Čini se da rezultati dobiveni u prethodnim paragrafima rješavaju problem ispitivanja stabilnosti komprimirane šipke; Ostaje samo odabrati faktor sigurnosti. Međutim, to nije slučaj. Pažljivije proučavanje numeričkih vrijednosti dobivenih korištenjem Eulerove formule pokazuje da ona daje ispravne rezultate samo u određenim granicama.

Na slici 1 prikazana je ovisnost veličine kritičnih napona izračunatih pri različitim vrijednostima fleksibilnosti za čelik 3, koji se obično koristi u metalnim konstrukcijama. Ova zavisnost je predstavljena hiperboličkom krivom, takozvanom „Eulerovom hiperbolom“:

Kada koristimo ovu krivu, moramo imati na umu da je formula koju ona predstavlja dobijena integracijom diferencijalne jednadžbe zakrivljene ose, tj. pod pretpostavkom da naponi u štapu u trenutku gubitka stabilnosti ne prelaze granicu proporcionalnosti.

Fig.1. Hiperbolička ovisnost kritičnog naprezanja o fleksibilnosti štapa

Slijedom toga, nemamo pravo koristiti vrijednosti kritičnih napona izračunate pomoću Eulerove formule ako su dobijene iznad ove granice za dati materijal. Drugim riječima, Eulerova formula je primjenjiva samo ako su ispunjeni sljedeći uvjeti:

Ako iz ove nejednakosti izrazimo fleksibilnost, tada će uvjet primjenjivosti Eulerovih formula poprimiti drugačiji oblik:

Zamjenom odgovarajućih vrijednosti modula elastičnosti i granice proporcionalnosti za dati materijal, nalazimo najmanju vrijednost fleksibilnosti pri kojoj je još uvijek moguće koristiti Eulerovu formulu. Za čelik 3, granica proporcionalnosti se može uzeti jednakom , stoga, za šipke napravljene od ovog materijala, Ojlerovu formulu možete koristiti samo sa fleksibilnošću

tj. više od 100%

Za čelik 5 at Ojlerova formula je primjenjiva pod fleksibilnošću; za liveno gvožđe na , za bor na itd. Ako nacrtamo horizontalnu liniju na slici 1 sa ordinatom jednakom , tada će Ojlerovu hiperbolu presjeći na dva dijela; Možete koristiti samo donji dio grafikona, koji se odnosi na relativno tanke i dugačke šipke, čiji se gubitak stabilnosti javlja pri naponima koji ne leže više od granice proporcionalnosti.

Teorijsko rješenje koje je dobio Euler pokazalo se primjenjivim u praksi samo za vrlo ograničenu kategoriju štapova, odnosno tanke i dugačke šipke velike fleksibilnosti. U međuvremenu, šipke niske fleksibilnosti se vrlo često nalaze u strukturama. Pokušaji korištenja Eulerove formule za izračunavanje kritičnih naprezanja i provjeru stabilnosti pri niskoj fleksibilnosti ponekad su dovodili do vrlo ozbiljnih katastrofa, a eksperimenti na kompresiji šipki pokazuju da su pri kritičnim naprezanjima većim od granice proporcionalnosti, stvarne kritične sile znatno niže od onih koje određuju Ojlerova formula.

Stoga je potrebno pronaći način za izračunavanje kritičnih naprezanja i za one slučajeve kada prelaze granicu proporcionalnosti materijala, na primjer, za šipke od mekog čelika vitkosti od 0 do 100.

Odmah treba napomenuti da su trenutno najvažniji izvor za utvrđivanje kritičnih napona iznad granice proporcionalnosti, odnosno pri niskoj i srednjoj fleksibilnosti, rezultati eksperimenata. Postoje pokušaji da se teorijski riješi ovaj problem, ali oni prije upućuju put ka daljim istraživanjima nego daju osnovu za praktične proračune.

Prije svega, potrebno je odabrati štapove niske fleksibilnosti, od 0 do približno 30 x 40; njihova dužina je relativno mala u odnosu na dimenzije poprečnog presjeka. Na primjer, za štap kružnog poprečnog presjeka, fleksibilnost 20 odgovara omjeru dužine i prečnika od 5. Za takve šipke teško je govoriti o fenomenu gubitka stabilnosti pravolinijskog oblika cijelog štapa. u cjelini u smislu da je to slučaj za tanke i dugačke štapove.

Ove kratke šipke će propasti uglavnom zbog činjenice da će tlačni naponi u njima dostići granicu tečenja (za duktilne materijale) ili granicu čvrstoće (za krhke materijale). Stoga će za kratke šipke, do fleksibilnosti od približno 3040, kritični naponi „biti jednaki ili nešto niži (zbog neke zakrivljenosti ose štapa koja se još uvijek opaža), odnosno (čelik) ili (livena gvožđe, drvo).

Dakle, imamo dva ograničavajuća slučaja rada komprimiranih šipki: kratke šipke koje gube nosivost uglavnom zbog razaranja materijala kompresijom i dugačke šipke kod kojih je gubitak nosivosti uzrokovan kršenje stabilnosti pravolinijskog oblika štapa. Kvantitativna promjena u omjeru dužine i poprečnih dimenzija štapa mijenja cjelokupnu prirodu fenomena destrukcije. Ono što ostaje uobičajeno je iznenadnost nastupa kritičnog stanja u smislu naglog naglog povećanja deformacija.

Kod komprimiranih šipki velike fleksibilnosti, za koje je primjenjiva Eulerova formula, nakon postizanja sile R kritične vrijednosti, obično se opaža nagli porast deformacija. Do ove tačke, otklon se povećava sa povećanjem opterećenja, ali ostaje beznačajan. Teoretski, očekivalo bi se da štap ostane ravan do kritične sile; Međutim, niz okolnosti koje su u praksi neizbježne - početna zakrivljenost štapa, neki ekscentricitet u primjeni opterećenja, lokalna prenaprezanja, heterogenost materijala - uzrokuju male otklone čak i pri tlačnim silama manjim od kritičnih.

Sličan karakter ima i ovisnost skraćivanja od naprezanja pri kompresiji kratkih šipki; imamo istu iznenadnost rasta deformacija pri određenoj veličini naprezanja (kada ).

Sada nam ostaje da razmotrimo ponašanje komprimiranih šipki pri prosječnim vrijednostima fleksibilnosti, na primjer, za čelične šipke sa fleksibilnošću od 40 do 100; Inženjeri se u praksi najčešće susreću sa sličnim vrijednostima fleksibilnosti.

Po prirodi razaranja ovi se štapovi približavaju kategoriji tankih i dugih štapova; gube svoj linearni oblik i uništavaju se značajnim bočnim izvijanjem. U eksperimentima s njima može se uočiti prisustvo jasno izražene kritične sile u „Eulerovom“ smislu; kritična naprezanja se dobijaju iznad granice proporcionalnosti i ispod granice popuštanja za duktilnu i vlačnu čvrstoću za krhke materijale.

Međutim, gubitak pravolinijskog oblika i smanjenje kritičnih napona u usporedbi s kratkim šipkama za ove šipke „srednje” fleksibilnosti povezani su s istim fenomenom pogoršanja čvrstoće materijala koji uzrokuje gubitak nosivosti kratkih šipki. Ovdje se kombiniraju utjecaj dužine koja smanjuje vrijednost kritičnih napona i utjecaj značajnog povećanja deformacija materijala pri naprezanjima iznad granice proporcionalnosti.

Eksperimentalno određivanje kritičnih sila za komprimirane šipke u više je navrata provedeno i kod nas i u inozemstvu. Posebno obiman eksperimentalni materijal prikupio je prof. F. Yasinsky, koji je sastavio tabelu kritičnih („prekidnih“) napona c. ovisno o fleksibilnosti za niz materijala i postavio je temelje za moderne metode proračuna stabilnosti komprimiranih šipki.

Na temelju dobivenog eksperimentalnog materijala možemo pretpostaviti da pri kritičnim naponima manjim od granice proporcionalnosti svi eksperimenti potvrđuju Eulerovu formulu za bilo koji materijal.

Za štapove srednje i male fleksibilnosti predložene su različite empirijske formule koje pokazuju da se kritični naponi za takvu fleksibilnost mijenjaju po zakonu bliskom linearnom:

Gdje A I b koeficijenti u zavisnosti od materijala, fleksibilnost štapa. Za liveno gvožđe, Yasinsky je dobio: A = 338,7MPa, b = 1,483 MPa. Za čelik 3 sa fleksibilnošću od = 40 do = 100 koeficijenata A I b može se prihvatiti: A = 336 MPa; b = 1,47MPa. Za drvo (bor): A = 29,3 MPa; b = 0,194 MPa.

Ponekad su zgodne empirijske formule, dajući za neelastičnu oblast promjenu kritičnih napona prema zakonu kvadratne parabole; ovo uključuje formulu

Ovdje se pri = 0 uzima u obzir za duktilne i lomljive materijale; koeficijent A, izabran iz uslova glatke konjugacije sa Ojlerovom hiperbolom, ima vrednost:

za čelik sa granom tečenja = 280 MPa a = 0,009 MPa

S obzirom na ovdje date podatke, može se konstruirati potpuni graf kritičnih napona (ovisno o fleksibilnosti) za bilo koji materijal. Na slici 2 prikazan je takav grafikon za građevinski čelik s granom tečenja i granica proporcionalnosti .

Fig.2. Kompletna tabela kritičnog naprezanja za konstrukcijski čelik.

Grafikon se sastoji od tri dijela: Ojlerove hiperbole na , nagnute ravne linije u i horizontalne, ili blago nagnute, prave linije na . Slični grafovi se mogu konstruirati kombiniranjem Eulerove formule s eksperimentalnim rezultatima za druge materijale.

Provjera stabilnosti komprimiranih šipki.

Prethodno je napomenuto da se za komprimirane šipke moraju izvršiti dvije provjere:

za snagu

za održivost

Gdje

Da bismo utvrdili dozvoljeni napon za stabilnost, sada moramo samo odabrati faktor sigurnosti k.

U praksi, ovaj koeficijent varira za čelik od 1,8 do 3,0. Faktor sigurnosti za stabilnost je odabran veći od sigurnosnog faktora za čvrstoću, jednak 1,5 × 1,6 za čelik.

To se objašnjava postojanjem niza okolnosti koje su u praksi neizbježne (početna zakrivljenost, ekscentricitet djelovanja, opterećenja, heterogenost materijala itd.) i gotovo da nemaju utjecaja na rad konstrukcije pod drugim vrstama deformacija (torzija). , savijanje, napetost).

Za komprimirane šipke, zbog mogućnosti gubitka stabilnosti, ove okolnosti mogu značajno smanjiti nosivost štapa. Za liveno gvožđe, faktor sigurnosti se kreće od 5,0 do 5,5, za drvo od 2,8 do 3,2.

Da bismo uspostavili vezu između dopuštenog naprezanja za stabilnost i dopuštenog naprezanja za čvrstoću, uzmimo njihov omjer:

Određivanje

ovdje je faktor redukcije za glavni dozvoljeni napon za komprimirane šipke.

Imajući graf ovisnosti za dati materijal, poznajući ili birajući sigurnosne faktore za čvrstoću i stabilnost, možete kreirati tablice vrijednosti koeficijenata u funkciji fleksibilnosti. Takvi podaci su dati u našim tehničkim specifikacijama za projektovanje objekata; oni su u tabeli.

Zatezna čvrstoća

Određena granična vrijednost za određeni materijal, prekoračenje koje će dovesti do uništenja objekta pod utjecajem mehaničkog naprezanja. Glavne vrste granica čvrstoće: statička, dinamička, tlačna i vlačna. Na primjer, vlačna čvrstoća je granična vrijednost konstantnog (statička granica) ili promjenjivog (dinamička granica) mehaničkog naprezanja, prekoračenje koje će slomiti (ili neprihvatljivo deformirati) proizvod. Mjerna jedinica - Pascal [Pa], N/mm² = [MPa].

Granica tečenja (σ t)

Količina mehaničkog naprezanja pri kojoj deformacija nastavlja rasti bez povećanja opterećenja; koristi se za proračun dozvoljenih napona u plastičnim materijalima.

Nakon prolaska granice popuštanja, uočavaju se nepovratne promjene u metalnoj strukturi: kristalna rešetka se preuređuje i pojavljuju se značajne plastične deformacije. Istovremeno dolazi do samojačanja metala i nakon granice popuštanja deformacija se povećava sa povećanjem vlačne sile.

Ovaj parametar se često definira kao "napon pri kojem se plastična deformacija počinje razvijati", identificirajući tako granice popuštanja i elastičnosti. Međutim, treba shvatiti da su to dva različita parametra. Vrijednosti granice popuštanja premašuju granicu elastičnosti za približno 5%.

Granica izdržljivosti ili granica umora (σ R)

Sposobnost materijala da izdrži opterećenja koja uzrokuju ciklično naprezanje. Ovaj parametar čvrstoće definira se kao maksimalno naprezanje u ciklusu pri kojem ne dolazi do zamornog loma proizvoda nakon neograničeno velikog broja cikličkih opterećenja (osnovni broj ciklusa za čelik je Nb = 10 7). Koeficijent R (σ R) se uzima jednak koeficijentu asimetrije ciklusa. Stoga se granica zamora materijala u slučaju simetričnih ciklusa opterećenja označava sa σ -1, a u slučaju pulsirajućih - sa σ 0.

Imajte na umu da su ispitivanja zamora proizvoda vrlo duga i radno intenzivni, oni uključuju analizu velikih količina eksperimentalnih podataka sa proizvoljnim brojem ciklusa i značajnim rasutom vrijednosti. Stoga se najčešće koriste posebne empirijske formule koje povezuju granicu izdržljivosti s drugim parametrima čvrstoće materijala. Najprikladnijim parametrom se smatra vlačna čvrstoća.

Za čelike, granica izdržljivosti na savijanje je obično polovina vlačne čvrstoće: Za čelike visoke čvrstoće možete uzeti:

Za obične čelike tokom torzije u uslovima ciklički promenljivih naprezanja može se prihvatiti sledeće:

Navedene omjere treba koristiti s oprezom, jer su dobijeni pod specifičnim uvjetima opterećenja, tj. prilikom savijanja i torzije. Međutim, kada se testira na napetost-kompresiju, granica izdržljivosti postaje otprilike 10-20% manja nego kod savijanja.

Proporcionalna granica (σ)

Maksimalna vrijednost naprezanja za određeni materijal na kojoj još uvijek vrijedi Hookeov zakon, tj. Deformacija tijela je direktno proporcionalna primijenjenom opterećenju (sili). Imajte na umu da za mnoge materijale dostizanje (ali ne prekoračenje!) granice elastičnosti dovodi do reverzibilnih (elastičnih) deformacija, koje, međutim, više nisu direktno proporcionalne naprezanju. U ovom slučaju, takve deformacije mogu biti donekle "kašnjenje" u odnosu na povećanje ili smanjenje opterećenja.

Dijagram deformacije metalnog uzorka pod zatezanjem u koordinatama izduženje (Ê) - napon (σ).

1: Granica apsolutne elastičnosti.

2: Granica proporcionalnosti.

3: Granica elastičnosti.

Danas postoji nekoliko metoda za ispitivanje uzoraka materijala. Istovremeno, jedno od najjednostavnijih i najotkrivenijih ispitivanja su vlačna (zatezna) ispitivanja, koja omogućavaju određivanje granice proporcionalnosti, čvrstoće tečenja, modula elastičnosti i drugih važnih karakteristika materijala. Kako je najvažnija karakteristika napregnutog stanja materijala deformacija, određivanje vrijednosti deformacije za poznate dimenzije uzorka i opterećenja koja djeluju na uzorak omogućava utvrđivanje gore navedenih karakteristika materijala.

Ovdje se može postaviti pitanje: zašto jednostavno ne možemo odrediti otpor materijala? Činjenica je da apsolutno elastični materijali, koji se urušavaju tek nakon što prevladaju određenu granicu - otpor, postoje samo u teoriji. U stvarnosti, većina materijala ima i elastična i plastična svojstva; u nastavku ćemo razmotriti koja su to svojstva na primjeru metala.

Zatezna ispitivanja metala izvode se u skladu sa GOST 1497-84. U tu svrhu koriste se standardni uzorci. Postupak ispitivanja izgleda otprilike ovako: na uzorak se primjenjuje statičko opterećenje i određuje se apsolutno istezanje uzorka Δl, tada se opterećenje povećava za određenu vrijednost koraka i ponovo se određuje apsolutno istezanje uzorka i tako dalje. Na temelju dobivenih podataka konstruiran je graf ovisnosti istezanja u odnosu na opterećenje. Ovaj graf se naziva dijagram naprezanja.

Slika 318.1. Dijagram naprezanja za čelični uzorak.

Na ovom dijagramu vidimo 5 karakterističnih tačaka:

1. Granica proporcionalnosti R p(tačka A)

Normalni naponi u poprečnom presjeku uzorka kada se dostigne granica proporcionalnosti bit će jednaki:

σ p = P p /F o (318.2.1)

Granica proporcionalnosti ograničava područje elastičnih deformacija na dijagramu. U ovom dijelu, deformacije su direktno proporcionalne naponima, što je izraženo Hookeovim zakonom:

R p = kΔl (318.2.2)

gdje je k koeficijent krutosti:

k = EF/l (318.2.3)

gdje je l dužina uzorka, F je površina poprečnog presjeka, E je Youngov modul.

Moduli elastičnosti

Glavne karakteristike elastičnih svojstava materijala su Youngov modul E (modul elastičnosti prve vrste, modul elastičnosti pri zatezanju), modul elastičnosti druge vrste G (modul elastičnosti pri smicanju) i Poissonov omjer μ (poprečni koeficijent deformacije).

Youngov modul E pokazuje omjer normalnih naprezanja i relativnih deformacija unutar granica proporcionalnosti

Youngov modul se također određuje empirijski prilikom ispitivanja standardnih vlačnih uzoraka. Budući da su normalni naponi u materijalu jednaki sili podijeljenoj s početnom površinom poprečnog presjeka:

σ = R/F o (318.3.1), (317.2)

i relativna elongacija ε - odnos apsolutne deformacije prema početnoj dužini

ε pr = Δl/l o (318.3.2)

onda se Youngov modul prema Hookeovom zakonu može izraziti na sljedeći način

E = σ/ε pr = Pl o /F o Δl = tg α (318.3.3)

Slika 318.2. Dijagrami naprezanja nekih metalnih legura

Poissonov omjer μ pokazuje omjer poprečnih i uzdužnih deformacija

Pod uticajem opterećenja ne samo da se povećava dužina uzorka, već se i površina razmatranog poprečnog preseka smanjuje (ako pretpostavimo da zapremina materijala u oblasti elastične deformacije ostaje konstantna, tada se povećanje dužine uzorka dovodi do smanjenja površine poprečnog presjeka). Za uzorak kružnog poprečnog presjeka, promjena površine poprečnog presjeka može se izraziti na sljedeći način:

ε pop = Δd/d o (318.3.4)

Tada se Poissonov omjer može izraziti sljedećom jednačinom:

μ = ε pop /ε pr (318.3.5)

Modul posmika G pokazuje omjer posmičnih naprezanja T na ugao smicanja

Modul posmika G može se eksperimentalno odrediti ispitivanjem uzoraka na torziju.

Prilikom ugaonih deformacija, razmatrani presjek se ne pomiče linearno, već pod određenim kutom - kutom pomaka γ prema početnom presjeku. Budući da je posmično naprezanje jednako sili podijeljenoj s površinom u ravni u kojoj sila djeluje:

T= R/F (318.3.6)

a tangenta ugla nagiba može se izraziti kao omjer apsolutne deformacije Δl na udaljenost h od mjesta gdje je zabilježena apsolutna deformacija do tačke u odnosu na koju je izvršena rotacija:

tgγ = Δl/h (318.3.7)

tada se pri malim vrijednostima ugla smicanja modul smicanja može izraziti sljedećom jednadžbom:

G= T/γ = Ph/FΔl (318.3.8)

Youngov modul, modul smicanja i Poissonov omjer povezani su jedni s drugima sljedećim odnosom:

E = 2(1 + μ)G (318.3.9)

Vrijednosti konstanti E, G i µ date su u tabeli 318.1

Tabela 318.1. Približne vrijednosti elastičnih karakteristika nekih materijala

Bilješka: Moduli elastičnosti su konstantne vrijednosti, međutim, tehnologije proizvodnje za različite građevinske materijale se mijenjaju i točnije vrijednosti modula elastičnosti treba pojasniti prema trenutno važećim regulatornim dokumentima. Modul elastičnosti betona ovisi o klasi betona i stoga ovdje nije dat.

Za različite materijale se određuju elastične karakteristike u granicama elastičnih deformacija ograničenih na dijagramu naprezanja točkom A. U međuvremenu, na dijagramu naprezanja može se identificirati još nekoliko tačaka:

2. Granica elastičnosti R u

Normalni naponi u poprečnom presjeku uzorka kada se dostigne granica elastičnosti bit će jednaki:

σ y = R y /F o (318.2.4)

Granica elastičnosti ograničava područje u kojem se pojavljuju plastične deformacije unutar određene male vrijednosti, normalizirane tehničkim uvjetima (na primjer, 0,001%; ​​0,01% itd.). Ponekad se granica elastičnosti označava prema toleranciji σ 0,001, σ 0,01, itd.

3. Granica tečenja R t

σ t = R t /F o (318.2.5)

Ograničava područje dijagrama u kojem se deformacija povećava bez značajnog povećanja opterećenja (stanje tečenja). U ovom slučaju dolazi do djelomičnog pucanja unutrašnjih veza u cijelom volumenu uzorka, što dovodi do značajnih plastičnih deformacija. Materijal uzorka nije potpuno uništen, ali njegove početne geometrijske dimenzije prolaze kroz nepovratne promjene. Na poliranoj površini uzoraka uočavaju se brojke popuštanja - smične linije (otkrio profesor V.D. Chernov). Za različite metale, uglovi nagiba ovih linija su različiti, ali su u rasponu od 40-50 o. U ovom slučaju, dio akumulirane potencijalne energije nepovratno se troši na djelomično kidanje unutrašnjih veza. Prilikom ispitivanja zatezanja uobičajeno je razlikovati gornju i donju granicu popuštanja - odnosno najveće i najniže naprezanje pri kojima se povećava plastična (zaostala) deformacija pri gotovo konstantnoj vrijednosti efektivnog opterećenja.

Dijagrami naprezanja pokazuju nižu granicu tečenja. To je granica za većinu materijala koja se uzima kao standardna otpornost materijala.

Neki materijali nemaju izražen plato prinosa. Za njih se uslovna granica popuštanja σ 0,2 uzima kao napon pri kojem zaostalo izduženje uzorka dostiže vrijednost ε ≈0,2%.

4. Vlačna čvrstoća P max (privremena čvrstoća)

Normalni naponi u poprečnom presjeku uzorka kada se postigne krajnja čvrstoća bit će jednaki:

σ in = P max /F o (318.2.6)

Nakon prevladavanja gornje granice popuštanja (nije prikazano na dijagramima naprezanja), materijal ponovno počinje odolijevati opterećenjima. Pri maksimalnoj sili P max počinje potpuno uništavanje unutrašnjih veza materijala. U ovom slučaju plastične deformacije su koncentrisane na jednom mjestu, formirajući takozvani vrat u uzorku.

Napon pri maksimalnom opterećenju naziva se vlačna čvrstoća ili vlačna čvrstoća materijala.

Tabele 318.2 - 318.5 daju približne vrijednosti čvrstoće za neke materijale:

Tabela 318.2 Približne granice tlačne čvrstoće (privremene čvrstoće) nekih građevinskih materijala.

Bilješka: Za metale i legure, vrijednost vlačne čvrstoće treba odrediti u skladu sa regulatornim dokumentima. Može se vidjeti vrijednost privremenih otpora za neke vrste čelika.

Tabela 318.3. Približne granice čvrstoće (zatezne čvrstoće) za neke plastike

Tabela 318.4. Približna vlačna čvrstoća za neka vlakna

Tabela 318.5. Približne granice čvrstoće za neke vrste drveta

5. Materijalno uništenje P r

Ako pogledate dijagram naprezanja, čini se da se uništavanje materijala događa kako se opterećenje smanjuje. Ovaj dojam se stvara jer se kao rezultat formiranja "vrata" značajno mijenja površina poprečnog presjeka uzorka u području "vrata". Ako konstruirate dijagram naprezanja za uzorak od niskougljičnog čelika u zavisnosti od promjenjive površine poprečnog presjeka, vidjet ćete da se naprezanja u razmatranom presjeku povećavaju do određene granice:

Slika 318.3. Dijagram naprezanja: 2 - u odnosu na početnu površinu poprečnog presjeka, 1 - u odnosu na promjenjivu površinu poprečnog presjeka u području vrata.

Ipak, ispravnije je uzeti u obzir karakteristike čvrstoće materijala u odnosu na površinu izvornog presjeka, jer proračuni čvrstoće rijetko uključuju promjene izvornog geometrijskog oblika.

Jedna od mehaničkih karakteristika metala je relativna promjena ψ površine poprečnog presjeka u području vrata, izražena u postocima:

ψ = 100(F o - F)/F o (318.2.7)

gdje je F o početna površina poprečnog presjeka uzorka (površina poprečnog presjeka prije deformacije), F je površina poprečnog presjeka u području "vrata". Što je veća vrijednost ψ, to su plastična svojstva materijala izraženija. Što je niža vrijednost ψ, veća je krhkost materijala.

Ako zbrojite potrgane dijelove uzorka i izmjerite njegovo izduženje, ispada da je ono manje od izduženja na dijagramu (po dužini segmenta NL), budući da nakon pucanja elastične deformacije nestaju i ostaju samo plastične deformacije . Količina plastične deformacije (izduženje) je također važna karakteristika mehaničkih svojstava materijala.

Osim elastičnosti, do loma, ukupna deformacija se sastoji od elastičnih i plastičnih komponenti. Ako materijal dovedete do naprezanja koja premašuju granicu tečenja (na slici 318.1, neka tačka između granice popuštanja i vlačne čvrstoće), a zatim ga rasteretite, plastične deformacije će ostati u uzorku, ali kada se nakon nekog vremena ponovo optereti, granica elastičnosti će postati veća, jer u ovom slučaju promjena geometrijskog oblika uzorka kao rezultat plastičnih deformacija postaje, takoreći, rezultat djelovanja unutarnjih veza, a promijenjeni geometrijski oblik postaje početni jedan. Ovaj proces utovara i istovara materijala može se ponoviti nekoliko puta, a svojstva čvrstoće materijala će se povećati:

Slika 318.4. Dijagram naprezanja tokom radnog kaljenja (kose ravne linije odgovaraju rasterećenju i ponovnom opterećenju)

Ova promjena u svojstvima čvrstoće materijala, dobivena ponovljenim statičkim opterećenjem, naziva se radnim kaljenjem. Međutim, kada se čvrstoća metala poveća hladnim kaljenjem, njegove plastične osobine se smanjuju i njegova krhkost se povećava, tako da se relativno malo otvrdnjavanje obično smatra korisnim.

Rad deformacije

Što su veće unutrašnje sile interakcije između čestica materijala, to je veća čvrstoća materijala. Stoga vrijednost otpora istezanju po jedinici volumena materijala može poslužiti kao karakteristika njegove čvrstoće. U ovom slučaju vlačna čvrstoća nije iscrpna karakteristika svojstava čvrstoće datog materijala, jer karakterizira samo poprečne presjeke. Prilikom puknuća dolazi do razaranja međuspojeva na cijelom poprečnom presjeku, a kod smicanja, do kojih dolazi pri bilo kakvoj plastičnoj deformaciji, uništavaju se samo lokalne međusobne veze. Da bi se te veze uništile, troši se određena količina rada sila unutrašnje interakcije, što je jednako radu vanjskih sila koje se troše na pomicanje:

A = RΔl/2 (318.4.1)

gdje je 1/2 rezultat statičkog djelovanja opterećenja koje se povećava od 0 do P u trenutku njegove primjene (prosječna vrijednost (0 + P)/2)

Tokom elastične deformacije, rad sila je određen površinom trokuta OAB (vidi sliku 318.1). Ukupan rad utrošen na deformaciju uzorka i njegovo uništenje:

A = ηR max Δl max (318.4.2)

gdje je η koeficijent potpunosti dijagrama, jednak omjeru površine cijelog dijagrama, ograničenog krivom AM i pravim linijama OA, MN i ON, prema površini pravokutnika sa stranicama 0P max (duž P ose) i Δl max (isprekidana linija na slici 318.1). U ovom slučaju potrebno je oduzeti rad određen površinom trokuta MNL (vezano za elastične deformacije).

Rad utrošen na plastičnu deformaciju i uništavanje uzorka jedna je od bitnih karakteristika materijala koja određuje stupanj njegove krhkosti.

Deformacija kompresije

Tlačne deformacije slične su vlačnim deformacijama: prvo se javljaju elastične deformacije kojima se dodaju plastične deformacije iznad granice elastičnosti. Priroda deformacije i loma tokom kompresije prikazana je na Sl. 318.5:

Slika 318.5

a - za plastične materijale; b - za lomljive materijale; c - za drvo uz zrno, d - za drvo po zrno.

Ispitivanja kompresije su manje pogodna za određivanje mehaničkih svojstava plastičnih materijala zbog teškoća snimanja trenutka loma. Metode mehaničkog ispitivanja metala regulisane su GOST 25.503-97. Prilikom ispitivanja na kompresiju, oblik uzorka i njegove dimenzije mogu biti različiti. Približne vrijednosti vlačne čvrstoće za različite materijale date su u tabelama 318.2 - 318.5.

Ako je materijal pod stalnim naprezanjem, tada se gotovo trenutnoj elastičnoj deformaciji postupno dodaje dodatna elastična deformacija. Kada se opterećenje potpuno ukloni, elastična deformacija opada proporcionalno opadajućim naponima, a dodatna elastična deformacija sporije nestaje.

Nastala dodatna elastična deformacija pod stalnim naprezanjem, koja ne nestaje odmah nakon rasterećenja, naziva se elastičnim naknadnim efektom.

Utjecaj temperature na promjene mehaničkih svojstava materijala

Čvrsto stanje nije jedino stanje agregacije supstance. Čvrste tvari postoje samo u određenom rasponu temperatura i pritisaka. Povećanje temperature dovodi do faznog prijelaza iz čvrstog u tečno, a sam proces prijelaza naziva se topljenje. Tačke topljenja, kao i druge fizičke karakteristike materijala, zavise od mnogih faktora, a određuju se i eksperimentalno.

Tabela 318.6. Tačke topljenja nekih supstanci

Bilješka: Tabela pokazuje tačke topljenja pri atmosferskom pritisku (osim za helijum).

Karakteristike elastičnosti i čvrstoće materijala date u tabelama 318.1-318.5 određuju se, po pravilu, na temperaturi od +20 o C. GOST 25.503-97 dozvoljava ispitivanje uzoraka metala u temperaturnom opsegu od +10 do +35 o C. .

Kada se temperatura promijeni, mijenja se i potencijalna energija tijela, što znači da se mijenja i vrijednost unutrašnjih interakcijskih sila. Stoga mehanička svojstva materijala ne zavise samo od apsolutne vrijednosti temperature, već i od trajanja njenog djelovanja. Kod većine materijala pri zagrijavanju se karakteristike čvrstoće (σ p, σ t i σ v) smanjuju, dok se plastičnost materijala povećava. Kako temperatura pada, karakteristike čvrstoće se povećavaju, ali istovremeno se povećava i krhkost. Kada se zagrije, Youngov modul E se smanjuje, a Poissonov omjer se povećava. Kada se temperatura smanji, dolazi do obrnutog procesa.

Slika 318.6. Utjecaj temperature na mehaničke karakteristike ugljičnog čelika.

Kada se obojeni metali i legure napravljene od njih zagriju, njihova čvrstoća odmah opada i na temperaturi blizu 600° C, ona se praktično gubi. Izuzetak je aluminotermni hrom, čija vlačna čvrstoća raste sa porastom temperature i na temperaturi od 1100°C dostiže maksimum σ in1100 = 2σ in20.

Karakteristike duktilnosti bakra, legura bakra i magnezijuma opadaju sa porastom temperature, dok se karakteristike aluminijuma povećavaju. Kada se plastika i guma zagrijavaju, njihova vlačna čvrstoća naglo opada, a kada se ohlade, ovi materijali postaju vrlo lomljivi.

Utjecaj radioaktivnog zračenja na promjene mehaničkih svojstava

Izloženost zračenju različito utječe na različite materijale. Zračenje materijala anorganskog porijekla po svom utjecaju na mehaničke karakteristike i karakteristike plastičnosti slično je smanjenju temperature: s povećanjem doze radioaktivnog zračenja raste vlačna čvrstoća, a posebno granica popuštanja, a smanjuju se karakteristike plastičnosti.

Zračenje plastike također dovodi do povećanja krhkosti, a zračenje ima različite efekte na vlačnu čvrstoću ovih materijala: na neke plastike gotovo da nema efekta (polietilen), kod drugih uzrokuje značajno smanjenje vlačne čvrstoće (katamen), a kod drugih povećava vlačnu čvrstoću (selektron).

2. Granica elastičnosti

3. Granica tečenja

4. Vlačna čvrstoća ili zatezna čvrstoća

5. Napon pri prekidu

Crtanje. 2.3 – Pogled na cilindrični uzorak nakon loma (a) i promjena u zoni uzorka u blizini mjesta loma (b)

Da bi dijagram odražavao samo svojstva materijala (bez obzira na veličinu uzorka), on se preuređuje u relativne koordinate (napon-deformacija).

Proizvoljne ordinate i-th tačke takvog dijagrama (slika 2.4) se dobijaju dijeljenjem vrijednosti vlačne sile (slika 2.2) s prvobitnom površinom poprečnog presjeka uzorka (), a apscisa dijeljenjem apsolutnog izduženje radnog dijela uzorka za njegovu originalnu dužinu (). Konkretno, za karakteristične tačke dijagrama, ordinate se izračunavaju pomoću formula (2.3)…(2.7).

Rezultirajući dijagram se zove konvencionalni dijagram napona (Sl. 2.4).

Konvencija dijagrama leži u metodi određivanja naprezanja ne iz trenutne površine poprečnog presjeka, koja se mijenja tokom ispitivanja, već iz originalne - dijagram naprezanja zadržava sve karakteristike originalnog vlačnog dijagrama. Karakteristična naprezanja u dijagramu nazivaju se graničnim naponom i odražavaju svojstva čvrstoće materijala koji se ispituje. (formule 2.3…2.7). Imajte na umu da granica popuštanja metala koja se uči u ovom slučaju odgovara novom fizičkom stanju metala i stoga se naziva fizička granica tečenja

Crtanje. 2.4 – Dijagram napona

Iz dijagrama napona (slika 2.4) jasno je da

tj. zatezni modul E je brojčano jednak tangentu ugla nagiba početnog pravog preseka dijagrama napona na osu apscise. Ovo je geometrijsko značenje zateznog modula elastičnosti.

Ako povežemo sile koje djeluju na uzorak u svakom trenutku opterećenja sa pravom vrijednošću poprečnog presjeka u odgovarajućem trenutku, tada ćemo dobiti dijagram pravih naprezanja, koji se često označava slovom S(Sl. 2.5, puna linija). Budući da se u presjeku dijagrama 0-1-2-3-4 promjer uzorka blago smanjuje (vrat još nije formiran), pravi dijagram se u ovom dijelu praktički poklapa s konvencionalnim dijagramom (isprekidana kriva) , prolazeći nešto više.

Crtanje. 2.5 – Dijagram pravog napona

Konstruisanje preostalog dela dijagrama pravog naprezanja (sekcija 4-5 na slici 2.5) zahteva merenje prečnika uzorka tokom testa zatezanja, što nije uvek moguće. Postoji približan način da se konstruiše ovaj deo dijagrama, zasnovan na određivanju koordinata tačke 5() pravog dijagrama (Sl. 2.5), koje odgovaraju trenutku pucanja uzorka. Prvo se utvrđuje pravi prekidni napon

gdje je sila na uzorak u trenutku njegovog loma;

– površina poprečnog presjeka u vratu uzorka u trenutku rupture.

Druga koordinata tačke - relativna deformacija - uključuje dvije komponente - pravu plastičnu - i elastičnu -. Vrijednost se može odrediti iz uvjeta jednakosti volumena materijala u blizini mjesta rupture uzorka prije i nakon ispitivanja (slika 2.3). Dakle, prije ispitivanja zapremina materijala uzorka jedinične dužine će biti jednaka , a nakon pucanja . Ovdje je elongacija uzorka jedinične dužine u blizini mjesta loma. Pošto je prava deformacija ovdje i , To . Elastičnu komponentu nalazimo koristeći Hookeov zakon: . Tada će apscisa točke 5 biti jednaka . Crtajući glatku krivu između tačaka 4 i 5, dobijamo potpuni prikaz pravog dijagrama.

Za materijale čiji dijagram zatezanja u početnom presjeku nema jasno definiran plato popuštanja (vidi sliku 2.6), granica tečenja se konvencionalno definira kao napon pri kojem je zaostala deformacija vrijednost utvrđena GOST-om ili tehničkim specifikacijama. Prema GOST 1497-84, ova vrijednost preostale deformacije iznosi 0,2% izmjerene dužine uzorka, a čvrstoća dokaza je označeno simbolom – .

Prilikom ispitivanja vlačnih uzoraka, osim karakteristika čvrstoće, određuju se i karakteristike plastičnosti, koje uključuju relativno proširenje uzorak nakon rupture, definiran kao omjer povećanja dužine uzorka nakon rupture i njegove originalne dužine:

I relativno suženje , izračunato po formuli

% (2.10)

U ovim formulama - početna izračunata dužina i površina poprečnog presjeka uzorka, - odnosno, dužina izračunatog dijela i minimalna površina poprečnog presjeka uzorka nakon pucanja.

Umjesto relativne deformacije, u nekim slučajevima se koristi takozvana logaritamska deformacija. Budući da se dužina uzorka mijenja kako se uzorak rasteže, povećava se dužina dl ne odnosi se na , već na trenutnu vrijednost . Ako integriramo priraštaje izduženja kada se dužina promijeni od do , dobijamo logaritamsku ili pravu deformaciju metala

Onda – naprezanje pri prekidu (tj. . = k) će

.

Također treba uzeti u obzir da se plastična deformacija u uzorku događa neravnomjerno duž njegove dužine.

Ovisno o prirodi metala, konvencionalno se dijele na vrlo duktilne (žareni bakar, olovo), duktilne (čelici s niskim udjelom ugljika), lomljive (sivi ljevak), vrlo krte (bijeli ljev, keramika).

Load Application Rate V deformacija utiče na izgled dijagrama i karakteristike materijala. σ T I σ V raste sa povećanjem brzine opterećenja. Deformacije koje odgovaraju krajnjoj čvrstoći i tački loma su smanjene.

Konvencionalne mašine obezbeđuju brzinu naprezanja

10 -2 ...10 -5 1/sek.

Kako temperatura pada T isp za perlitne čelike se povećava σ T i smanjuje se.

austenitni čelici, Al I Ti legure slabije reaguju na spuštanje T.

Sa povećanjem temperature uočava se promjena deformacije tokom vremena pri konstantnim naprezanjima, tj. dolazi do puzanja i više od > σ , one< .

Obično postoje tri faze puzanja. Za mašinstvo je od najvećeg interesa faza II, gde έ = const (stabilna faza puzanja).

Za usporedbu otpornosti puzanja različitih metala uvedena je uvjetna karakteristika - granica puzanja.

Granica puzanja σ pl naziva se napon pri kojem plastična deformacija u datom vremenskom periodu dostigne vrijednost utvrđenu tehničkim uvjetima.

Uz koncept “puzanja” poznat je i koncept “opuštanja stresa”.

Proces opuštanja naprezanja odvija se pod stalnim deformacijama.

Uzorak pod konstantnim opterećenjem pri visokim T može se lomiti sa grlom (duktilni interkristalni lom) ili bez grlića (krti transkristalni lom). Prvi je tipičan za niže T i visoko σ .

Čvrstoća materijala na visokoj T procijenjena dugotrajnom granicom snage.

Dugoročna granica snage(σ dp) je omjer opterećenja pod kojim zatezni uzorak pokvari nakon određenog vremenskog perioda u odnosu na prvobitnu površinu poprečnog presjeka.

Pri projektovanju zavarenih proizvoda koji rade na povišenoj T, vođeni su sljedećim vrijednostima prilikom dodjeljivanja [ σ ]:

a) kada T 260 o C za vlačnu čvrstoću σ V ;

b) kada T 420 o C za ugljične čelike T < 470 о С для стали 12Х1МФ, T< 550 о С для 1Х18Н10Т – на σ T ;

c) na višim T do granice dugotrajne snage σ dp .

Pored navedenih metoda ispitivanja pod statičkim opterećenjima, izvode se i ispitivanja savijanja, torzije, smicanja, kompresije, gnječenja, stabilnosti i tvrdoće.

Metale karakterizira visoka duktilnost, toplinska i električna provodljivost. Imaju karakterističan metalni sjaj.

Oko 80 elemenata periodnog sistema D.I. ima svojstva metala. Mendeljejev. Za metale, kao i za metalne legure, posebno strukturne, mehanička svojstva su od velikog značaja, a glavne su čvrstoća, duktilnost, tvrdoća i udarna čvrstoća.

Pod utjecajem vanjskog opterećenja u čvrstom tijelu nastaju naprezanje i deformacije. u odnosu na izvornu površinu poprečnog presjeka uzorka.

deformacija - to je promjena oblika i veličine čvrstog tijela pod utjecajem vanjskih sila ili kao rezultat fizičkih procesa koji se javljaju u tijelu tokom faznih transformacija, skupljanja itd. Deformacija može biti elastična(nestaje nakon uklanjanja opterećenja) i plastika(ostaje nakon uklanjanja opterećenja). Sa sve većim opterećenjem, elastična deformacija se u pravilu pretvara u plastiku, a zatim se uzorak sruši.

U zavisnosti od načina primene opterećenja, metode ispitivanja mehaničkih svojstava metala, legura i drugih materijala dele se na statičke, dinamičke i naizmenične.

snaga – sposobnost metala da se odupru deformaciji ili razaranju pod statičkim, dinamičkim ili naizmjeničnim opterećenjima. Čvrstoća metala pod statičkim opterećenjima ispituje se na napetost, kompresiju, savijanje i torziju. Ispitivanje zatezanja je obavezno. Čvrstoća pri dinamičkim opterećenjima ocjenjuje se specifičnom udarnom čvrstoćom, a pri naizmjeničnim opterećenjima - čvrstoćom na zamor.

Da bi se odredila čvrstoća, elastičnost i duktilnost, metali u obliku okruglih ili ravnih uzoraka ispituju se na statičku napetost. Ispitivanja se izvode na mašinama za ispitivanje zatezanja. Kao rezultat ispitivanja dobijen je dijagram zatezanja (slika 3.1) . Apscisna osa ovog dijagrama prikazuje vrijednosti deformacija, a osa ordinata prikazuje vrijednosti naprezanja primijenjenog na uzorak.

Grafikon pokazuje da bez obzira koliko je mali primijenjeni napon, on uzrokuje deformaciju, a početne deformacije su uvijek elastične i njihova veličina direktno ovisi o naprezanju. Na krivulji prikazanoj na dijagramu (slika 3.1), elastična deformacija je okarakterisana linijom OA i njegov nastavak.

Rice. 3.1. Kriva deformacije

Iznad tačke A proporcionalnost između naprezanja i naprezanja je narušena. Naprezanje uzrokuje ne samo elastičnu, već i zaostalu plastičnu deformaciju. Njegova vrijednost je jednaka horizontalnom segmentu od isprekidane linije do pune krive.

Prilikom elastične deformacije pod utjecajem vanjske sile, razmak između atoma u kristalnoj rešetki se mijenja. Uklanjanjem opterećenja otklanja se uzrok koji je izazvao promjenu međuatomske udaljenosti, atomi se vraćaju na prvobitna mjesta i deformacija nestaje.

Plastična deformacija je potpuno drugačiji, mnogo složeniji proces. Tokom plastične deformacije, jedan dio kristala se pomiče u odnosu na drugi. Ako se opterećenje ukloni, pomaknuti dio kristala neće se vratiti na prvobitnu lokaciju; deformacija će trajati. Ovi pomaci se otkrivaju mikrostrukturnim pregledom. Osim toga, plastična deformacija je praćena drobljenjem mozaičkih blokova unutar zrna, a pri značajnim stupnjevima deformacije uočava se i primjetna promjena oblika zrna i njihovog položaja u prostoru, a između zrna se pojavljuju praznine (pore). (ponekad unutar zrna).

Predstavljena zavisnost OAV(vidi sliku 3.1) između napona koji se primjenjuje spolja ( σ ) i relativnu deformaciju uzrokovanu time ( ε ) karakteriše mehanička svojstva metala.

· pravolinijski nagib OA emisije tvrdoća metala, ili karakteristika kako opterećenje primijenjeno izvana mijenja međuatomske udaljenosti, što, u prvoj aproksimaciji, karakterizira sile međuatomskog privlačenja;

· tangenta ugla nagiba prave linije OA proporcionalno modulu elastičnosti (E), koji je numerički jednak količniku naprezanja podijeljenom s relativnom elastičnom deformacijom:

napon, koji se naziva granica proporcionalnosti ( σ pc), odgovara trenutku pojave plastične deformacije. Što je preciznija metoda mjerenja deformacije, to je niža tačka A;

· u tehničkim mjerenjima karakteristika tzv granica popuštanja (σ 0.2). Ovo je napon koji uzrokuje zaostalu deformaciju jednaku 0,2% dužine ili druge veličine uzorka ili proizvoda;

maksimalni napon ( σ c) odgovara maksimalnom naprezanju postignutom tokom zatezanja i naziva se privremeni otpor ili zatezna čvrstoća .

Druga karakteristika materijala je količina plastične deformacije koja prethodi lomu i definira se kao relativna promjena dužine (ili poprečnog presjeka) - tzv. relativno proširenje (δ ) ili relativno suženje (ψ ), karakteriziraju plastičnost metala. Područje ispod krivine OAV proporcionalno radu koji se mora uložiti da bi se metal uništio. Ovaj indikator, određen na različite načine (uglavnom udarcem izrezanog uzorka), karakterizira viskozitet metal

Kada se uzorak rastegne do tačke loma, odnosi između primijenjene sile i izduženja uzorka se bilježe grafički (slika 3.2), što rezultira takozvanim dijagramima deformacije.

Rice. 3.2. Dijagram "sila (napetost) - izduženje"

Deformacija uzorka pri opterećenju legure je najprije makroelastična, a zatim se postupno i u različitim zrnima pod nejednakim opterećenjima pretvara u plastičnu, nastaju smicanjem kroz mehanizam dislokacije. Nakupljanje dislokacija kao rezultat deformacije dovodi do učvršćivanja metala, ali kada je njihova gustoća značajna, posebno u pojedinim područjima, nastaju centri destrukcije, što u konačnici dovodi do potpunog uništenja uzorka u cjelini.

Vlačna čvrstoća se procjenjuje prema sljedećim karakteristikama:

1) zatezna čvrstoća;

2) granica proporcionalnosti;

3) granicu tečenja;

4) granica elastičnosti;

5) modul elastičnosti;

6) granicu tečenja;

7) relativno izduženje;

8) relativno ravnomerno izduženje;

9) relativno suženje nakon rupture.

Zatezna čvrstoća (zatezna čvrstoća ili zatezna čvrstoća) σ u, je napon koji odgovara najvećem opterećenju R V koji prethodi uništavanju uzorka:

σ in = P in /F 0,

Ova karakteristika je obavezna za metale.

Granica proporcionalnosti (σ pc) – ovo je uslovni napon R pc, pri čemu počinje odstupanje od proporcionalne zavisnosti mosta između deformacije i opterećenja. To je jednako:

σ pc = P pc /F 0.

Vrijednosti σ pc se mjeri u kgf/mm 2 ili u MPa .

Granica tečenja (σ t) je napon ( R T) u kojoj se uzorak deformiše (teče) bez primjetnog povećanja opterećenja. Izračunato po formuli:

σ t = R T / F 0 .

Granica elastičnosti (σ 0,05) je napon pri kojem zaostalo izduženje dostiže 0,05% dužine presjeka radnog dijela uzorka, jednako osnovici mjernog mjerača. Granica elastičnosti σ 0,05 se izračunava pomoću formule:

σ 0,05 = P 0,05 /F 0 .

Modul elastičnosti (E) – omjer prirasta naprezanja i odgovarajućeg prirasta istezanja u granicama elastične deformacije. To je jednako:

E = Pl 0 /l prosječno F 0 ,

Gdje ∆R– prirast opterećenja; l 0– početna procijenjena dužina uzorka; udala sam se– prosječni prirast istezanja; F 0 – početna površina poprečnog presjeka.

Granica tečenja (uslovno) – napon pri kojem zaostalo izduženje dostiže 0,2% dužine presjeka uzorka na njegovom radnom dijelu, čije se istezanje uzima u obzir pri određivanju navedene karakteristike.

Izračunato po formuli:

σ 0,2 = P 0,2 /F 0 .

Uvjetna granica popuštanja određuje se samo ako na vlačnom dijagramu nema platoa popuštanja.

Relativna ekstenzija (nakon raskida) – jedna od karakteristika plastičnosti materijala, jednaka omjeru prirasta procijenjene dužine uzorka nakon uništenja ( l to) do početne efektivne dužine ( l 0) u procentima:

Relativno ravnomerno izduženje (δ r)– omjer prirasta dužine presjeka u radnom dijelu uzorka nakon pucanja prema dužini prije ispitivanja, izražen u postocima.

Relativno suženje nakon rupture (ψ ), kao i relativno izduženje, karakteristika je plastičnosti materijala. Definira se kao omjer razlike F 0 i minimum ( F to) površina poprečnog presjeka uzorka nakon uništenja do početne površine poprečnog presjeka ( F 0), izraženo u procentima:

Elastičnost – svojstvo metala da povrate svoj prethodni oblik nakon uklanjanja vanjskih sila koje uzrokuju deformaciju. Elastičnost je suprotno svojstvo plastičnosti.

Vrlo često se za određivanje čvrstoće koristi jednostavna, nedestruktivna, pojednostavljena metoda - mjerenje tvrdoće.

Ispod tvrdoća pod materijalom se podrazumijeva otpornost na prodiranje stranog tijela u njega, odnosno tvrdoća u stvari karakterizira i otpornost na deformaciju. Postoji mnogo metoda za određivanje tvrdoće. Najčešći je Brinellova metoda (Sl. 3.3, a), kada je ispitno tijelo podvrgnuto sili R lopta prečnika od D. Brinellov broj tvrdoće (HH) je opterećenje ( R), podijeljeno površinom sferne površine otiska (promjer d).

Rice. 3.3. Test tvrdoće:

a – prema Brinelu; b – prema Rockwellu; c – prema Vickersu

Prilikom mjerenja tvrdoće Vickersova metoda (Sl. 3.3, b) utisnuta je dijamantska piramida. Mjerenjem dijagonale otiska ( d), procijenite tvrdoću (HV) materijala.

Prilikom mjerenja tvrdoće Rockwell metoda (Sl. 3.3, c) utiskivač je dijamantski konus (ponekad mala čelična kugla). Broj tvrdoće je recipročan od dubine udubljenja ( h). Postoje tri skale: A, B, C (tabela 3.1).

Za meke materijale koriste se metode Brinell i Rockwell B skale, za tvrde materijale C Scale Rockwell metoda, a za tanke slojeve (limove) A Scale Rockwell metoda i Vickersova metoda. Opisane metode mjerenja tvrdoće karakteriziraju prosječnu tvrdoću legure. Da bi se odredila tvrdoća pojedinih strukturnih komponenti legure, potrebno je oštro lokalizirati deformaciju, pritisnuti dijamantsku piramidu na određeno mjesto na tankom presjeku uz povećanje od 100 - 400 puta pod vrlo malim opterećenjem ( od 1 do 100 gf), nakon čega slijedi mjerenje dijagonale udubljenja pod mikroskopom. Rezultirajuća karakteristika ( N) se zove mikrotvrdoća , i karakterizira tvrdoću određene strukturne komponente.

Tabela 3.1 Uslovi ispitivanja pri merenju tvrdoće Rockwell metodom

Uslovi ispitivanja		Oznaka t čvrstina
R= 150 kgf
Kada se testira sa dijamantskim konusom i opterećenjem R= 60 kgf
Prilikom pritiskanja čelične kugle i punjenja R= 100 kgf

Vrijednost NV se mjeri u kgf/mm 2 (u ovom slučaju jedinice često nisu naznačene) ili u SI - u MPa (1 kgf/mm 2 = 10 MPa).

Viskoznost – sposobnost metala da izdrže udarna opterećenja. Viskoznost je suprotno svojstvo krtosti. Tokom rada, mnogi dijelovi doživljavaju ne samo statička opterećenja, već su podložni i udarnim (dinamičkim) opterećenjima. Na primjer, takva opterećenja doživljavaju kotači lokomotiva i automobila na željezničkim spojevima.

Glavna vrsta dinamičkih ispitivanja je udarno opterećenje zarezanih uzoraka u uvjetima savijanja. Dinamičko udarno opterećenje vrši se na udarnim pogonima klatna (slika 3.4), kao i sa padajućim opterećenjem. U ovom slučaju se utvrđuje rad utrošen na deformaciju i uništavanje uzorka.

Obično se u ovim ispitivanjima utvrđuje specifičan rad utrošen na deformaciju i uništavanje uzorka. Izračunava se pomoću formule:

KS =K/ S 0 ,

Gdje KS– specifičan posao; TO– ukupan rad deformacije i razaranja uzorka, J; S 0– poprečni presjek uzorka na mjestu reza, m 2 ili cm 2.

Rice. 3.4. Ispitivanje udara pomoću testera za udarce klatna

Prije ispitivanja mjeri se širina svih vrsta uzoraka. Visina uzoraka sa zarezom u obliku slova U i V mjeri se prije ispitivanja, a sa zarezom u obliku slova T nakon ispitivanja. U skladu s tim, specifičan rad deformacije loma označen je sa KCU, KCV i KST.

Krhkost metali na niskim temperaturama nazivaju se hladna lomljivost . Vrijednost udarne čvrstoće je znatno niža nego na sobnoj temperaturi.

Još jedna karakteristika mehaničkih svojstava materijala je snaga zamora. Neki dijelovi (osovina, klipnjače, opruge, opruge, šine itd.) tokom rada doživljavaju opterećenja koja se mijenjaju po veličini ili istovremeno u veličini i smjeru (znak). Pod utjecajem takvih naizmjeničnih (vibracijskih) opterećenja, metal se čini da se umori, njegova čvrstoća se smanjuje i dio se urušava. Ovaj fenomen se zove umoran metala, a nastali prijelomi su zamor. Za takve detalje morate znati granica izdržljivosti, one. veličina maksimalnog naprezanja koje metal može izdržati bez razaranja za dati broj promjena opterećenja (ciklusa) ( N).

Otpornost na habanje - otpornost metala na habanje zbog procesa trenja. Ovo je važna karakteristika, na primjer, za kontaktne materijale i, posebno, za kontaktnu žicu i elemente za prikupljanje struje strujnog kolektora elektrificiranog transporta. Habanje se sastoji od odvajanja pojedinačnih čestica od površine za trljanje i određuje se promjenama geometrijskih dimenzija ili mase dijela.

Čvrstoća na zamor i otpornost na habanje daju najpotpuniju sliku o trajnosti dijelova u konstrukcijama, a žilavost karakterizira pouzdanost ovih dijelova.