Предел прочности стали при сжатии и растяжении

Предел прочности стали при сжатии и растяженииПредел прочности стали при сжатии и растяжении
Предел прочности стали при сжатии и растяжении

Значение термина

Предел прочности материала при растяжении сокращённо обозначается ПП. Также допускается использовать выражение «временное сопротивление». Для обозначения предела прочности применяют буквы R или σ В (сигма). Единица измерения — мегапаскаль (МПа).

Показатель означает допустимую величину силы, которая может воздействовать на объект до того, как он начнёт разрушаться. Речь идёт о механическом воздействии, но следует учитывать, что химические факторы способны изменить первоначальные свойства материала, в том числе повлиять на ПП.

К немеханическим нагрузкам относят следующие:

  • нагревание;
  • охлаждение;
  • погодные условия (ветер, осадки, влажность);
  • агрессивная среда.

Предел прочности стали при сжатии и растяжении

Формула предела прочности при растяжении записывается так: R=0,64 (P/F), где F — площадь поверхности раскола предмета, а P — разрушающая нагрузка.

При проектировании нельзя опираться на крайние значения, поэтому инженеры оставляют допуски на различные факторы, а также на период эксплуатации.

Это значит, что при строительстве используется материал, у которого ПП превышает расчётное напряжение.

Изначально способность элемента выдерживать нагрузки определяли опытным путём. Материал использовали, не зная, как он себя поведёт во время эксплуатации, а после поломки заменяли более прочным. Со временем перешли к экспериментам и испытаниям, и по-прежнему самый точный способ найти предел прочности при натяжении и разрыве остаётся эмпирический.

Исследования проводят в лабораторных условиях, с использованием точной техники. Приборы фиксируют характеристики материала и то, как они изменяются под нагрузкой разной величины. Как правило, прочность измеряется так: предмет жёстко закрепляют и оказывают на него воздействие.

Предел прочности стали при сжатии и растяжении

Сначала закреплённый элемент растягивают. Он становится длиннее, при этом в одном месте образуется перешеек, и именно здесь заготовка разорвётся. Так ведут себя не все материалы, а только вязкие. Чугун, сталь и другие хрупкие сплавы растягиваются незначительно. При увеличении нагрузки они трескаются и разрушаются по наклонным плоскостям. Шейки не образуются.

Сила, прикладываемая в каждый момент, измеряется с точностью до тысячных долей ньютона. Одновременно определяют размер и характер деформации. Данные сверяют с таблицами.

Второй способ — математический анализ. Он заключается в том, что прочность определяют с помощью сложных вычислений. Однако без испытаний данные, полученные расчётным путём, нельзя считать полными. Дело в том, что на практике вещество может повести себя по-другому.

Классификация параметра

Материал обладает временным сопротивлением в ответ на воздействия разного характера, поэтому характеристику классифицируют на несколько групп. Усилия, которым подвергается заготовка или конструктивный элемент:

  • Растяжение. Изделие тянут за края с помощью специальной машины.
  • Кручение. Предмет помещается в условия, при которых работает крутящий вал.
  • Изгиб. Заготовку сгибают и разгибают в нескольких направлениях.
  • Сжатие. На материал давят попеременно с разных сторон.

Предел прочности стали при сжатии и растяжении

У одного и того же материала ПП может различаться. В качестве примера можно привести сталь. Она используется чаще, чем другие сплавы, потому что стальные конструкции показали себя как наиболее прочные, долговечные и устойчивые к неблагоприятным факторам. При этом они надёжны и не выделяют в атмосферу вредных веществ.

Существует несколько марок стали. Они производятся по разным технологиям, и в зависимости от этого различаются характеристики заготовок и конструкций. У обычных марок ПП составляет 300 Мпа. По мере увеличения содержания углерода прочность увеличивается. Самые твёрдые марки имеют показатель 900 МПа. Факторы, от которых зависят прочностные характеристики:

  • количество полезных и нежелательных примесей;
  • способ термической обработки (криообработка, закалка, отжиг).

Временное сопротивление и усталость

Между ПП и временным сопротивлением различным нагрузкам есть прямая связь. Второй показатель в документации и технической литературе обозначают символом Т.

Он показывает, сколько длится деформация образца, когда на него воздействует постоянная нагрузка. Когда временное сопротивление прекращается, кристаллическая решётка вещества перестраивается. Это характерно для твёрдых материалов.

В результате вещество становится более прочным, чем было до этого. Это явление называется самоупрочнением.

Ещё одна важная характеристика — усталость металла. Говоря о стали, применяют выражение «предел выносливости». Для обозначения используют символ R.

Эта характеристика показывает, воздействие какой силы материал может переносить постоянно, а не разово. Во время эксперимента на образец оказывают давление заданной силы. Число воздействий составляет 107.

За время испытаний материал не должен деформироваться или утратить исходные характеристики.

Предел прочности стали при сжатии и растяжении

На проведение таких экспериментов уходит много времени, поэтому их проводят не всегда. Часто обходятся математическими вычислениями, рассчитывая все важные коэффициенты.

Пределом пропорциональности называют максимальную нагрузку, при которой сохраняется соотношение, определяемое законом Гука. Согласно ему, тело деформируется прямо пропорционально величине оказываемого на него воздействия.

Каждый материал обладает определённой степенью упругости. Она может быть классической и абсолютной. Изменения могут быть обратимыми и необратимыми.

Пример первого типа — пружина: пока на неё воздействуют, она сжимается, а когда нажатие прекращается, расправляется.

Определение характеристик

Материалы обладают не только прочностным пределом, но и другими характеристиками. В случае со сталью это твёрдость и способность воспринимать ударные нагрузки. Испытания проводят следующим образом: в заготовку вдавливают алмазный конус или шар. Алмаз — эталон твёрдости. Размер следа зависит от того, насколько крепок испытуемый образец. Чем от мягче, тем больше отпечаток, и наоборот.

Прочность на удар рассчитывают так: на образце делают срез, затем ударяют. Результаты показывают характеристику для участка, который наиболее уязвим. Другие механические свойства, для которых получают данные эмпирическим путём:

  • Пластичность. Она показывает, до какой степени образец может изменять форму, сохраняя исходную структуру.
  • Усталость. Эта категория отображает, как долго материал не теряет свойства, испытывая длительные нагрузки.
  • Ударная вязкость. Характеристика означает, в какой степени вещество способно сопротивляться ударному воздействию.

Предел прочности стали при сжатии и растяжении

По прочности вещества делятся на классы. Они различаются по одной или нескольким характеристикам. Так, для двух классов показатели ПП могут быть одинаковыми, а значения относительного удлинения или текучести — разными.

Удельная прочность — величина, производная от предельной. Её получают путём деления исходного показателя на плотность материала.

Практическая ценность расчёта состоит в том, что знание характеристики позволяет применять материал для различных целей, а не просто располагать данными о ПП.

Показатель меняется в зависимости от объёма, толщины и веса изделия. Пример: тонкий лист легче деформировать, чем толстый.

Предел прочности и пластичность тесно связаны. Чем меньше второй параметр, тем быстрее разрушается образец. Материалы, у которых высокая пластичность, лучше поддаются обработке, они пригодны для изготовления деталей путём штамповки.

Пример: элементы кузова штампуют из листов стали. Если у сплава невысокая пластичность, он относится к хрупким, хотя может быть иметь отличные показатели твёрдости. Одно из таких веществ — титан.

Он плохо изгибается и тянется, но по твёрдости превосходит многие другие сплавы.

Для улучшения прочностных характеристик в материалы вводят добавки. Другой способ — термообработка.

Источник: https://nauka.club/fizika/predel-prochnosti-pri-rastyazhenii.html

Растяжение-сжатие

Осевое (центральное) растяжение или сжатие прямого бруса вызывается внешними силами, вектор равнодействующей которых совпадает с осью бруса. При растяжении или сжатии в поперечных сечениях бруса возникают только продольные силы N.

Продольная сила N в некотором сечении равна алгебраической сумме проекции на ось стержня всех внешних сил, действующих по одну сторону от рассматриваемого сечения.

По правилу знаков продольной силы N принято считать, что от растягивающих внешних нагрузок возникают положительные продольные силы N, а от сжимающих — продольные силы N отрицательны (рис. 5).

Предел прочности стали при сжатии и растяжении

  • Чтобы выявить участки стержня или его сечения, где продольная сила имеет наибольшее значение, строят эпюру продольных сил, применяя метод сечений, подробно рассмотренный в статье: Анализ внутренних силовых факторов в статистически определимых системахЕщё настоятельно рекомендую взглянуть на статью:
  • Расчёт статистически определимого бруса

Если разберёте теорию в данной статье и задачи по ссылкам, то станете гуру в теме «Растяжение-сжатие» =)

Напряжения при растяжении-сжатии

Определенная методом сечений продольная сила N, является равнодействующей внутренних усилий распределенных по поперечному сечению стержня (рис. 2, б). Исходя из определения напряжений, согласно выражению (1), можно записать для продольной силы:

Предел прочности стали при сжатии и растяжении

где σ — нормальное напряжение в произвольной точке поперечного сечения стержня. Чтобы определить нормальные напряжения в любой точке бруса необходимо знать закон их распределения по поперечному сечению бруса.

Экспериментальные исследования показывают: если нанести на поверхность стержня ряд взаимно перпендикулярных линий, то после приложения внешней растягивающей нагрузки поперечные линии не искривляются и остаются параллельными друг другу (рис.6, а).

Об этом явлении говорит гипотеза плоских сечений (гипотеза Бернулли): сечения, плоские до деформации, остаются плоскими и после деформации.

Предел прочности стали при сжатии и растяжении

Так как все продольные волокна стержня деформируются одинаково, то и напряжения в поперечном сечении одинаковы, а эпюра напряжений σ по высоте поперечного сечения стержня выглядит, как показано на рис.6, б. Видно, что напряжения равномерно распределены по поперечному сечению стержня, т.е. во всех точках сечения σ = const. Выражение для определения величины напряжения имеет вид:

Читайте также:  Сварка металлоконструкций, технология сварки по гост

Таким образом, нормальные напряжения, возникающие в поперечных сечениях растянутого или сжатого бруса, равны отношению продольной силы к площади его поперечного сечения. Нормальные напряжения принято считать положительными при растяжении и отрицательными при сжатии.

Деформации при растяжении-сжатии

Рассмотрим деформации, возникающие при растяжении (сжатии) стержня (рис.6, а). Под действием силы F брус удлиняется на некоторую величину Δl называемую абсолютным удлинением, или абсолютной продольной деформацией, которая численно равна разности длины бруса после деформации l1 и его длины до деформации l

Предел прочности стали при сжатии и растяжении

Отношение абсолютной продольной деформации бруса Δl к его первоначальной длине l называют относительным удлинением, или относительной продольной деформацией:

При растяжении продольная деформация положительна, а при сжатии – отрицательна. Для большинства конструкционных материалов на стадии упругой деформации выполняется закон Гука (4), устанавливающий линейную зависимость между напряжениями и деформациями:

где модуль продольной упругости Е, называемый еще модулем упругости первого рода является коэффициентом пропорциональности, между напряжениями и деформациями. Он характеризует жесткость материала при растяжении или сжатии (табл. 1).

Таблица 1

Модуль продольной упругости для различных материалов

Предел прочности стали при сжатии и растяжении

Абсолютная поперечная деформация бруса равна разности размеров поперечного сечения после и до деформации:

Предел прочности стали при сжатии и растяжении

Соответственно, относительную поперечную деформацию определяют по формуле:

При растяжении размеры поперечного сечения бруса уменьшаются, и ε' имеет отрицательное значение. Опытом установлено, что в пределах действия закона Гука при растяжении бруса поперечная деформация прямо пропорциональна продольной. Отношение поперечной деформации ε' к продольной деформации ε называется коэффициентом поперечной деформации, или коэффициентом Пуассона μ:

Экспериментально установлено, что на упругой стадии нагружения любого материала значение μ = const и для различных материалов значения коэффициента Пуассона находятся в пределах от 0 до 0,5 (табл. 2).

  1. Таблица 2
  2. Коэффициент Пуассона.
  3. Абсолютное удлинение стержня Δl прямо пропорционально продольной силе N:
  4. Данной формулой можно пользоваться для вычисления абсолютного удлинения участка стержня длиной l при условии, что в пределах этого участка значение продольной силы постоянно. В случае, когда продольная сила N изменяется в пределах участка стержня, Δl определяют интегрированием в пределах этого участка:
  5. Произведение (Е·А) называют жесткостью сечения стержня при растяжении (сжатии).

Механические свойства материалов

Основными механическими свойствами материалов при их деформации являются прочность, пластичность, хрупкость, упругость и твердость.

Прочность — способность материала сопротивляться воздействию внешних сил, не разрушаясь и без появления остаточных деформаций.

Пластичность – свойство материала выдерживать без разрушения большие остаточные деформации. Неисчезающие после снятия внешних нагрузок деформации называются пластическими.

  • Хрупкость – свойство материала разрушаться при очень малых остаточных деформациях (например, чугун, бетон, стекло).
  • Идеальная упругость – свойство материала (тела) полностью восстанавливать свою форму и размеры после устранения причин, вызвавших деформацию.
  • Твердость – свойство материала сопротивляться проникновению в него других тел.

Рассмотрим диаграмму растяжения стержня из малоуглеродистой стали. Пусть круглый стержень длинной l0 и начальным постоянным поперечным сечением площади A0 статически растягивается с обоих торцов силой F.

  1. Диаграмма сжатия стержня имеет вид (рис. 10, а)

где Δl = l — l0 абсолютное удлинение стержня; ε = Δl / l0 — относительное продольное удлинение стержня; σ = F / A0 — нормальное напряжение; E — модуль Юнга; σп — предел пропорциональности; σуп — предел упругости; σт — предел текучести; σв — предел прочности (временное сопротивление); εост — остаточная деформация после снятия внешних нагрузок. Для материалов, не имеющих ярко выраженную площадку текучести, вводят условный предел текучести σ0,2 — напряжение, при котором достигается 0,2% остаточной деформации. При достижении предела прочности в центре стержня возникает локальное утончение его диаметра («шейка»). Дальнейшее абсолютное удлинение стержня идет в зоне шейки ( зона местной текучести). При достижении напряжением предела текучести σт глянцевая поверхность стержня становится немного матовой – на его поверхности появляются микротрещины (линии Людерса-Чернова), направленные под углом 45° к оси стержня.

Расчеты на прочность и жесткость при растяжении и сжатии

Опасным сечением при растяжении и сжатии называется поперечное сечение бруса, в котором возникает максимальное нормальное напряжение. Допускаемые напряжения вычисляются по формуле:

где σпред — предельное напряжение (σпред = σт — для пластических материалов и σпред = σв — для хрупких материалов); [n] — коэффициент запаса прочности. Для пластических материалов [n] = [nт] = 1,2 … 2,5; для хрупких материалов [n] = [nв] = 2 … 5, а для древесины [n] = 8 ÷ 12.

Расчеты на прочность при растяжении и сжатии

  • Целью расчета любой конструкции является использование полученных результатов для оценки пригодности этой конструкции к эксплуатации при минимальном расходе материала, что находит отражение в методах расчета на прочность и жесткость.
  • Условие прочности стержня при его растяжении (сжатии):
  • При проектном расчете определяется площадь опасного сечения стержня:
  • При определении допускаемой нагрузки рассчитывается допускаемая нормальная сила:

Расчет на жесткость при растяжении и сжатии

  1. Работоспособность стержня определяется его предельной деформацией [ l ]. Абсолютное удлинение стержня должно удовлетворять условию:
  2. Часто дополнительно делают расчет на жесткость отдельных участков стержня.
  3. Следующая важная статья теории:Изгиб балки

Источник: http://xn--80axfaegeoa.xn--p1ai/Theory/Theory-3.html

Предел прочности

Быстрый поиск

Определённая пороговая величина для конкретного материала, превышение которой приведёт к разрушению объекта под действием механического напряжения. Основные виды пределов прочности: статический, динамический, на сжатие и на растяжение.

Например, предел прочности на растяжение — это граничное значение постоянного (статический предел) или переменного (динамический предел) механического напряжения, превышение которого разорвет (или неприемлемо деформирует) изделие.

Единица измерения — Паскаль [Па], Н/мм ² = [МПа].

Предел текучести (σт)

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

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

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

Предел выносливости или предел усталости (σR)

Способность материала воспринимать нагрузки, вызывающие циклические напряжения.

Этот прочностной параметр определяют как максимальное напряжение в цикле, при котором не происходит усталостного разрушения изделия после неопределенно большого количества циклических нагружений (базовое число циклов для стали Nb = 10 7).

Коэффициент R (σR) принимается равным коэффициенту асимметрии цикла. Поэтому предел выносливости материала в случае симметричных циклов нагружения обозначают как σ-1, а в случае пульсационных — как σ0.

Отметим, что усталостные испытания изделий очень продолжительны и трудоёмки, они включают анализ больших объёмов экспериментальных данных при произвольном количестве циклов и существенном разбросе значений.

Поэтому чаще всего используют специальные эмпирические формулы, связывающие предел выносливости с другими прочностными параметрами материала. Наиболее удобным параметром при этом считается предел прочности.

Для сталей предел выносливости при изгибе как правило составляет половину от предела прочности: Предел прочности стали при сжатии и растяжении Для высокопрочных сталей можно принять: Предел прочности стали при сжатии и растяжении

Предел прочности стали при сжатии и растяжении

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

Предел прочности стали при сжатии и растяжении

Предел пропорциональности (σ)

Максимальная величина напряжения для конкретного материала, при которой ещё действует закон Гука, т.е. деформация тела прямо пропорционально зависит от прикладываемой нагрузки (силы).

Обратите внимание, что для множества материалов достижение (но не превышение!) предела упругости приводит к обратимым (упругим) деформациям, которые, впрочем, уже не прямо пропорциональны напряжениям.

При этом такие деформации могут несколько «запаздывать» относительно роста или снижения нагрузки.

Предел прочности стали при сжатии и растяжении

  • Диаграмма деформации металлического образца при растяжении в координатах удлинение (Є) — напряжение (σ).
  • 1:Предел абсолютной упругости.
  • 2:Предел пропорциональности.
  • 3:Предел упругости.

4:Предел текучести. (σ 0.2)

Предел прочности стали при сжатии и растяжении

Источник: http://www.smalley.ru/stati/predel-prochnosti

Прочность (предел прочности) — Свойства материалов — Материаловедение для штукатуров, плиточников, мозаичников

Главная / Материаловедение для штукатуров, плиточников, мозаичников / Свойства материалов / Прочность (предел прочности)

8 февраля 2011

Предел прочности определяют в лабораториях на прессах или разрывных машинах. В таблице приведены значения пределов прочности при сжатии и растяжении для некоторых строительных материалов.

Пределы прочности некоторых материалов при сжатии и растяжении

Материалы Предел прочности в кг/см2
при сжатии при растяжении
Бетон 25 — 800 3 — 30
Кирпич глиняный обыкновенный 75 — 200
Гранит 1500 — 2500 20 — 45
Сталь строительная 3800 — 4500 Более 4500
Сосна 450 — 500 1200

Иногда прочность строительных материалов характеризуют маркой. Последняя определяется пределом прочности при сжатии или изгибе, полученном при испытании образцов стандартной формы и размеров.

Читайте также:  Литье из гипса: технология, силиконовые формы изготовление

Для строительных материалов, получаемых с использованием минеральных вяжущих веществ, марку устанавливают в возрасте, предусмотренном ГОСТ.

Установлены следующие марки для каменных материалов: 4, 7, 10, 15, 25, 35, 50, 75, 100, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 800 и 1000. Когда говорят марка «150», — это значит, что предел прочности данного материала при сжатии находится в пределах 150 — 199 кг/см2.

Несколько более сложной, чем при сжатии и растяжении, является работа материала при изгибе.

«Материаловедение для штукатуров,плиточников, мозаичников»,

А.В.Александровский

Краткие сведения о внутреннем строении материалов Предел прочности стали при сжатии и растяжении

Свойства материалов определяются внутренним строением вещества, из которого они состоят.

Согласно молекулярно-кинетической теории все тела, как твердые, так и жидкие и газообразные, состоят из мельчайших отдельных частиц — молекул, которые состоят из еще меньших частичек — атомов, а те в свою очередь из еще меньших, так называемых элементарных частиц (электронов, протонов, нейтронов и др.). Мельчайшей…

Предел прочности стали при сжатии и растяжении

Прочность — это способность материала сопротивляться разрушению под влиянием внутренних напряжений, возникающих в результате действия внешних нагрузок или других факторов.

Внешние воздействия, которым подвергаются строительные материалы, могут вызывать у них напряжения сжатия, растяжения, изгиба, сдвига. Чаще всего строительные материалы работают на сжатие или изгиб.

Прочность строительных материалов при сжатии, растяжении и т. п. характеризуется пределом…

Аморфные и кристаллические вещества Предел прочности стали при сжатии и растяжении

В зависимости от взаимного расположения частичек вещества различают аморфные и кристаллические. В аморфных телах расположение частичек имеет хаотический, случайный характер.

В кристаллических телах частички вещества расположены в определенном порядке, присущем данному кристаллу.

Такими частичками, составляющими кристаллы, могут быть атомы, молекулы, ионы (атомы или молекулы, имеющие электрический заряд за счет потери или захвата электрона) и группы…

Прочность (предел прочности при изгибе) Предел прочности стали при сжатии и растяжении

На рисунке схематически показана призма в состоянии изгиба. В своей верхней части она сжата, а в нижней части растянута.

Между зоной сжатия и зоной растяжения проходит так называемый нейтральный слой; здесь волокна материала не испытывают ни сжатия, ни растяжения.

Наибольшим деформациям, следовательно, наибольшему сжатию и растяжению, подвергаются крайние волокна. Схема работы балки при изгибе Схема…

Предел прочности стали при сжатии и растяжении

Под удельным весом понимают вес единицы объема вещества в плотном состоянии. Удельный вес обозначают буквой у (гамма). Чтобы определить удельный вес материала, надо разделить вес материала в граммах G на его объем V, выраженный в кубических сантиметрах. Таким образом, удельный вес: В некоторых случаях удельный вес выражают отвлеченной величиной, сравнивая его с удельным весом воды,…

Источник: https://www.ktovdome.ru/materialovedenie_dlya_shtukaturov_plitochnik/svoystva_materialov/8299.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 растяжении находится 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 определенным по кривым упрочнения при растяжении, и пределом прочности σB не превышает 3%, а при ΨB до 0,2 — не более 7%. При этом всегда должно быть меньше величины σB.

Теоретически установленную зависимость между и 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) отношение для 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.

Предел прочности стали при сжатии и растяжении

П. Марковцем также была проведена большая работа по сопоставлению и 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.

Предел прочности стали при сжатии и растяжении

Полученные экспериментальные данные согласуются с экспериментальными и теоретическими данными М. П. Марковца о зависимости между экстраполированным пределом текучести при растяжении и 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

Сталь
Предшествующая обработка
Содержание элементов в %
C
Mn
Si
Cr
Ni
Mo
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,

Предел прочности стали при сжатии и растяжении

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'

Материал
Предшествующая обработка
Содержание элементов в %
C
Mn
Si
Cr
Ni
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:

Предел прочности стали при сжатии и растяжении

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

Материал
Предшествующая обработка
Содержание элементов в %
C
Mn
Si
Cr
Ni
Mo
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
Читайте также:  Лазерная резка и гравировка: оборудование, технологии, видео

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

Предел прочности стали при сжатии и растяжении

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

Продукция — Техмашхолдинг — группа компаний, официальный сайт

    Прочность металлических конструкций – один из важнейших параметров, определяющих их надежность и безопасность. Издревле вопросы прочности решались опытным путем — если какое-либо изделие ломалось — то следующее делали толще и массивнее. С 17 века ученые начали планомерное исследование проблемы, прочностные параметры материалов и конструкций из них можно рассчитать заранее, на этапе проектирования. Металлурги разработали добавки, влияющие на прочность стальных сплавов.Предел прочности стали

    Предел прочности

    Предел прочности — это максимальное значение напряжений, испытываемых материалом до того, как он начнет разрушаться. Его физический смысл определяет усилие растяжения, которое нужно приложить к стрежневидному образцу определенного сечения, чтобы разорвать его.

    Каким образом производится испытание на прочность

    Прочностные испытания на сопротивление разрыву проводятся на специальных испытательных стендах. В них неподвижно закрепляется один конец испытываемого образца, а к другому присоединяют крепление привода, электромеханического или гидравлического. Этот привод создает плавно увеличивающее усилие, действующее на разрыв образца, или же на его изгиб или скручивание.Испытание на разрывЭлектронная система контроля фиксирует усилие растяжения и относительное удлинение, и другие виды деформации образца.

    Виды пределов прочности

    Предел прочности — один из главных механических параметров стали, равно как и любого другого конструкционного материала.

    Эта величина используется при прочностных расчетах деталей и конструкций, судя по ней, решают, применим ли данный материал в конкретной сфере или нужно подбирать более прочный.Различают следующие виды предела прочности при:

    • сжатии — определяет способность материала сопротивляться давлению внешней силы;
    • изгибе — влияет на гибкость деталей;
    • кручении – показывает, насколько материал пригоден для нагруженных приводных валов, передающих крутящий момент;
    • растяжении.

    Виды испытаний прочности материалов

    Научное название параметра, используемое в стандартах и других официальных документах — временное сопротивление разрыву.

    Предел прочности стали

    На сегодняшний день сталь все еще является наиболее применяемым конструкционным материалом, понемногу уступая свои позиции различным пластмассам и композитным материалам. От корректного расчета пределов прочности металла зависит его долговечность, надежность и безопасность в эксплуатации.

    Предел прочности стали зависит от ее марки и изменяется в пределах от 300 Мпа у обычной низкоуглеродистой конструкционной стали до 900 Мпа у специальных высоколегированных марок.

    На значение параметра влияют:

    • химический состав сплава;
    • термические процедуры, способствующие упрочнению материалов: закалка, отпуск, отжиг и т.д.

    Некоторые примеси снижают прочность, и от них стараются избавляться на этапе отливки и проката, другие, наоборот, повышают. Их специально добавляют в состав сплава.

    Условный предел текучести

    Кроме предела прочности, в инженерных расчетах широко применяется связанное с ним понятие-предел текучести, обозначаемый σт. Он равен величине напряжения сопротивления разрыву, которое необходимо создать в материале, для того, чтобы деформация продолжала расти без наращивания нагрузки. Это состояние материала непосредственно предшествует его разрушению.

    На микроуровне при таких напряжениях начинают рваться межатомные связи в кристаллической решетке, а на оставшиеся связи увеличивается удельная нагрузка.

    Общие сведения и характеристики сталей

    С точки зрения конструктора, наибольшую важность для сплавов, работающих в обычных условиях, имеют физико-механические параметры стали.

    В отдельных случаях, когда изделию предстоит работать в условиях экстремально высоких или низких температур, высокого давления, повышенной влажности, под воздействием агрессивных сред — не меньшую важность приобретают и химические свойства стали.

    Как физико-механические, так и химические свойства сплавов во многом определяются их химическим составом.

    Влияние содержание углерода на свойства сталей

    По мере увеличения процентной доли углерода происходит снижение пластичности вещества с одновременным ростом прочности и твердости. Этот эффект наблюдается до приблизительно 1% доли, далее начинается снижение прочностных характеристик.

    Повышение доли углерода также повышает порог хладоемкости, это используется при создании морозоустойчивых и криогенных марок.

    Влияние углерода на механические свойства стали

    Рост содержания С приводит к ухудшению литейных свойств, отрицательно влияет на способность материала к механической обработке.

    Добавки марганца и кремния

    Mn содержится в большинстве марок стали. Его применяют для вытеснения из расплава кислорода и серы. Рост содержания Mn до определенного предела (2%) улучшает такие параметры обрабатываемости, как ковкость и свариваемость. После этого предела дальнейшее увеличение содержания ведет к образованию трещин при термообработке.

    Влияние кремния на свойства сталей

    Si применяется в роли раскислителя, используемого при выплавке стальных сплавов и определяет тип стали. В спокойных высокоуглеродистых марках должно содержаться не более 0,6% кремния. Для полуспокойных марок этот предел еще ниже — 0,1 %.

    При производстве ферритов кремний увеличивает их прочностные параметры, не понижая пластичности. Этот эффект сохраняется до порогового содержания в 0,4%.

    Влияние легирующих добавок на свойства стали

    В сочетании с Mn или Mo кремний способствует росту закаливаемости, а вместе с Сг и Ni повышает коррозионную устойчивость сплавов.

    Азот и кислород в сплаве

    Эти самые распространенные в земной атмосфере газы вредно влияют на прочностные свойства. Образуемые ими соединения в виде включений в кристаллическую структуру существенно снижают прочностные параметры и пластичность.

    Легирующие добавки в составе сплавов

    Это вещества, намеренно добавляемые в расплав для улучшения свойств сплава и доведения его параметров до требуемых. Одни из них добавляются в больших количествах (более процента), другие — в очень малых. Наиболее часто применяю следующие легирующие добавки:

    • Хром. Применяется для повышения прокаливаемости и твердости. Доля – 0,8-0,2%.
    • Бор. Улучшает хладноломкость и радиационную стойкость. Доля – 0,003%.
    • Титан. Добавляется для улучшения структуры Cr-Mn сплавов. Доля – 0,1%.
    • Молибден. Повышает прочностные характеристики и коррозионную стойкость, снижает хрупкость. Доля – 0,15-0,45%.
    • Ванадий. Улучшает прочностные параметры и упругость. Доля – 0,1-0,3%.
    • Никель. Способствует росту прочностных характеристик и прокаливаемости, однако при этом ведет к увеличению хрупкости. Этот эффект компенсируют одновременным добавлением молибдена.

    Металлурги используют и более сложные комбинации легирующих добавок, добиваясь получения уникальных сочетаний физико-механических свойств стали. Стоимость таких марок в несколько раз (а то и десятков раз) превышает стоимость обычных низкоуглеродистых сталей. Применяются они для особо ответственных конструкций и узлов.

    Источник: https://pellete.ru/stal/prochnost-stal.html

    Предел прочности — это… Что такое Предел прочности?

    Преде́л про́чности — механическое напряжение , выше которого происходит разрушение материала. Согласно ГОСТу 1497-84 более корректным термином является «Временное сопротивление разрушению», то есть напряжение, соответствующее наибольшему усилию, предшествующему разрыву образца при (статических) механических испытаниях. Термин происходит от того представления, что материал может бесконечно долго выдержать любую статическую нагрузку, если она создаёт напряжения меньшие по величине, чем временное сопротивление. При нагрузке, соответствующей временному сопротивлению (или даже превышающей её — в реальных и квазистатических испытаниях) разрушение материала (разделение образца на несколько частей) произойдёт через какой-то конечный промежуток времени, возможно, что и практически сразу.

    В случае динамических испытаний время нагружения образцов часто не превышает нескольких секунд от начала нагружения до момента разрушения, в таком случае соответствующая характеристика называется также условно-мгновенным пределом прочности, или хрупко-кратковременным пределом прочности.

    Мерами измерения прочности также могут являться предел текучести, предел пропорциональности, предел упругости, предел выносливости и др, так как для выхода конкретной детали из строя часто достаточно и слишком большого (больше допустимого) изменения размеров детали, а при этом может и не произойти нарушение целостности, лишь только деформация. Эти показатели практически никогда не подразумеваются под термином предел прочности.

    Значения предельных напряжений на растяжение и на сжатие обычно различаются.

    Для композитов предел прочности на растяжение обычно больше предела прочности на сжатие, для керамических (и других хрупких) материалов — наоборот, металлы, сплавы и многие пластики как правило показывают одинаковые свойства.

    В большей степени эти явления связаны не с какими-то физическими свойствами материалов, а с особенностями нагружения, схемы напряженного состояния при испытаниях и с возможностью пластической деформации перед разрушением.

    Некоторые значения прочности на растяжение, , в кгс/мм2 (1 кгс/мм2 = 10 МН/м2 = 10 МПа)

    См. также

    • Теоретический предел прочности
    • Предел длительной прочности

    Ссылки

    Источник: https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/6749

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector