Феодосьев В.И (Сопротивление материалов - В.И. Феодосьев - С возможностью поиска), страница 13

Отношениек=^в.сдля чугуна колеблется в пределах 0,2 ... 0,4; для керамическихматериалов k = 0,1... 0,2.88У пластичных материалов прочностные характеристикина растяжение и сжатие сопоставляют по пределу текучести.Принято считать, что ат,р ~ атх. Принято... Но так ли этона самом деле - сказать трудно. Справочная литература нещедра на характеристики материалов при сжатии.

Значенияпредела текучести при сжатии, приведенные выше, определя­ли в свое время специально, чтобы заполнить второй столбецтабл. 1.11. Что же касается предела прочности при сжатии,то здесь также многое остается неясным. Достаточно сказать,что, в отличие от растяжения, результаты испытания оказы­ваются зависящими также и от формы поперечного сеченияобразца. Испытывать на сжатие цилиндр или кубик - не со­всем одно и то же.Существуют материалы, способные воспринимать при ра­стяжении большие нагрузки, чем при сжатии.

Это обычноматериалы, имеющие волокнистую структуру, - дерево и не­которые композиты. Этим свойством обладают и некоторыеметаллы, например магний.Деление материалов на пластичные и хрупкие являетсяусловным не только потому, что между теми и другими несуществует резкого перехода в значениях 6. В зависимости отусловий испытания многие хрупкие материалы способны вестисебя как пластичные, а пластичные - как хрупкие.Например, чугунный образец при испытании на растяже­ние под большим давлением окружающей среды (р > 400 МПа)разрывается с образованием шейки. Многие горные поро­ды, находящиеся под давлением вышележащих слоев, присдвигах земной коры претерпевают пластические деформации.Образец пластичного материала, имеющий кольцевую выточ­ку (рис.

1.46), при растяжении получает хрупкий разрыв в свя­зи с тем, что в ослабленном сечении затруднено образованиепластических деформаций сдвига по наклонным площадкам.Рис. 1.461 Опыты ставил К.К. Лихарев.89Очень большое влияние на проявление свойств пластич­ности и хрупкости оказывают скорость нагружения и темпера­тура. При быстром нагружении более резко проявляется свой­ство хрупкости, а при медленном - свойство пластичности.Например, хрупкое стекло способно при длительном воздей­ствии нагрузки при нормальной температуре получать оста­точные деформации.

Пластичные же материалы, такие какмалоуглеродистая сталь, под воздействием резкой ударной на­грузки проявляют хрупкие свойства.Одной из основных технологических операций, позволя­ющих изменять в нужном направлении свойства материала,является термообработка. Из данных, приведенных в табл. 1.1,видно, например, что закалка резко повышает прочностные ха­рактеристики стали и одновременно снижает ее пластическиесвойства.

Для большинства широко применяемых в машино­строении материалов хорошо известны те режимы термообра­ботки, которые обеспечивают получение необходимых механи­ческих характеристик материала.Испытание образцов на растяжение-сжатие дает объек­тивную оценку свойств материала. В производстве, однако,для оперативного контроля за качеством изготовляемых дета­лей этот метод представляет в ряде случаев значительные не­удобства. Например, при помощи испытания на растяжениесжатие трудно контролировать правильность термообработкиготовых изделий.

Для такого контроля нужно было бы длякаждой партии деталей изготовлять несколько образцов, про­ходящих все стадии термообработки вместе с деталями, а за­тем подвергать эти образцы’ испытанию на растяжение илисжатие и таким образом определять механические характери­стики для готовой партии деталей. Такой прием сильно загру­жал бы производство и снижал бы оперативность контроля.На практике большей частью прибегают поэтому к срав­нительной оценке свойств материала при помощи пробы натвердость.Под твердостью понимается способность материала про­тиводействовать механическому проникновению в него посто­ронних тел.

Понятно, что такое определение твердости повто­ряет, по существу, определение прочности. В материале при90вдавливании в него постороннего тела возникают местные пла­стические деформации, сопровождающиеся при дальнейшемувеличении сил местным разрушением. Поэтому показательтвердости связан с показателями прочности и пластичности изависит от конкретных условий ведения испытания.Наиболее широкое распространение получили методы из­мерения твердости по Бринелю и по Роквеллу. В первом слу­чае в поверхность исследуемой детали вдавливают стальнойшарик диаметром 10 мм, во втором - алмазный острый нако­нечник.

По обмеру полученного отпечатка судят о твердостиматериала. Испытательная лаборатория обычно располагаетсоставленной путем экспериментов переводной таблицей, припомощи которой можно приближенно по показателю твердостиопределить предел прочности материала. Таким образом, врезультате испытаний на твердость удается определить проч­ностные показатели материала, не разрушая деталь.1.11. Влияние температуры и фактора временина механические характеристики материалаВсе сказанное выше о свойствах материалов относилоськ испытаниям в так называемых нормальных условиях, т.е.при температуре 20 °C и при сравнительно небольших скоро­стях изменения нагрузок и удлинений, которые обеспечивают­ся обычными испытательными машинами. Нормальной скоро­стью деформации считается de/dt — 0,01..

.3 мин-1.Диапазон температур, в пределах которого реально рабо­тают конструкционные материалы, выходит далеко за рамкиуказанных нормальных условий. Есть конструкции, где мате­риал находится под действием чрезвычайно высоких темпера­тур, как, например, в стенках камер воздушно-реактивных иракетных двигателей. Имеются конструкции, где, напротив,рабочие температуры оказываются низкими. Это - элементыхолодильных установок и резервуары, содержащие жидкие га­зы.В широких пределах изменяются также и скорости нагру­жения, и время действия внешних сил. Есть нагрузки, дей­ствующие годами, а есть такие, время действия которых ис­числяется миллионными долями секунды.91Понятно, что в зависимости от указанных обстоятельствмеханические свойства материалов будут проявляться по-раз­ному.Обобщающий анализ свойств материала с учетом темпе­ратуры и фактора времени оказывается очень сложным и неукладывается в простые экспериментально полученные кри­вые, подобные диаграммам растяжения.

Функциональная за­висимость между четырьмя параметрами а, £, температуройt° и временем t: f(ay г, Z°, t) = 0, не является однозначнойи содержит дифференциальные и интегральные соотношениявходящих в нее величин.Так как в общем виде аналитическое или графическое опи­сание указанной функции дать не удается, то влияние темпе­ратуры и фактора времени рассматривают в настоящее времяприменительно к частным классам задач. Деление на классыосуществляют в основном по типу действующих внешних сил.Различают медленно, быстро и весьма быстро изменяющиесянагрузки.Основными нагрузками, изучаемыми в сопротивлении ма­териалов, являются медленно изменяющиеся, или статические.Скорость изменения этих нагрузок во времени настолько мала,что кинетическая энергия, которую получают перемещающие­ся частицы деформируемого тела, составляет ничтожно малуюдолю от работы внешних сил.

Иначе говоря, работа внешнихсил преобразуется только в упругую потенциальную энергию,а также в необратимую тепловую энергию, связанную с пла­стическими деформациями тела. Испытание материалов в такназываемых нормальных условиях происходит под действиемстатических нагрузок.Если вести испытания на растяжение при различных тем­пературах образца, оставаясь в пределах нормальных скоро­стей деформации {de/dt = 0,01.. .3 мин-1), то можно в опре­деленном интервале получить зависимость механических ха­рактеристик от температуры. Эта зависимость обусловленатемпературным изменением внутрикристаллических и меж­кристаллических связей, а в некоторых случаях и структур­ными изменениями материала.92На рис.

1.47 показана зависимость от температуры моду­ля упругости Е, предела текучести ат.р, временного сопроти­вления <7в.р и удлинения при разрыве 6 для малоуглеродистойстали в интервале 0 .. .500 °C. Как видно из приведенных кри­вых, модуль упругости в пределах 0 .. .300 °C практически неменяется. Более существенные изменения претерпевают <7в.ри 6, причем имеет место, как говорят, “охрупчивание” стали удлинение при разрыве уменьшается. При дальнейшем уве­личении температуры пластические свойства стали восстана­вливаются, а прочностные показатели быстро падают.Явление “охрупчивания” при повышенных температурахсвойственно в основном малоуглеродистой стали.