так как полученное ограничение является фундаментальным, то есть основывается на базовых физических константах, открытие можно использовать для описания процессов, происходящих во Вселенной в целом, например, для определения так называемой “обитаемой зоны”, где могут образовываться звезды и планеты, возникать жизненно важные молекулярные структуры.”Есть признаки того, что фундаментальный нижний предел вязкости жидкости может быть связан с очень разными областями физики: черными дырами, а также новым состоянием вещества, кварк-глюонной плазмой, которая появляется при очень высоких температурах и давлениях. Изучение и оценка этих и других связей — вот что делает исследование таким захватывающим”, — отмечает академик Бражкин.

https://ria.ru/20200417/1570205623.html

https://ria.ru/20200311/1568426272.html

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

2020

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

Новости

ru-RU

https://ria.ru/docs/about/copyright.html

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

https://cdn21.img.ria.ru/images/07e4/04/18/1570531641_0:238:2048:1774_1920x0_80_0_0_d72b513212d0cbeb1539370738186002.jpg

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

РИА Новости

[email protected]

7 495 645-6601

ФГУП МИА «Россия сегодня»

https://xn--c1acbl2abdlkab1og.xn--p1ai/awards/

российская академия наук, открытия – риа наука, химия, физика, вселенная

МОСКВА, 24 апр — РИА Новости. Российские и британские ученые впервые вывели одно из фундаментальных уравнений физики, позволяющее теоретически вычислить предел, до которого жидкость остается жидкостью. Уравнение основано на фундаментальных природных константах. Результаты опубликованы в журнале Science Advances.

Известно, что жидкости становятся более густыми при охлаждении и более жидкими при нагревании. Если их продолжать нагревать, жидкости начинают кипеть и переходят в газообразное состояние. В точке перехода состояния, которая зависит не только от температуры, но и от давления, жидкость обладает минимальной вязкостью. Это и есть предел текучести.

Традиционно считается, что вязкость невозможно рассчитать теоретически, поскольку она сложным образом зависит от структуры жидкости, ее состава, химических взаимодействий, а также от внешних условий. Нобелевский лауреат Стивен Вайнберг сравнил сложность расчета вязкости воды с проблемой вычисления фундаментальных физических констант, лежащих в основе структуры нашей Вселенной.

Несмотря на все трудности Косте Траченко из Лондонского университета королевы Марии и Вадиму Бражкину, российскому ученому, директору института физики высоких давлений РАН, это удалось.17 апреля 2020, 17:19НаукаРоссийские ученые назвали потенциальные сверхпроводящие соединения

При этом в полученном учеными уравнении предела текучести используются две фундаментальные физические константы — измеримыми свойствами физической природы, которые не меняются — минимальное значение элементарной вязкости, представляющее собой произведение вязкости и объема на молекулу, и постоянной Планка, которая управляет квантовым миром — безразмерным отношением массы протона к электрону.

“Этот результат поразителен, — приводятся в пресс-релизе Лондонского университета королевы Марии слова профессора Кости Траченко. — Вязкость — сложное свойство, сильно различающееся для разных жидкостей и внешних условий. Однако оказалось, что значение минимальной вязкости для всех жидкостей может быть простым и универсальным”.

У открытия есть реальное практическое применение. Во-первых, новое уравнение будет полезным при создании новых жидкостей сверхнизкой вязкости для различных химических, промышленных или биологических процессов. Оно покажет тот предел, за который нет смысла стремиться, впустую расходуя ресурсы. Одним из примеров, где это важно, является недавнее использование сверхкритических жидкостей для экологически чистых способов обработки и растворения сложных отходов.

Во-вторых, так как полученное ограничение является фундаментальным, то есть основывается на базовых физических константах, открытие можно использовать для описания процессов, происходящих во Вселенной в целом, например, для определения так называемой “обитаемой зоны”, где могут образовываться звезды и планеты, возникать жизненно важные молекулярные структуры.

“Есть признаки того, что фундаментальный нижний предел вязкости жидкости может быть связан с очень разными областями физики: черными дырами, а также новым состоянием вещества, кварк-глюонной плазмой, которая появляется при очень высоких температурах и давлениях. Изучение и оценка этих и других связей — вот что делает исследование таким захватывающим”, — отмечает академик Бражкин.

11 марта 2020, 12:40НаукаРаскрыта тайна происхождения материи во Вселенной

Механические свойства

Область напряжений, при которых происходит только упругая деформация, ограничена пределом пропорциональности ?пц. В этой области в каждом зерне имеют место только упругие деформации, а для образца в целом выполняется закон Гука – деформация пропорциональна напряжению (отсюда и название предела). Переход к пластическому состоянию наблюдается в таком интервале нагрузок, при которых движение дислокаций (и, следовательно, пластическая деформация) происходит только в отдельных кристаллических зернах, а в остальных продолжает реализовываться механизм упругой деформации. Пластическое состояние реализуется, когда движение дислокаций происходит во всех зернах образца. После перестройки дислокационной структуры (завершения пластической деформации) металл возвращается в упругое состояние, но с измененными упругими свойствами.  2.5. ТВЕРДОСТЬ В единицах HRC часто формулируют требования к  качеству поверхности стальных деталей после термообработки. Твердость HRC в наибольшей степени отражает уровень рабочих характеристик высокопрочных сталей, а с учетом простоты измерений по Роквеллу, очень широко применяется на практике. Подробно о методе Роквелла с описанием различных шкал и твердости разных классов материалов см. http://www.fast-const.ru/articles.php?article_id=2 3.1. ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ (ВЯЗКОСТЬ РАЗРУШЕНИЯ)      Свойство противостоять усталости называется выносливостью.    Её важнейшей характеристикой является предел выносливости. Он  показывает наибольшее напряжение цикла, при котором не происходит усталостного разрушения после заданного числа циклов.       Чаще используют симметричные знако-переменные циклы (поочередно действуют одинаковые по амплитуде сжимающие и растягивающие напряжения), в таких случаях предел выносливости  обозначается ?-1. Испытания на усталостную прочность регламентированы  в ГОСТ 25.502.79 и в ГОСТ 25.505-85 В другом варианте  нижний индекс указывает допустимую скорость установившейся ползучести. Для получения необходимой полноты сведений о свойствах необходимо пользоваться не ГОСТами, в которых приведены несколько легкоизмеряемых величин,а справочной литературой.

О различных способах измерения «предела текучести»

Реферат

Материалы с пределом текучести встречаются повсеместно, однако лучший способ получить значение предела текучести для любого данного материала является предметом значительных споров. Здесь мы сравниваем различные методы измерения предела текучести с обычными реометрами, которые использовались в литературе для различных материалов. Главный вывод состоит в том, что, по крайней мере, для материалов с хорошим поведением (нетиксотропных) различия между различными методами значительны; с другой стороны, масштабирование измеренного предела текучести с объемной долей дисперсной фазы показывает ту же зависимость независимо от способа, которым предел текучести получен экспериментально.Аналогичным образом обнаружено, что измеренная деформация текучести зависит от используемого метода. Значения предела текучести, полученные для простой (нетиксотропной) жидкости с пределом текучести, аналогичны только для фитингов Гершеля – Балкли и кривых напряжения-деформации, полученных из колебательных измерений. Кривые напряжение-деформация с непрерывным приложенным напряжением или скоростью деформации значительно различаются, как и колебательные измерения пересечения между G ‘и G ″ или точки, в которой G’ начинает значительно отличаться от его значения линейного отклика.Пересечение кривых G ‘и G ″ как функция деформации последовательно дает наивысшее значение предела текучести и деформации текучести. Кроме того, многие из этих критериев требуют произвольного определения точки пересечения. Аналогичные выводы применимы к классу материалов с тиксотропным пределом текучести, при этом кривая напряжения-деформации по осцилляционным данным дает динамический предел текучести, а диаграмма Гершеля – Балкли соответствует статическому или динамическому пределу текучести, в зависимости от того, как проводится измерение.

Ключевые слова

Материалы для определения предела текучести

Реологические измерения

Колебательные измерения

Модель Гершеля – Балкли

Рекомендуемые статьиЦитирующие статьи (0)

Полный текст

© 2016 Elsevier B.V. Все права защищены.

Рекомендуемые статьи

Цитирующие статьи

Предел текучести – обзор

8.3 Зависимость предела текучести от температуры и скорости деформации

Предел текучести стали увеличивается с понижением температуры при комнатной температуре и ниже (см. Рис.8.3). При пластической деформации при низкой температуре барьер Пайерлса (ближнее препятствие) является основным препятствием для движения дислокаций. Дислокации преодолевают препятствие с помощью тепловых колебаний атомов и приложенного напряжения. Поскольку тепловая энергия уменьшается с понижением температуры, предел текучести увеличивается при низкой температуре.

8.3. Температурная зависимость предела текучести σ _y , нормированная на модуль Юнга E , и влияние скорости деформации на кривую.σ _a – атермический предел текучести, не зависящий от температуры и скорости деформации.

При промежуточных температурах в диапазоне от 100 до 450 ° C для стали энергия тепловых колебаний становится достаточно большой для того, чтобы дислокации преодолели барьер Пайерлса, и основное препятствие для движения дислокаций переходит в другое препятствие на большие расстояния, такое как другие дислокации и частицы. Поскольку эти препятствия слишком велики, чтобы дислокации могли преодолеть их с помощью тепловой энергии, дислокации могут преодолевать препятствия только с помощью приложенного напряжения.Следовательно, предел текучести при промежуточной температуре практически не зависит от температуры и скорости деформации. Такой предел текучести называется атермическим пределом текучести _a . Предел текучести связан с плотностью дислокаций ρ и расстоянием между частицами λ следующими уравнениями:

[8.3] σa = αMGbρ

[8.4] σa = βMGb / λ

, где α – константа около 0,4, M – коэффициент Тейлора (= 3), G, – модуль сдвига, b, – длина вектора Бюргерса, а β – константа около 0.8. Пределы текучести слабо зависят от температуры испытания из-за температурной зависимости G . Они действительно не зависят от температуры, если их нормализовать с помощью постоянной упругости, такой как G или модуль Юнга E . Динамическое деформационное старение, вызванное атомами углерода и азота, может привести к появлению пика на кривой «предел текучести – температура» при промежуточной температуре, но этот пик несущественен, когда предел текучести составляет 0,02 или 0,2%.

При повышенной температуре диффузия атомов и вакансий помогает дислокациям проходить через атермические препятствия, что приводит к другой пластической деформации, зависящей от температуры и скорости деформации, а именно ползучести.Этот температурный диапазон называется режимом ползучести. Предел текучести при высокой температуре выражается как:

[8,5] σy = Eε˙ / ε˙01 / nexpQD / nRT

, где ε˙ – скорость деформации, ε˙0 – постоянная материала, n – напряжение. показатель степени, который обычно больше 3, Q _D – это энергия активации решеточной диффузии, R – универсальная газовая постоянная, а T – абсолютная температура. Следовательно, предел текучести высокотемпературной деформации уменьшается с увеличением температуры или уменьшением скорости деформации.

При низкотемпературной деформации тепловая энергия помогает дислокациям преодолеть барьер Пайерлса. Помощь тепловой энергии увеличивается с уменьшением скорости деформации ε˙, что приводит к уменьшению предела текучести. Однако σ _a является нижним пределом предела текучести при низкой температуре, поскольку приложенное напряжение ниже σ _a не позволяет дислокациям проходить через препятствия на большом расстоянии. При высокой температуре предел текучести увеличивается с увеличением скорости деформации, как и ожидалось из уравнения [8.5]. Однако предел текучести не может превышать атермический предел текучести σ _a , поскольку выше σ _a дислокации могут проходить через атермические препятствия без помощи диффузии. Атермический предел текучести является важным значением даже при высокотемпературной деформации, поскольку он является верхним пределом предела текучести.

Предел текучести – прочность (механика) материалов

Предел текучести – прочность (механика) материалов

Прочность / Механика материалов

Ряд терминов был определен с целью определения напряжения, при котором начинается пластическая деформация.Чаще всего для этой цели используется предел текучести. Предел текучести определяется как напряжение, при котором возникает заданная величина остаточной деформации. Графическая часть ранних стадий испытания на растяжение используется для оценки предела текучести. Для определения предела текучести заданная величина остаточной деформации устанавливается вдоль оси деформации графика справа от начала координат (ноль). Это обозначено на Рисунке 5 как Точка (D).

Предел текучести, модуль упругости, предел прочности выбранных материалов

Прямая линия проводится через точку (D) с тем же наклоном, что и начальная часть кривой зависимости деформации от напряжения.Точка пересечения новой линии и кривой деформации проецируется на ось напряжений. Значение напряжения в фунтах на квадратный дюйм – это предел текучести. Это обозначено на рисунке 5 как точка 3. Этот метод построения графика выполняется с целью вычитания упругой деформации из общей деформации, оставляя предварительно определенное «постоянное смещение» в качестве остатка. Когда указывается предел текучести, следует указывать величину смещения, использованную при определении. Например, «Предел текучести (при

Модуль Юнга общих технических материалов

Ниже приведены некоторые примеры предела текучести металлов.

Нажмите на картинку для увеличения

Типичная кривая напряжения-деформации пластмасс

Иногда вместо предела текучести используются альтернативные значения. Некоторые из них кратко описаны ниже.

Предел текучести , определяемый методом делителя, включает наблюдателя с парой разделителей, наблюдающего за видимым удлинением между двумя метками на образце.Когда происходит видимое растяжение, нагрузка в этот момент записывается, и рассчитывается напряжение, соответствующее этой нагрузке.

Мягкая сталь при испытании на растяжение часто демонстрирует особую характеристику, известную как предел текучести. Если построена кривая напряжения-деформации, наблюдается падение нагрузки (или иногда постоянная нагрузка), хотя деформация продолжает увеличиваться. В конечном итоге за счет деформации металл упрочняется, и при дальнейшем деформировании нагрузка возрастает.Верхняя точка на S-образной части кривой, где начинается текучесть, известна как верхний предел текучести, а точка минимума – это нижний предел текучести. Это явление очень неприятно при некоторых операциях глубокой вытяжки листовой стали. Сталь продолжает удлиняться и становиться тоньше в тех местах, где начинается пластическая деформация, оставляя неприглядные углубления, называемые растяжными деформациями или «червями».

Предел пропорциональности определяется как напряжение, при котором кривая напряжения-деформации сначала отклоняется от прямой линии.Ниже этого предельного значения напряжения отношение напряжения к деформации является постоянным, и говорят, что материал подчиняется закону Гука (напряжение пропорционально деформации). Пропорциональный предел обычно не используется в спецификациях, потому что отклонение начинается настолько постепенно, что наверняка возникнут разногласия относительно точного напряжения, при котором линия начинает изгибаться.

Предел упругости ранее определялся как напряжение, при котором начинается пластическая деформация.Этот предел не может быть определен из кривой напряжения-деформации. Метод определения предела должен включать последовательность слегка увеличивающихся нагрузок с промежуточной полной разгрузкой для обнаружения первой пластической деформации или «остаточного схватывания». Как и пропорциональный предел, его определение вызвало бы споры. Однако предел упругости используется как описательный, качественный термин.

Предел текучести vs.Прочность на растяжение – в чем разница?

При выборе материалов для инженерного применения необходимо учитывать критические механические свойства материала. Двумя такими свойствами являются предел текучести и предел прочности. Оба они являются мерой устойчивости материала к разрушению, будь то деформация или разрушение. Несмотря на это сходство, предел текучести и предел прочности на разрыв – два очень разных параметра.

Предел текучести

Под воздействием напряжения материал подвергается восстанавливаемой деформации.Предел текучести материала представляет собой напряжение, при превышении которого его деформация становится пластичной. Любая деформация, возникающая в результате напряжения, превышающего предел текучести, является постоянной. Из-за линейности упругой деформации предел текучести также определяется как наибольшее напряжение, достижимое без какого-либо отклонения от пропорциональности напряжения и деформации. За пределами этой точки могут наблюдаться большие деформации при небольшом увеличении приложенной нагрузки или без нее. Предел текучести измеряется в Н / м² или паскалях.

Предел текучести материала определяется с помощью испытания на растяжение. Результаты испытания нанесены на кривую “напряжение-деформация”. Напряжение в точке, где кривая напряжения-деформации отклоняется от пропорциональности, является пределом текучести материала. Деформация некоторых пластиков является линейно упругой, и при достижении максимальной прочности материал разрушается. Трудно определить точный предел текучести для некоторых материалов по кривой зависимости напряжения от деформации. Это потому, что эти материалы не имеют резкой кривой; скорее начало урожайности происходит в диапазоне.Поэтому практично использовать предел текучести как представление предела текучести.

Испытательное напряжение

Испытательное напряжение измеряется путем проведения линии при 0,2% пластической деформации, параллельной прямолинейному упругому участку кривой напряжения-деформации. Напряжение в точке, где эта линия пересекает кривую, является пределом текучести. Предел текучести материала можно повысить с помощью определенных процессов обработки материалов.

Прочность на разрыв

Прочность на растяжение, которую часто называют пределом прочности при растяжении (UTS), представляет собой максимальную растягивающую нагрузку, которую материал может выдержать до разрушения.Это мера сопротивления материала разрушению при растягивающей нагрузке.

Предел прочности материала определяется с помощью испытания на растяжение. Это самая высокая точка на кривой зависимости напряжения от деформации, которая строится после испытания. Прочность на разрыв также можно определить по формуле:

σ

_f = P _f / A _o

Где P _f – нагрузка при разрыве, A _o – исходная площадь поперечного сечения, а σ _f – предел прочности при растяжении, измеряемый в Н / м² или паскалях.Важно отметить, что предел прочности материала на разрыв – это конкретное значение в контролируемых стандартных условиях испытаний. Однако в практических приложениях предел прочности на разрыв зависит от температуры. При 100 ° C предел прочности меди на разрыв падает с 220 МПа при комнатной температуре до 209 МПа. Эти отклонения компенсируются за счет использования запаса прочности, который, как правило, составляет долю первоначальной прочности на разрыв с точки зрения проектирования.

Сравнительный анализ предела текучести и прочности на разрыв

Ниже приведены некоторые из основных различий между пределом текучести и пределом прочности на разрыв:

1. Предел текучести измеряется в точке пластической деформации.
2. Предел прочности при растяжении измеряется в точке разрушения. Предел прочности на разрыв редко используется при проектировании конструкций из пластичных материалов. Это связано с тем, что эти материалы претерпевают значительную деформацию до достижения их прочности на разрыв. Скорее, предел текучести рассматривается для пластичных материалов, а предел прочности на разрыв используется для хрупких материалов.
3. При проектировании предел прочности на разрыв анализируется только при одноосном нагружении. Многоосные напряженные состояния оцениваются при анализе предела текучести.
4. Деформация материалов происходит после превышения предела текучести, а предел прочности достигается после деформации. В хрупких материалах предел прочности достигается с минимальным пределом текучести или без него.
5. Предел прочности на разрыв обычно имеет более высокое численное значение, чем предел текучести конкретного материала.
6. Предел прочности материала на разрыв можно определить со 100% точностью. Однако для большинства материалов предел текучести необходимо оценивать.

Предел текучести и прочности на разрыв некоторых обычных конструкционных материалов

Ниже приведены примеры текучести и предела прочности некоторых конструкционных материалов.

Материал	Предел текучести (МПа)	Предел прочности (МПа)
Медь	70	220
Алюминий	95	110
Конструкционная сталь ASTM A36	250	400
Чугун 4.5% ASTM A48	130	200
Нержавеющая сталь AISI 302	502	860
Титановый сплав Марка 23 (Ti6Al-4V ELI)	750-800	900
Высокопрочная легированная сталь ASTM A514	690	760
Хромованадиевая сталь	620	940
Вольфрам	941	1500-1800
Кевлар	3620	3757

_{(Источник таблицы: https: // www.engineeringtoolbox.com/young-modulus-d_417.html)}

Измерение предела текучести | Американская лаборатория

Различные материалы, обычно гели или дисперсии с высокой концентрацией взвешенных частиц, могут вести себя как упругие твердые тела или как жидкости, в зависимости от степени силы или напряжения, которым они подвергаются. Предел текучести – это реологический термин, используемый для определения точки, в которой происходит этот переход. При напряжениях выше предела текучести материал ведет себя как жидкость, а ниже как твердое тело.

Значение предела текучести представляет интерес для различных производителей, поскольку это важный параметр для многих коммерческих продуктов. Масло, зубная паста, герметик, краска и губная помада – вот лишь несколько примеров материалов, которые имеют предел текучести. В этой статье рассматривается определение предела текучести, его практическая значимость, а также достоинства и ограничения различных методов измерения. Также исследуются концепции стабильности дисперсии и образования гелей в виде частиц, промышленно важных систем, которые почти всегда демонстрируют предел текучести.

Стабильность дисперсии

При рассмотрении стабильности дисперсии / суспензии важно понимать, что существует два разных типа устойчивости, которые в совокупности определяют общее поведение системы. Коллоидная или химическая стабильность определяется межчастичными силами внутри системы. Если результирующая сила между частицами притягивает, тогда будет тенденция к агрегации, тогда как если она отталкивающая, частицы останутся дискретными. Межчастичными силами можно управлять, изменяя химический состав композиции.

Стабильность разделения, с другой стороны, описывает реакцию системы на гравитационные силы. Система, обладающая устойчивостью к разделению, противостоит действию силы тяжести, а дисперсная среда не опускается и не поднимается вверх. Поэтому нестабильность разделения практически наблюдается в виде таких явлений, как вспенивание и осаждение.

Рис. 1. Различные типы устойчивости, встречающиеся при использовании концентрированных дисперсий.

В разбавленных системах коллоидная нестабильность и нестабильность разделения, как правило, идут рука об руку.Если система коллоидно нестабильна, то существует тенденция к агрегации и образованию более крупных частиц, которые либо тонут, либо всплывают. В концентрированных дисперсиях, однако, все не так просто ( рис. 1, ), общее поведение системы является сложной функцией размера частиц, концентрации дисперсной фазы, а также природы и силы взаимодействий между частицами.

Концентрированные коллоидно стабильные дисперсии также устойчивы в отношении разделения, если физические свойства системы таковы, что она может противостоять воздействию силы тяжести.Наночастицы часто образуют системы, демонстрирующие такое поведение. Однако дисперсии с более крупными частицами могут быть коллоидно стабильными, потому что силы отталкивания между частицами достаточны, чтобы разделять их, но разделение нестабильно, потому что этих сил недостаточно, чтобы противостоять гравитационному притяжению.

Концентрированная дисперсия будет коллоидно нестабильной, если чистые межчастичные силы притягивают друг друга. Это может способствовать нестабильности разделения, как в случае разбавленных суспензий, но в некоторых случаях силы притяжения между агрегированными частицами таковы, что образуется стабильная самоподдерживающаяся гелевая сетка.Система демонстрирует коллоидную нестабильность и устойчивость к разделению, и полученные гели в виде частиц всегда имеют предел текучести.

Определение предела текучести

Рисунок 2 – Вязкость как функция приложенного напряжения сдвига.

Говоря описательно, предел текучести – это напряжение, при котором материал превращается из мягкого твердого вещества в жидкость, разжижающуюся при сдвиге. Графически это наблюдается как очень резкое падение вязкости при некотором конкретном значении приложенного напряжения (, рис. 2, ).

Строго говоря, при напряжениях ниже предела текучести вязкость должна быть бесконечной, но прагматически часто не имеет значения, является ли вязкость бесконечной или просто очень большой. Резкий переход вязкости является определяющей чертой при определении предела текучести.

Предел текучести объема и стенки

Когда образец удерживается между двумя поверхностями (стенками), частицы будут прилипать друг к другу и к поверхностям. При приложении сдвига дисперсия может подойти к стенке или «проскользнуть» до того, как начнет сдаваться внутри.Существует предел текучести стенки и объемный или внутренний предел текучести. При относительно гладких поверхностях предел текучести стенки ниже, чем у основной массы, и наблюдается преждевременное проскальзывание. На более шероховатых поверхностях будет наблюдаться только один предел текучести. Относительная важность этих двух значений зависит от конкретного приложения (см. Пример ниже).

Почему важен предел текучести?

На практике предел текучести можно рассматривать как меру физической прочности или способности дисперсии сохранять свою форму.Материал с высоким пределом текучести будет трудно перемещать – например, перекачивать – и он будет хорошо держать форму. И наоборот, материал с низким пределом текучести может легко обрабатываться или намазываться, но при определенных обстоятельствах может нежелательно течь.

Что касается качества продукта, йогурт с высоким пределом текучести будет казаться густым и кремообразным, а не жидким и водянистым. Для очень разных материалов, таких как строительный раствор или герметик, предел текучести должен быть оптимизирован таким образом, чтобы продукт можно было легко обрабатывать (т.е.е., подвижен при приложении некоторого напряжения), но затем сохраняет свою форму, а не оседает после нанесения. Требования к пределу текучести для продукта покрытия, предназначенного для использования на стене, будут отличаться от требований к материалу, используемому для пола; однако в обоих случаях предел текучести можно использовать для определения стабильной толщины наносимого продукта.

Для других применений необходимо суспендировать крупные частицы в коллоидной дисперсии. Примером такого типа системы являются буровые растворы для разведки нефти.Здесь предел текучести можно использовать для определения размера частиц, которые может удерживать дисперсия.

Smay, Cesarano и Lewis ¹ предоставляют интересный практический пример использования данных о пределе текучести. Реологические исследования были проведены в поддержку разработки системы печати для создания трехмерных структур. Одним из требований к конструкции был поршневой поток в системе печати, чтобы гарантировать, что коллоидные чернила, нанесенные на поверхность, были согласованными с точки зрения состава и истории.

Дисперсия, подверженная действию напряжения сдвига выше предела текучести стенки, но ниже значений объемного предела текучести, будет перемещаться в поршневом потоке. В основном, поскольку материал не поддается изнутри, по стене происходит проскальзывание без сдвига материала. В приведенном здесь примере оптимальная конструкция системы печати была определена на основе измерений напряжения стенки и объемного напряжения текучести.

(PDF) О различных способах измерения «предела текучести»

M. Dinkgreve et al./ Журнал механики неньютоновской жидкости 238 (2016) 233–241 241

[21] М.М. Денн, Д. Бонн, Проблемы течения жидкостей с пределом текучести, Rheol. Acta 50

(2011) 307–315.

[22] Т. Диву, К. Барентин, С. Манневиль, Превышение напряжения в простом пределе текучести

жидкость: обширное исследование, сочетающее реологию и велосиметрию, Soft Matter 7

(2011) 9335–9349.

[23] Т. Диву, В. Гренар, С. Манневиль, Реологический гистерезис в мягких стеклообразных материалах

, Phys.Rev. Lett. 110 (2013) 018304.

[24] R.H. Ewoldt, A.E. Hosoi, G.H. Мак-Кинли, Новая мера для характеристики линейной вязкоупругости, отличной от

, при колебательном сдвиге большой амплитуды, J. Rheol. 52 (20 08)

1427–1458.

[25] А. Фалл, Дж. Паредес, Д. Бонн, Податливость и полосатость сдвига в мягких стеклообразных материалах,

Phys. Rev. Lett. 105 (2010) 225502.

[26] W. Herschel, R. Bulkley, Измерение консистенции применительно к растворам каучук-бен-

зола, Proc.Являюсь. Доц. Test Mater. 26 (1926) 621–633.

[27] К. Хюн, М. Вильгельм, К. Кляйн, К. Чо, Дж. Нам, К. Ан, С. Ли, Р. Эволдт,

Г. Мак-Кинли, Обзор испытаний на нелинейный колебательный сдвиг. : анализ и применение

пликации колебательного сдвига большой амплитуды (Лаос), Progress Polymer Sci. 36

(2011) 1697–1753.

[28] A .E. Джеймс, Д. Уильямс, П. Р. Вильямс, Прямое измерение статического выхода

свойств когезионных суспензий, Rheol.Acta 26 (1987) 437–446.

[29] К. Кугге, Н. Вандерхук, Д. У. Боусфилд, Колебательный отклик на сдвиг влагозащитных покрытий

, содержащих глину с различным коэффициентом формы, J. Colloid Inter-

Face Sci. 358 (2011) 25–31.

[30] R.G. Ларсон, Структура и реология сложных жидкостей, Оксфордский университет

Press, Inc., 1999.

[31] T.G. Мейсон, Дж. Бибетт, Д.А. Weitz, Выход и поток монодисперсных эмульсий

, J.Коллоидный интерфейс Sci. 179 (1996) 439–448.

[32] Дж. Мьюис, A.J.B. Сполл, Реология концентрированных дисперсий, Adv. Colloid In-

terface Sci. 6 (1976) 173–200.

[33] P.C.F. Мёллер, А. Фолл, Д. Бонн, Происхождение кажущейся вязкости в жидкостях с пределом текучести

ниже текучести, Europhys. Lett. 87 (2009) 38004.

[34] P.C.F. Мёллер, Дж. Мьюис, Д. Бонн, Предел текучести и тиксотропия: о сложности измерения напряжений текучести

на практике, Soft Matter 2 (2006) 274–283.

[35] П. Мёллер, А. Фалл, В. Чиккади, Д. Деркс, Д. Бонн, Попытка классифицировать урожай

стресс

поведение жидкости, Фил. Пер. Рой. Soc. А 367 (2009) 5139–5155.

[36] А. Муджумдар, А.Н. Берис, А.Б. Мецнер, Переходные явления в тиксотропных системах

, J. Non-Newton. Жидкий мех. 10 2 (2002) 157–178.

[37] Q.D. Нгуен, Т. Акройд, округ Колумбия Ки, Л. Чжу, Измерение предела текучести в пенсиях sus-

: межлабораторное исследование, Корея-Ост.Реол. J. 18 (2006) 15–24.

[38] Q.D. Нгуен, Д.В. Богер, Измерение предела текучести концентрированных суспензий

, J. Rheol. 27 (1983) 321–349.

[39] Q.D. Нгуен, Д.В. Богер, Измерение текучести жидкостей с пределом текучести,

Annu. Rev. Fluid Mech. 24 (1992) 47–88.

[40] K.N. Нордстрем, Э. Верней, П. Arratia, A. Basu, Z. Zhang, A.G. Yod h, J.P. Gol-

lub, D.J. Дуриан, Микрожидкостная реология мягких коллоидов над и под затором –

мин, Phys.Rev. Lett. 105 (2010) 1757 01.

[41] Э. Р. Новак, Дж. Б. Найт, Э. Бен-Наим, Х.М. Jaeger, S.R. Нагель, Флюктуация плотности

в вибрирующих гранулированных материалах, Физ. Rev. E 57 (1998) 1972–1982.

[42] Г. Оварлес, С. Коэн-Аддад, К. Кришнан, Дж. Гойон, П. Куссо, О существовании простого поведения напряжения текучести,

, J. Non-Newton. Жидкий мех. 193 (2013)

68–79.

[43] Г. Оварлес, Л. Куэр, Ф. Бертран, П.Coussot, Rheopexy и регулируемый выход

стресса суспензий технического углерода, Soft Matter 9 (2013) 5540–5549.

[44] J. Paredes, M.A.J. Михельс, Д. Бонн

, Реология через переход при нулевой температуре –

Мин, Phys. Rev. Lett. 111 (2013) 015701.

[45] Дж. Паредес, Н. Шахидзаде-Бонн, Д. Бонн, полосатость сдвига в тиксотропных и

нормальных эмульсиях, J. Phys. Конденс Мат. 23 (2011) 284116.

[46] К. Перге, Н.Таберле, Т. Жибо, С. Манневиль, Зависимость от времени в осциллирующем сдвиге с большой амплитудой

: реультразвуковое исследование динамики усталости в коллоидном геле

, J. Rheol. 58 (2014) 1331–1357.

[47] J.M. Piau, Гели Carbopol: эластовязкопластические и скользкие стекла, изготовленные из отдельных набухших губок. Мезо- и макроскопические свойства, основные уравнения и законы масштабирования

, J. Non-Newton. Жидкий мех 144 (2007) 1-29.

[48] А. Рагуйо, Г. Оварлез, Н. Шахидзаде-Бонн, Б. Херцхафт, Т. Палермо,

П. Куссо, Переход от простой жидкости предела текучести к тиксотропному веществу –

риал, Phys. Ред. E 76 (2007) 051408.

[49] F. Renou, J Stellbrink, G Peterkidis, Процессы текучести в коллоидном стекле из

мягких звездообразных мицелл при осциллирующем сдвиге большой амплитуды (LAOS), J. Rheol.

54 (2010) 1219–1242.

[50] С.А. Роджерс, П. Каллаган, Г. Петекидис, Д.В. Власопулос, Зависящая от времени

реология коллоидных звездчатых стекол, J. Rheol. 54 (2010)

133–158.

[51] S.A. Rogers, B.M. Эрвин, Д. Власопулос, М. Клойтр, Последовательность физических процессов

, определенных и количественно оцененных в Лаосе: приложение к жидкости с пределом текучести,

J. Rheol. 55 (2011) 435–458.

[52] Ф. Руйе, С. Коэн-Аддад, Р. Хёлер, Является ли предел текучести водной пены хорошо определенной величиной

? Коллоидная поверхность.А 263 (2005) 111–116.

[53] A. Saint-Jalmes, D.J. Дуриан, Исчезающая эластичность для влажных пен: эквивалент

с эмульсиями и роль полидисперсности, J. Rheol. 43 (1999) 1411–1422.

[54] Дж. Стокс, Дж. Теилф или Д., Измерение поведения текучести структурированных жидкостей, J.

Non-Newton. Жидкий мех. 124 (20 04) 137–146.

[55] Х. Та бу ча, П. Куссо, Дж. Р. де Брюн, Сила сопротивления на сфере в устойчивом движении

через жидкость с пределом текучести, J.Реол. 51 (2007) 125–137.

[56] M.U. Vera, A. Saint-Jalmes, D.J. Дуриан, Рассеивающая оптика пены, Прикл. Оптика

40 (2001) 4210–4214.

[57] Д.А. We itz, Packing in the spheres, Science 303 (2004) 968–969.

[58] A. Yoshimura, R.K. Прюдом, Поправки проскальзывания стенки для дисковых вискозиметров Куэтта и параллельных

, J. Rheol 32 (1988) 53–67.

[59] Л. Чжу, Н. Сун, К. Пападопулос, Д. Де Ки, Устройство с прорезями для измерения статического напряжения текучести,

, J.Реол. 45 (2001) 110 5.

Измерение предела текучести: новый, практичный и точный метод, основанный на детальном пенетрометрическом анализе.

Ансли Р.В., Смит Т.Н. (1967) Движение сферических частиц в пластике Бингема. AIChE J 13: 1193–1196

Статья Google ученый

Beaulne M, Mitsoulis E (1997) Ползучее движение сферы в трубках, заполненных жидкостями Гершеля – Балкли. J Non-Newt Fluid Mech 72: 55–71

Артикул CAS Google ученый

Берис А.Н., Цамопулос Дж. А., Армстронг Р. К., Браун Р. А. (1985) Ползучее движение сферы через пластик Бингема.J Fluid Mech 158: 219–244

Артикул CAS Google ученый

Bertola V, Bertrand F, Tabuteau H, Bonn D, Coussot P (2003) Настенное скольжение и текучесть пастообразных материалов. J Rheol 47–61: 1211

Google ученый

Bourne M (2002) Текстура и вязкость пищевых продуктов – понятие и измерение. Академик, Нью-Йорк

Google ученый

Coussot P (2005) Реометрия паст, суспензий и сыпучих материалов.Wiley, New York

Бронировать Google ученый

Coussot P, Tabuteau H, Chateau X, Tocquer L, Ovarlez O (2006) Старение и поведение твердых или жидких веществ в пастах. J Rheol 50: 975–994

Статья CAS Google ученый

Coussot P, Tocquer L, Lanos C, Ovarlez O (2009) Макроскопическая и местная реология жидкостей с пределом текучести. J Механизм неньютонских жидкостей 158: 85

Артикул CAS Google ученый

De Kee D, Turcotte G, Fildey K, Harrison B (1980) Новый метод определения предела текучести.J Texture Stud 10: 281–288

Артикул Google ученый

De Kee D, Kim YD, Nguyen QD (2007) Измерение реологических свойств с использованием устройства с пластиной с прорезями. Kor-Aust Rheol J 19: 75–80

Google ученый

Höhler R, Cohen-Addad S (2005) Реология жидкой пены. J Phys Condens Matter 17: R1041

Статья Google ученый

Джонсон К.Л. (1987) Контактная механика.Издательство Кембриджского университета, Кембридж

Google ученый

Lootens D, Jousset P, Martinie L, Roussel N, Flatt RJ (2009) Предел текучести во время схватывания цементных паст в результате испытаний на проникновение. Cem Concr Res 39: 401–408

Статья CAS Google ученый

Лоури Б., Моррисон Дж. Э. (2002) Пенетрометры грунта и проницаемость. В Методиках анализа почв, Часть 4.Физические методы. In: Dane JH, Topp GC (eds) Soil Science Society of America, Inc., Мэдисон, стр. 363–388

Лоренц Дж., Курата Ф. (1962) Разработка и оценка нового корпуса для вискозиметров с падающим цилиндром. AIChE J 8: 2–190

Статья Google ученый

Лоренц Дж., Свифт Г.В., Курата Ф. (1960), экспериментально подтвержденное теоретическое исследование вискозиметра с падающим цилиндром. AIChE J 6: 4–547

Статья Google ученый

Моисей Г.Б., Паддингтон И.Е. (1949) Текучесть дисперсий кальциевых мыл в углеводородном масле.Can J Res B 27: 616

Статья Google ученый

Magnin A, Piau JM (1990) Конусно-пластинчатая реометрия жидкостей с пределом текучести. Исследование водного геля. J Non-Newton Fluid Mech 36: 85–108

Статья CAS Google ученый

Оварлез Г., Родтс С., Рагуйо А., Куссо П., Гойон Дж. (2008) Широкозонные потоки Куэтта плотных эмульсий: локальные измерения концентрации и сравнение макроскопических и локальных измерений конститутивного закона с помощью магнитно-резонансной томографии.Phys Rev E 78: 036307

Статья CAS Google ученый

Оварлез Г., Кришан К., Коэн-Аддад С. (2010) Исследование полос сдвига в трехмерных пенах. EPL 91: 68005

Статья Google ученый

Park NA, Irvine TF, Gui F (1988) Измерения предела текучести с помощью вискозиметра с падающей иглой. В: Proc. X-й международный конгресс по реологии, том 2, стр. 160–163

Парк Н.А., Чо И, Ирвин Т.Ф. (1990) Измерение вязкости вязкоупругих жидкостей при устойчивом сдвиге с помощью вискозиметра с падающей иглой.J Non-Newton Fluid Mech 34: 351–357

Статья CAS Google ученый

Piau JM (2002) Вязкопластический пограничный слой. J Механизм для неньютонских жидкостей 102: 193

Артикул CAS Google ученый

Piau JM (2007) Гели Carbopol: эластовязкопластические и скользкие стекла, сделанные из отдельных набухших губок, мезо- и макроскопические свойства, определяющие уравнения и законы масштабирования.J Non-Newton Fluid Mech 144: 1–29

Статья CAS Google ученый

Пикар Д., Манко Дж. П., Форе А. (2001) Пенетровискозиметр для ньютоновских и вязкопластических жидкостей. Inst Sci Technol 29: 169-184

Статья Google ученый

Саленсон Дж. (1983) Расчет на разрыв и анализ предела. Presses de l’école nationale des ponts et chausses, Париж

Tchamba JC, Amziane S, Ovarlez G, Roussel N (2008) Боковое напряжение, оказываемое свежим жидким бетоном на опалубку: лабораторные эксперименты.Cem Concr Res 38: 459–466

Статья CAS Google ученый

Токпави Д., Доджи Л., Магнин А., Джей П. (2008) Очень медленное течение вязкопластической жидкости Бингема вокруг круглого цилиндра. J Механизм неньютонских жидкостей 154: 65

Артикул CAS Google ученый

Uhlherr PHT, Guo J, Fang T-N, Tiu C (2002) Статическое измерение предела текучести с помощью цилиндрического пенетрометра.Kor-Aust Rheol J 14: 17–23

Google ученый

Zhang M, Ferraris CF, Zhu H, Picandet V, Peltz MA, Stutzman P, De Kee D (2010) Измерение предела текучести для концентрированных суспензий с использованием пластинчатого устройства. Mater Struct 43: 47–62

Статья CAS Google ученый

Zhu L, Sun N, Papadopoulos K, De Kee D (2001) Устройство с пластиной с прорезями для измерения статического предела текучести.J Rheol 45: 1105–1122

Статья CAS Google ученый

.