Феодосьев В.И. Сопротивление материалов 1986 г. (1240839), страница 14
Текст из файла (страница 14)
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, прн сдвигах земной коры претерпевают пластические деформации. Образец пластичного Р материала, имеющий кольцевую выточку (рис. 61), при растяжении получает хрупкий разрыв в связи с тем, что в ослабленном сечении затруднено образование пластических деформаций сдвига по наклонным площадкам.
Очень большое влияние на проявление свойств пластичности и хрупкости оказывает скорость нагружения и температурное воздействие. 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. Пластич- ') Овыхы ставил К.
К. Лихарев. $!Т. ПЛАСТИЧНОСТЬ И ХРУПКОСТЬ. ТВЕРДОСТЬ 'Д' ные же материалы, такие, как малоуглеродистая сталь, под воздействием резкой ударной нагрузки проявляют хрупкие свойства. Одной из основных технологических операций, позволяющих изменять в нужном напрзвлении свойства материала, является термообработка. Из данных, приведенных в табл. 1, видно, например, что закалка резко повышает прочностные характеристики стали п одновременно снижает ее пластические свойства.
Для большинства широко применяемых в машиностроении материалов хорошо известны те режимы термообработки, которые обеспечивают получение необходимых механических характеристик материала. Испытание образцов на растяжение и сжатие дает объективную оценку свойств материала. В производстве, однако, дчя оперативного контроля за качеством изготовляемых деталей этот метод испытания представляет в ряде случаев значительные неудобства. Например, при помощи испытания на растяжение и сжатие трудно контролировать правильность термообработки готовых изделий.
Для такого контроля нужно было бы для каждой партии деталей изготовлять несколько Образцов — «свидетелей», проходящих все стадии термообработки вместе с деталями, а затем подвергать эти образцы испытанию на растяжение или сжатие 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 на твердость. Под твердостью понимается способность материала противодействовать механическому проникновению в него посторонних тел.
Понятно, что такое определение твердости повторяет, по существу, определение прочности. В материале при вдавливании в него постороннего тела возникают местные пластические деформации, сопровождающиеся при дальнейшем увеличении сил местным разрушением. Поэтому показатель твердости связан с показателями прочности и пластичности и зависит от конкретных условий ведения испытания. Наиболее широкое распространение получили пробы по Бринелю и по Роквеллу. В первом случае в поверхность исследуемой детали вдавливается стальной шарик диаметром 10 мм, во втором — алмазный острый наконечник.
По обмеру полученного отпечатка судят о твердости материала. ГЛ. Ь РАСТЯЖЕНИЕ И СЖАТИЕ 78 Испытательная лаборатория обычно располагает составленной путем экспериментов переводной таблицей, при помощи которой можно приближенно по показателю твердости определить предел прочности материала. Таким образом, в результате пробы на твердость удается определить прочностные показатели материала, не разрушая детали. $18. Влияние температуры и фактора времеви на механические характеристики материала Все сказанное выше о свойствах материалов относилось к испытаниям в так называемых нормальных условиях, т. е.
при температуре 20 'С и при сравнительно небольших скоростях изменения нагрузок и удлинений, которые обеспечиваются обычными испытательными машинами. Нормальной скоростью деформации считается де!о2=0,01 — 3 мин '. Диапазон температур, в пределах которого реально работают конструкционные материалы, выходит далеко за рамки указанных нормальных условий. Есть конструкции, где материал находится под действием чрезвычайно высоких температур, как, например, в стенках камер воздушно- реактивных и ракетных двигателей Имеются конструкции, где, напротив, рабочие температуры оказываются низкими.
Это — элементы холодильных 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. Понятно, что в зависимости от указанных обстоятельств механические свойства материалов будут проявляться поразному.
Обобщающий анализ свойств материала с учетом температуры и фактора времени оказывается очень сложным и не укладывается в простые экспериментально полученные кривые, подобные диаграммам растяжения. Функциональная зависимость между четырьмя параметрами и, е, температурой т' и временем й ~(о, е, 7', 0=0 не является однозначной и содержит дифференциальные и интегральные соотношения входящих в нее величин. Так как в общем виде аналитическое или графическое описание указанной функции дать не удается, то влияние температуры н фактора времени рассматривается в настоящее время применительно к частным классам задач. Деле- $ ИЬ ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ФАКТОРА ВРЕМЕНИ 7Я 1Х о Гоо еоо ооо оаа й о Рис.
62 нпе на классы производится в основном по типу действующих внешних сил. Различают медленно изменяющиеся, быстро и весьма быстро изменяющиеся нагрузки. 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 малую долю от работы внешних сил.
Иначе говоря, работа внешних сил преобразуется только в упругую потенциальную энергию, а также в необратимую тепловую энергию, связанную с пла- о,рота Е,ГПа стическими деформациями Г7О тела. Испытание материалов в так называемых нор- Уаа мальных условиях происходит под действием статиаоа ар 1оа ческих нагрузок. Рр Если вести испытания на растяжение прн различных температурах образца, оставаясь в пределах нормальных скоростей деформации (йеЫ1=0,01— — 3 мин '), то можно в 1- оо определенном интервале получить зависимость механических харастеристик от температуры. Эта зависимость обусловлена температурным изменением впутрикристаллическнх и межкристаллических связей, а в некоторых случаях и структурными изменениями материала.
На рис. 62 показана зависимость от температуры модуля упругости Е, предела текучести о,, предела прочности о, и удлинения при разрыве б для малоуглеродистой стали в интервале 0 — 500 'С. Как видно из приведенных кривых, модуль упругости в пределах изменения температуры до ЗОО 'С практически не меняется. Более существенные изменения претерпевают величины оса и, особенно, б, причем имеет место, как говорят, «охрупчивание» стали— удлинение при разрыве уменьшается. При дальнейшем увеличении температуры пластические свойства стали восстанавливаются, а прочностные показатели быстро падают. гл. ь глстяжение и сжлтив Явление «охрупчивания» яри повышенных температурах свойственно в основном малоуглеродистой стали.
Легированные стали и цветные сплавы при повышении температуры обнаруживают большей частью монотонное возрастание 6 и такое же монотонное снижение о,р и о, . На рис. 63 п, ///7а гппп 77ПП и м /ч / /'пп д/пп .гпп чп ,гпп гпп-/пп и хаг/псппппппппп пав/ Рас. 63 показаны соответствующие кривые для хромомарганцевой стали марки ЗОХГСА.
Чем выше температура, тем труднее определить механические характеристики материала. Происходит это не только потому, что возрастают сложности в технике эксперимента, но также вследствие того, что сами характеристики становятся менее определенными. При статическом нагружении, начиная с некоторых значений температур, резко сказывается фактор времени.
Для одних материалов это происходит при более низких, для других — при более высоких температурах. Влияние фактора времени обнаруживается и прн нормальных температурах. Однако для металлов его влиянием можно пренебречь. Для некоторых же органических материалов даже при низких температурах скорость нагружения существенно сказывается на определяемых характеристиках. Изменение во времени деформаций и напряжений, возникающих в нагруженной детали, носит название ползу- чести.
Частным проявлением ползучести является рост необратимых деформаций при постоянном напряжении. Это 3 18. ВЛИЯНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ФАКТОРА ВРЕМЕНИ ВГ явление носит название последепсглеия. Наглядной иллюстрацией последействия может служить наблюдаемое увеличение размеров диска и лопаток газовой турбины, находящихся под воздействием больших центробежных сил и высоких температур. Это увеличение размеров необратимо и проявляется обычно после многих часов работы двигателя. Другим частным проявлением свойств ползучести является релаксация — самопроизвольное изменение во времени напряже- уееее)еееж ний при неизменной деформации.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
