§ 4. خواص مکانیکی

برنج. 8. انواع تغییر شکل ها:
الف - فشار، ب - کشش، ج - پیچش، د - برش، e - خمش

برنج. 9. نمودار کششی:
a - نمودار شرطی در مختصات P-∆l، b - نمودار تنش شرطی و نمودار تنش واقعی

برنج. 10. تعیین سختی فلز با روش های برینل (a)، راکول (ب) و ویکرز (ج)

خواص فلزات اغلب تنها بر اساس سختی، استحکام کششی و ازدیاد طول آنها قضاوت می شود. تنها بر اساس این پارامترها، نتیجه گیری در مورد قابلیت های فلز یا آلیاژهای مختلف مقایسه می شود. در واقع، این اطلاعات برای تصمیم گیری در مورد مناسب بودن یک ماده برای یک کار خاص کاملاً ناکافی است. علاوه بر پارامترهای ذکر شده، کاربرد فلزات و آلیاژها با الف) استحکام ساختاری، ب) درجه تجلی پدیده های غیر ارتجاعی، ج) مقاومت در برابر سایش، د) مقاومت در برابر خوردگی و بسیاری موارد دیگر تعیین می شود.

در این صفحه متوجه خواهیم شد که دقیقاً چه چیزی رایج ترین پارامترهای خواص مکانیکی را تعیین می کند و شاخص های اصلی مقاومت سازه را در نظر می گیریم. سوالات در صفحات دیگر مورد بحث قرار می گیرند مقاومت در برابر سایشو مقاومت در برابر خوردگی.

محتوا:

1. تغییر شکل الاستیک و پلاستیک

2. شاخص های حالت های الاستیک و پلاستیکی

2.1. محدودیت های تناسب، کشش و سیالیت

2.2. ویژگی های حالت الاستیک

2.3. استحکام کششی

2.4. پلاستیسیته و ویسکوزیته

2.5. سختی

3. شاخص های مقاومت سازه

3.1. مقاومت در برابر ترک

3.2. قدرت خستگی

3.3. قدرت ضربه

3.4. خزش و محدودیت های قدرت بلند مدت

1. تغییر شکل های الاستیک و پلاستیک

خواص مکانیکی فلزات و آلیاژها با نحوه درک آنها از بارهای خارجی تعیین می شود. در برابر تغییر شکل و تخریب مقاومت کنید. هنگامی که آنها تغییر شکل می دهند، دو نوع تغییر شکل متفاوت مشاهده می شود - الاستیک و پلاستیک - که هم در تظاهرات خارجی و هم در مکانیسم های داخلی متفاوت هستند. واضح است که خواصی که حالت ارتجاعی و پلاستیکی فلزات را تعیین می کند باید با ویژگی های مختلف توصیف شود.

تغییر شکل های الاستیک به دلیل تغییر در فواصل بین اتمی رخ می دهد، آنها ساختار فلز، خواص آن را تغییر نمی دهند و برگشت پذیر هستند. برگشت پذیری به این معنی است که پس از برداشتن بار، بدنه شکل و اندازه قبلی خود را به خود می گیرد، یعنی. هیچ تغییر شکل باقیمانده ای وجود ندارد.

تغییر شکل های پلاستیکی به دلیل شکل گیری و حرکت دررفتگی ها، ساختار و خواص فلز را تغییر می دهند. پس از برداشتن بار، تغییر شکل ها باقی می مانند، یعنی. تغییر شکل های پلاستیکی برگشت ناپذیر است.

2. شاخص های حالت الاستیک و پلاستیک

2.1. محدودیت های تناسب، کشش و سیالیت.

آیا محدوده تنش هایی که در آن فقط تغییر شکل الاستیک رخ می دهد با حد تناسب محدود می شود؟ کامپیوتر در این منطقه، فقط تغییر شکل های الاستیک در هر دانه اتفاق می افتد، و برای نمونه به طور کلی، قانون هوک رعایت می شود - تغییر شکل متناسب با تنش است (از این رو نام حد).

با افزایش تنش، تغییر شکل های میکروپلاستیک در دانه های منفرد رخ می دهد. در چنین بارهایی، تنش های پسماند ناچیز است (0.001٪ - 0.01٪).

تنشی که در آن تغییر شکل های باقیمانده در محدوده های مشخص شده ظاهر می شود، حد الاستیک شرطی نامیده می شود. در تعیین آن، شاخص مقدار تغییر شکل باقیمانده (بر حسب درصد) را نشان می دهد که برای مثال حد الاستیک تعیین شده است؟ 0.01.

تنشی که در آن تغییر شکل پلاستیک در تمام دانه ها رخ می دهد، قدرت تسلیم شرطی نامیده می شود. بیشتر اوقات، با مقدار تغییر شکل باقیمانده 0.2٪ تعیین می شود و تعیین می شود؟ 0.2.

به طور رسمی، تفاوت بین حدود کشسانی و تسلیم با دقت تعیین "مرز" بین حالت های الاستیک و پلاستیک مرتبط است، که کلمه "شرطی" منعکس کننده آن است. واضح است که؟ کامپیوتردقیقاحد تناسب یا الاستیسیته میزان تجلی خواص غیر کشسان و مقدار حد خستگی را تعیین می کند.

عدم وجود مرز تیز بین حالت های الاستیک و پلاستیک به این معنی است که در محدوده تنش بین؟ کامپیوتر و؟ 0.2، هر دو تغییر شکل الاستیک و پلاستیک رخ می دهد.

حالت ارتجاعی تا زمانی وجود دارد که دررفتگی در تمام دانه های فلز بی حرکت باشد.

انتقال به حالت پلاستیک در یک محدوده بار مشاهده می شود که در آن حرکت نابجایی ها (و در نتیجه تغییر شکل پلاستیک) فقط در دانه های کریستالی منفرد رخ می دهد و در بقیه مکانیسم تغییر شکل الاستیک همچنان رخ می دهد.

حالت پلاستیک زمانی تحقق می یابد که حرکت نابجایی ها در تمام دانه های نمونه رخ دهد.

پس از بازسازی ساختار نابجایی (تکمیل تغییر شکل پلاستیک)، فلز به حالت الاستیک، اما با خواص ارتجاعی تغییر یافته باز می گردد.

تعیین محدودیت ها مربوط به کشش تک محوری است که نمودار آن در شکل نشان داده شده است. حدود معنای مشابه برای فشرده سازی، خمش و پیچش تعیین می شود.

نمودار در نظر گرفته شده برای فلزاتی که انتقال از حالت ارتجاعی به حالت پلاستیکی بسیار صاف است، معمول است. با این حال، فلزاتی با انتقال مشخص به حالت پلاستیکی وجود دارد. نمودارهای تنش-کرنش چنین فلزاتی دارای یک بخش افقی هستند و آنها را نه شرطی، بلکه با قدرت تسلیم فیزیکی مشخص می کنند. برای نمونه ای از چنین نموداری به وب سایت مراجعه کنیدhttp://www.physics-words.com/130/207/2770120.html.. پس از رسیدن به نقطه تسلیم فیزیکی، افزایش اندک تنش منجر به ازدیاد طول نمونه می‌شود، بنابراین به این حد می‌گویند.

2.2. ویژگی های حالت الاستیک

مهمترین پارامترهای حالت الاستیک - حد الاستیک؟ y و مدول الاستیک.

حد الاستیک تعیین می کند حداکثر بارهای عملیاتی مجاز، که در آن فلز فقط تغییر شکل های الاستیک یا کوچک مجاز الاستیک- پلاستیک را تجربه می کند. به طور تقریبی (و به سمت تخمین بیش از حد) حد الاستیک را می توان با قدرت تسلیم تخمین زد.

مدول الاستیک مقاومت یک ماده را در برابر بار در حالت کشسان مشخص می کند. مدول یانگ E مقاومت در برابر تنش های معمولی (کشش، فشار و خمش) را تعیین می کند و مدول برشی G مقاومت در برابر تنش های برشی (پیچ خوردگی) را تعیین می کند. هرچه مدول الاستیک بیشتر باشد، بخش الاستیک در نمودار تغییر شکل شیب بیشتری دارد (شکل را ببینید)، بزرگی تغییر شکل های الاستیک در تنش های مساوی کوچکتر است و بنابراین، صلبیت سازه بیشتر می شود. تغییر شکل های الاستیک نمی تواند بیشتر از این مقدار باشد؟ y/E.

بنابراین، مدول الاستیک تعیین می شود حداکثر تغییر شکل های عملیاتی مجاز(با در نظر گرفتن حد الاستیک و سفتی محصول. مدول های الاستیک با همان واحدهای تنش (MPa یا kgf/mm 2) اندازه گیری می شوند.

مصالح سازه ای باید مقادیر بالایی از استحکام تسلیم (مقاوم در برابر بارهای سنگین) و مدول الاستیک (استحکام بیشتری را ارائه دهند) ترکیب کنند. مدول الاستیک E دارای مقدار یکسانی در فشار و کشش است. با این حال، محدودیت های کششی فشاری و کششی ممکن است متفاوت باشد. بنابراین، با سختی یکسان، دامنه های کشش در هنگام فشرده سازی و کشش ممکن است متفاوت باشد.

در حالت الاستیک، فلز تجربه نمی کند کلانبا این حال، تغییر شکل های پلاستیکی در حجم های میکروسکوپی فردی آن محلی است کوچکتغییر شکل های پلاستیکی آنها عامل به اصطلاح پدیده های غیر ارتجاعی هستند که به طور قابل توجهی بر رفتار فلزات در حالت کشسان تأثیر می گذارد. تحت بارهای استاتیک، پسماند، افترافکت الاستیک و آرامش ظاهر می شود و تحت بارهای دینامیکی، اصطکاک داخلی رخ می دهد.

آرامش- کاهش خود به خود استرس در محصول. نمونه ای از تجلی آن تضعیف اتصالات کششی در طول زمان است. هر چه میزان آرامش کمتر باشد، استرس های بازیگری پایدارتر است. علاوه بر این، آرامش منجر به ظاهر تغییر شکل باقی مانده پس از برداشتن بار می شود. حساسیت به این پدیده ها با مقاومت در برابر آرامش مشخص می شود. به عنوان تغییر نسبی ولتاژ در طول زمان اندازه گیری می شود. هرچه بزرگتر باشد، فلز کمتر در معرض آرامش قرار می گیرد.

اصطکاک داخلیتلفات انرژی برگشت ناپذیر تحت بارهای متغیر را تعیین می کند. تلفات انرژی با کاهش میرایی یا ضریب اصطکاک داخلی مشخص می شود. فلزات با کاهش میرایی زیاد به طور موثر صدا و ارتعاش را کاهش می دهند و کمتر مستعد تشدید هستند (یکی از بهترین فلزات میرایی، چدن خاکستری است). برعکس، فلزات با ضریب اصطکاک داخلی کم، تأثیر حداقلی بر انتشار ارتعاشات دارند (به عنوان مثال، برنز زنگ). بسته به هدف، فلز باید دارای اصطکاک داخلی بالا ( ضربه گیر) یا برعکس، کم (چشمه های ابزار اندازه گیری) باشد.

با افزایش دما، خواص کشسانی فلزات بدتر می شود. این خود را در باریک شدن ناحیه الاستیک (به دلیل کاهش محدودیت های الاستیک)، افزایش پدیده های غیر کشسان و کاهش مدول های الاستیک نشان می دهد.

فلزاتی که برای ساخت عناصر الاستیک و محصولات با ابعاد پایدار استفاده می شوند باید دارای حداقل تظاهرات خاصیت غیر ارتجاعی باشند. این نیاز زمانی بهتر برآورده می شود که حد الاستیک به طور قابل توجهی از تنش عملیاتی فراتر رود. علاوه بر این، نسبت کشش و محدودیت سیالیت مهم است. هر چه نگرش بیشتر باشد؟ y / ? 0.2، تجلی خواص غیر کشسان کمتر است. وقتی می گویند فلز خاصیت ارتجاعی خوبی دارد، معمولاً به معنای نه تنها حد الاستیک بالا، بلکه مقدار زیادی نیز هست؟ y / ? 0.2.

2.3. استحکام کششی

در تنش های بیش از قدرت تسلیم؟ 0.2، فلز به حالت پلاستیکی می رود. از نظر خارجی، این خود را در کاهش مقاومت در برابر بار فعلی و تغییر قابل مشاهده در شکل و اندازه نشان می دهد. پس از برداشتن بار، فلز به حالت الاستیک باز می‌گردد، اما با مقدار تغییر شکل باقیمانده تغییر شکل می‌دهد، که می‌تواند بسیار بیشتر از تغییر شکل الاستیک محدود شود. تغییر در ساختار نابجایی در طول تغییر شکل پلاستیک، استحکام تسلیم فلز را افزایش می‌دهد - سخت شدن کرنش آن رخ می‌دهد.

به طور معمول، تغییر شکل پلاستیک تحت کشش تک محوری نمونه مورد مطالعه قرار می گیرد. در این صورت مقاومت موقت مشخص می شود؟ ج، ازدیاد طول نسبی پس از پارگی؟ و باریک شدن نسبی پس از پارگی؟. تصویر کشش در تنش های بیش از حد قدرت تسلیم به دو گزینه ارائه شده در شکل خلاصه می شود.

در حالت اول (شکل در داخل)، کشش یکنواخت کل نمونه مشاهده می شود - تغییر شکل پلاستیک یکنواخت رخ می دهد که با پارگی نمونه تحت تنش پایان می یابد؟ V. در این مورد؟ استحکام کششی مشروط را معنا می کند، نه؟ و حداکثر تغییر شکل پلاستیک یکنواخت را تعیین کنید.

در حالت دوم ابتدا نمونه به طور یکنواخت کشیده می شود و پس از رسیدن به کشش؟ یک باریک شدن موضعی (گردن) شکل می گیرد و کشش بیشتر، تا پارگی، در ناحیه گردن متمرکز می شود. در این مورد؟ و مجموع تغییر شکل های یکنواخت و متمرکز هستند (شکل را ببینید). از آنجایی که "لحظه" تعیین مقاومت کششی دیگر با "لحظه" گسیختگی نمونه منطبق نیست، پس؟ c مقاومت نهایی را تعیین نمی کند، بلکه تنش مشروط را تعیین می کند که در آن تغییر شکل یکنواخت به پایان می رسد. با این حال، قدر؟ B اغلب بدون توجه به وجود یا عدم وجود گردن، مقاومت کششی مشروط نامیده می شود.

در هر صورت، تفاوت (? در - ? 0.2) بازه تنش های شرطی که در آن تغییر شکل پلاستیک یکنواخت رخ می دهد و نسبت؟ 0.2 / ? B درجه سخت شدن را مشخص می کند. در فلز آنیل شده؟ 0.2/؟ B = 0.5-0.6. و پس از سخت شدن کرنشی (سخت شدن) به 0.9-0.95 افزایش می یابد.

کلمه "مشروط" در رابطه با؟ V به این معنی است که کمتر از ولتاژ "واقعی" S V است که در نمونه عمل می کند. نکته این است که تنش؟ به عنوان نسبت نیروی کششی به سطح مقطع اولیه نمونه (که راحت است) تعریف می شود و تنش واقعی S باید در رابطه با سطح مقطع در زمان اندازه گیری تعیین شود. (که سخت تر است). در طول تغییر شکل پلاستیک، نمونه نازک‌تر می‌شود و با کشیده شدن، تفاوت بین تنش اسمی و واقعی افزایش می‌یابد (به‌ویژه پس از گردن‌بندی). اگر نمودار کششی برای تنش‌های واقعی بسازید، منحنی کشش از منحنی ترسیم شده در شکل عبور می‌کند و بخش سقوطی نخواهد داشت.

آیا فلزات می توانند همین معنی را داشته باشند؟ ج، اما اگر نمودارهای کششی متفاوتی داشته باشند، شکست نمونه در تنش های واقعی مختلف S B رخ می دهد (مقاومت واقعی آنها متفاوت خواهد بود).

مقاومت موقت؟ B تحت باری که ده ها ثانیه عمل می کند تعیین می شود، بنابراین اغلب به آن حد مقاومت کوتاه مدت می گویند.

تغییر شکل پلاستیک نیز تحت فشار، خمش، و پیچش مورد مطالعه قرار گرفته است. اما به دلایل بسیاری، کشش تک محوری در بیشتر موارد ارجحیت دارد. آیا تعیین پارامترهای کششی تک محوری کمترین کار را می طلبد؟ در و؟، آنها همیشه در طول آزمایشات کارخانه انبوه تعیین می شوند و مقادیر آنها لزوماً در تمام کتاب های مرجع آورده شده است.

شرح روش تست کشش برای فلزات (و تعریف همه اصطلاحات) در GOST 1497-73 آورده شده است. تست فشرده سازی در شرح داده شده است GOST 25.503-97و برای پیچش - در GOST 3565-80.

2.4. پلاستیسیته و ویسکوزیته

پلاستیسیته توانایی یک فلز برای تغییر شکل بدون به خطر انداختن یکپارچگی آن (بدون ترک، پارگی و به ویژه تخریب) است. هنگامی که تغییر شکل الاستیک با تغییر شکل پلاستیکی جایگزین می شود، خود را نشان می دهد. در تنش های بیشتر از قدرت تسلیم؟ V.

آیا امکان تغییر شکل پلاستیک با نسبت مشخص می شود؟ 0.2/؟ V. در 0.2/؟ B = 0.5-0.6، فلز اجازه می دهد تا تغییر شکل های پلاستیکی بزرگ (? و? به ده ها درصد). برعکس، در؟ 0.2/؟ در = 0.95-0.98، فلز به عنوان شکننده رفتار می کند: منطقه تغییر شکل پلاستیک عملا وجود ندارد (? و? 1-3٪ هستند).

اغلب، خواص پلاستیک با مقدار ازدیاد طول نسبی در هنگام شکست ارزیابی می شود. اما این مقدار تحت کشش تک محوری استاتیک تعیین می شود و بنابراین انعطاف پذیری را تحت انواع دیگر تغییر شکل ها (خمش، فشرده سازی، پیچش)، نرخ تغییر شکل بالا (جعل، نورد) و دماهای بالا مشخص نمی کند.

به عنوان مثال، می‌توانیم برنج‌های L63 و LS59-1 را ذکر کنیم که تقریباً مقادیر یکسانی دارند، اما خواص پلاستیکی آنها به طور قابل توجهی متفاوت است. یک میله بریده از L63 در محل برش خم می شود و از LS59-1 با نیروی کمی جدا می شود. سیم L63 بدون ترک به راحتی صاف می شود، در حالی که سیم LS59-1 پس از چندین ضربه ترک می خورد. برنج LS59-1 به راحتی نورد گرم می شود و L63 فقط در محدوده دمایی باریکی نورد می شود که فراتر از آن قطعه کار ترک می خورد.

بنابراین، پلاستیسیته به دما، سرعت و روش تغییر شکل بستگی دارد. خواص پلاستیک به شدت تحت تأثیر بسیاری از ناخالصی ها، اغلب حتی در غلظت های بسیار کم، قرار می گیرد.

در عمل، برای تعیین پلاستیسیته، از آزمایش‌های تکنولوژیکی استفاده می‌شود که در آنها از روش‌های تغییر شکل استفاده می‌شود که با فرآیندهای تکنولوژیکی مربوطه سازگارتر است.

یک ارزیابی رایج از شکل‌پذیری، زاویه خمش، تعداد خم‌ها یا پیچ‌هایی است که یک محصول نیمه‌تمام می‌تواند بدون ترک یا پارگی تحمل کند.

آزمایش برای فشردن سوراخ از نوار (مشابه با مهر زنی و کشیدن عمیق) تا زمانی که پارگی و ترک ظاهر شود انجام می شود.

خواص پلاستیک خوب در فرآیندهای شکل دهی فلز مهم است. در طول عملیات عادی، فلز در حالت الاستیک است و خواص پلاستیکی آن ظاهر نمی شود. بنابراین، در نگاه اول، تمرکز بر روی شاخص های انعطاف پذیری در طول عملکرد عادی محصولات، منطقی نیست.

اما اگر احتمال وجود بارهای بیشتر از قدرت تسلیم وجود دارد، پس مطلوب است که مواد پلاستیکی باشد. یک فلز شکننده بلافاصله پس از فراتر رفتن از حد معین فرو می ریزد، در حالی که یک ماده انعطاف پذیر قادر است انرژی اضافی کافی را بدون فروپاشی جذب کند.

مفاهیم ویسکوزیته و پلاستیسیته اغلب شناسایی می شوند، اما این اصطلاحات ویژگی های مختلفی را مشخص می کنند:

پلاستیسیته - توانایی تغییر شکل بدون تخریب را تعیین می کند.

ویسکوزیته - مقدار انرژی جذب شده در طول تغییر شکل پلاستیک را تعیین می کند، با استفاده از واحدهای انرژی اندازه گیری می شود.

مقدار انرژی مورد نیاز برای شکستن یک ماده برابر با مساحت زیر منحنی تنش-کرنش در نمودار تنش-کرنش واقعی است. این بدان معنی است که هم به حداکثر تغییر شکل ممکن و هم به استحکام فلز بستگی دارد. روش تعیین شدت انرژی در طول تغییر شکل پلاستیک در شرح داده شده استGOST 23.218-84.

2.5. سختی

یک مشخصه کلی خواص الاستیک-پلاستیک سختی است.

سختی خاصیت لایه سطحی یک ماده برای مقاومت در برابر نفوذ جسم سخت‌تر دیگر با تأثیر متمرکز آن بر سطح ماده است. "بدنه دیگر، سخت تر" یک فرورفتگی (گوی فولادی، هرم الماس یا مخروط) است که در فلز مورد آزمایش فشار داده می شود.

تنش های ناشی از فرورفتگی با شکل و نیروی فرورفتگی آن تعیین می شود. بسته به بزرگی این تنش ها، تغییر شکل های الاستیک، الاستیک- پلاستیک یا پلاستیک در لایه سطحی فلز رخ می دهد. در حالت اول، برداشتن بار اثری روی سطح باقی نمی گذارد. اگر تنش از حد الاستیک فلز بیشتر شود، پس از برداشتن بار، اثری روی سطح باقی می‌ماند.

هرچه فرورفتگی کوچکتر باشد، مقاومت فرورفتگی بیشتر و سختی بیشتر در نظر گرفته می شود. با بزرگی نیروی متمرکز، که هنوز اثری بر جای نمی گذارد، می توان سختی را در نقطه تسلیم تعیین کرد (GOST 22762-77).

تعیین عددی سختی با استفاده از روش های ویکرز، برینل و راکول انجام می شود.

در روش راکول (GOST 9013-59)، سختی در واحدهای HR اندازه گیری می شود که نشان دهنده میزان بازیابی الاستیک فرورفتگی پس از برداشتن بار است. آن ها عدد سختی راکول مقاومت در برابر تغییر شکل های الاستیک یا کوچک پلاستیکی را تعیین می کند. بسته به نوع فلز و سختی آن از مقیاس های مختلفی استفاده می شود. رایج ترین مقیاس مورد استفاده C است. و عدد سختی H.R.C.

الزامات کیفیت سطح قطعات فولادی پس از عملیات حرارتی اغلب در واحدهای HRC فرموله می شود. سختی HRC بیشترین میزان عملکرد فولادهای با مقاومت بالا را نشان می دهد و با توجه به سادگی اندازه گیری های راکول، در عمل بسیار مورد استفاده قرار می گیرد. برای توضیح دقیق روش راکول با توضیح مقیاس های مختلف و سختی کلاس های مختلف مواد، رجوع کنید به http://www.fast-const.ru/articles.php?article_id=2

سختی ویکرز و برینل به عنوان نسبت نیروی فرورفتگی به سطح تماس فرورفتگی و فلز در حداکثر نفوذ فرورفتگی تعریف می شود. آن ها اعداد سختی HV و HB به معنای تنش متوسط ​​روی سطح یک چاپ ترمیم نشده است، بر حسب واحد تنش (MPa یا kgf/mm) اندازه گیری می شود و مقاومت در برابر تغییر شکل پلاستیک را تعیین می کند. تفاوت اصلی این روش ها به شکل دندانه دار مربوط می شود.

کاربرد هرم الماس درروش ویکرز (GOST 2999-75، GOST R ISO 6507-1) شباهت هندسی چاپ های هرمی را تحت هر باری تضمین می کند - نسبت عمق و اندازه چاپ در حداکثر فرورفتگی به نیروی اعمال شده بستگی ندارد. این امر امکان مقایسه سختی فلزات مختلف از جمله نتایج به دست آمده تحت بارهای مختلف را فراهم می کند.

فرورفتگی توپ درروش برینل (GOST 9012-59) شباهت هندسی چاپ های کروی را ارائه نمی دهد. این امر منجر به نیاز به انتخاب مقدار بار بسته به قطر فرورفتگی توپ و نوع ماده مورد آزمایش مطابق جداول پارامترهای تست توصیه شده می شود. نتیجه این امر ابهام در مقایسه اعداد سختی HB برای مواد مختلف است.

وابستگی سختی تعیین شده به مقدار بار اعمال شده (کوچک برای روش ویکرز و بسیار قوی برای روش برینل) نیاز به نشان دادن اجباری شرایط آزمایش در هنگام ثبت عدد سختی دارد (به GOST ها مراجعه کنید)، اگرچه این قانون اغلب رعایت نمی شود. .

ناحیه تأثیر فرورفتگی بر روی فلز با اندازه فرورفتگی قابل مقایسه است، یعنی. سختی ویژگی های محلی یک محصول یا محصول نیمه تمام را مشخص می کند. اگر لایه سطحی (روکش شده یا سخت شده) از نظر خواص با فلز پایه متفاوت باشد، مقادیر سختی اندازه گیری شده به نسبت عمق فرورفتگی و ضخامت لایه بستگی دارد - یعنی. به روش و شرایط اندازه گیری بستگی دارد. نتیجه اندازه گیری سختی می تواند فقط به لایه سطحی یا فلز پایه با در نظر گرفتن لایه سطحی مربوط باشد.

هنگام اندازه گیری سختی، مقاومت حاصل از نفوذ فرورفتگی به فلز بدون در نظر گرفتن اجزای ساختاری فردی تعیین می شود. اگر اندازه چاپ از اندازه همه ناهمگونی ها بیشتر شود، میانگین گیری اتفاق می افتد. سختی اجزای فاز جداگانه (ریزسختی) با استفاده از روش ویکرز (GOST 9450-76) با نیروهای فرورفتگی کم تعیین می شود.

هیچ رابطه مستقیمی بین مقیاس های سختی مختلف وجود ندارد و هیچ روش مستدلی برای تبدیل اعداد سختی از یک مقیاس به مقیاس دیگر وجود ندارد. جداول موجود که به طور رسمی مقیاس های مختلف را به هم مرتبط می کنند بر اساس اندازه گیری های مقایسه ای هستند و فقط برای دسته های خاصی از فلزات معتبر هستند. در این گونه جداول معمولاً اعداد سختی با اعداد سختی HV مقایسه می شوند. این به این دلیل است که روش ویکرز به شما امکان می دهد سختی هر ماده را تعیین کنید (در روش های دیگر محدوده سختی اندازه گیری شده محدود است) و شباهت هندسی چاپ را تضمین می کند.

برای رابطه گرافیکی بین مقیاس راکول و ویکرز، نگاه کنید بهhttp://www.gordonengland.co.uk/hardness/hardness_conversion.gif.

برای فولادها -http://www.grantadesign.com/images/hardness.fe2.gif

برای آلیاژهای غیر آهنی هم همینطور -http://www.grantadesign.com/images/hardness.al1.gif

یک رابطه جدولی بین تمام مقیاس ها برای فولادها در دسترس استhttp://www.freetechnicalcharts.com/images/Steel_hardness_conversion_chart.jpg

همچنین هیچ ارتباط مستقیمی بین سختی و تسلیم یا استحکام وجود ندارد، اگرچه در عمل اغلب از این رابطه استفاده می شود؟ в = k НВ. مقادیر ضریب k بر اساس آزمایش های مقایسه ای برای کلاس های خاص فلزات تعیین می شود و بسته به نوع فلز و شرایط آن (بازپخت، سرد کار و غیره) از 0.15 تا 0.5 متغیر است.

تغییرات در خواص الاستیک و پلاستیک با تغییرات دما، پس از عملیات حرارتی، سخت شدن سرد و غیره. خود را در تغییرات سختی نشان می دهند. سختی سریع‌تر، آسان‌تر اندازه‌گیری می‌شود و امکان آزمایش غیر مخرب را فراهم می‌کند. بنابراین، کنترل تغییر در خصوصیات فلز پس از انواع مختلف پردازش دقیقاً با تغییر سختی راحت است. مثلا سخت شدن، افزایش؟ 0.2 و؟ 0.2/؟ ج، سختی را افزایش می دهد و بازپخت آن را کاهش می دهد.

در بیشتر موارد، سختی در دمای اتاق با استفاده از یک فرورفتگی برای کمتر از یک دقیقه تعیین می شود. سختی تعیین شده در این حالت را سختی کوتاه مدت می گویند. در دماهای بالا، هنگامی که پدیده خزش ایجاد می شود (به زیر مراجعه کنید)، سختی طولانی مدت تعیین می شود - واکنش فلز به قرار گرفتن طولانی مدت در معرض فرورفتگی (معمولاً در عرض یک ساعت). سختی بلند مدت همیشه کمتر از سختی کوتاه مدت است و با افزایش دما این اختلاف افزایش می یابد. به عنوان مثال، در مس، سختی کوتاه مدت و بلند مدت در دمای 400 درجه سانتی گراد به ترتیب 35HV و 25HV و در دمای 700 درجه سانتی گراد - 9HV و 5HV است.

روش های در نظر گرفته شده ثابت هستند: فرورفتگی به آرامی وارد می شود و حداکثر بار به اندازه کافی برای تکمیل فرآیندهای تغییر شکل پلاستیک اعمال می شود (10 - 180 ثانیه). در روش‌های دینامیکی (ضربه‌ای)، تأثیر فرورفتگی بر فلز کوتاه‌مدت است و بنابراین فرآیندهای تغییر شکل به‌صورت متفاوتی پیش می‌روند. انواع مختلفی از روش های دینامیکی در سختی سنج های قابل حمل استفاده می شود.

هنگام برخورد با ماده مورد مطالعه، انرژی فرورفتگی (ضربه) صرف تغییر شکل الاستیک و پلاستیک می شود. هرچه انرژی کمتری برای تغییر شکل پلاستیک یک نمونه صرف شود، سختی "دینامیک" آن باید بیشتر باشد، که مقاومت ماده را در برابر تغییر شکل الاستیک-پلاستیک در هنگام ضربه تعیین می کند. داده های اولیه به اعداد سختی «استاتیک» (HR، HV، HB) تبدیل می شوند که روی دستگاه نمایش داده می شوند. چنین محاسبه مجدد فقط بر اساس اندازه گیری های مقایسه ای برای گروه های خاصی از مواد امکان پذیر است.

همچنین رتبه بندی های سختی بر اساس مقاومت در برابر سایش یا برش ساینده وجود دارد که بهتر منعکس کننده ویژگی های فنی مربوط به مواد است.

از مطالب فوق چنین نتیجه می شود که سختی یک ویژگی اولیه یک ماده نیست، بلکه یک مشخصه تعمیم یافته است که خواص الاستیک-پلاستیکی آن را منعکس می کند. در عین حال، انتخاب روش و شرایط اندازه گیری می تواند در درجه اول ویژگی های الاستیک یا برعکس، پلاستیک آن را مشخص کند.

3. شاخص های استحکام ساختاری

در کشش تک محوری، آیا شکست زمانی رخ می دهد که به استحکام نهایی برسد؟ c پس از اتمام تغییر شکل پلاستیک. با این حال، در شرایط واقعی، آیا فلزات در تنش هایی که حتی از استحکام تسلیم فراتر نمی روند، شکست می خورند؟ 0.2. آیا این به معنای بزرگی است؟ استحکام واقعی فلزات را تعیین نمی کند و برای توصیف آن به ویژگی های دیگری نیاز است.

تمرین نشان می دهد که دوام یک محصول با 1) استحکام ساختاری، 2) مقاومت در برابر سایش، و 3) تعیین می شود.مقاومت در برابر خوردگی مواد مناسب تحت شرایط عملیاتی مناسب این ویژگی ها هستند که انتخاب مواد را در بیشتر کاربردهای عملی تعیین می کنند.

3.1. مقاومت در برابر ترک (سختی در برابر شکست)

فلزات همیشه حاوی متمرکز کننده استرس هستند. آنها ناهمگونی های ساختاری (ناخالصی ها، فازهای تقویتی)، عیوب (ترک های داخلی و سطحی)، ویژگی های طراحی محصول (برش، تغییرات ناگهانی در سطح مقطع) هستند. مکانیسم‌های شکست با تغییر شکل‌های میکروپلاستیک مرتبط هستند که در نزدیکی متمرکزکننده‌های تنش ایجاد می‌شوند و منجر به شروع ترک در طول زمان می‌شوند.

بر اساس سرعت انتشار ترک، بین شکست شکل پذیر و شکننده تمایز قائل می شود. در هنگام شکستگی شکننده به سرعت 1000 متر بر ثانیه می رسد و در هنگام شکستگی انعطاف پذیر صدها برابر کمتر است. شکست شکل پذیر به انرژی بیشتری نیاز دارد زیرا ناحیه تغییر شکل ناحیه ای از فلز را بسیار فراتر از ترک می پوشاند. در شکستگی شکننده، تغییر شکل در یک ناحیه باریک در نوک ترک قرار می گیرد، بنابراین انرژی بسیار کمتری برای پیشبرد آن لازم است.

تا زمانی که ترک به آهستگی ایجاد شود، محصول کارایی خود را حفظ می کند. اما پس از اینکه ترک به یک مقدار بحرانی خاص رسید، انتشار بیشتر آن بسیار سریع اتفاق می افتد و تخریب فاجعه بار سازه رخ می دهد. هرچه ترک آهسته تر ایجاد شود، استحکام ساختاری بیشتر می شود. برای مشخص کردن استحکام ساختاری، چندین مقدار استفاده می شود (GOST 25.506-85).

مهمترین پارامتر مقاومت ساختاری یک ماده، ضریب شدت تنش بحرانی در نوک ترک K 1C (یا چقرمگی شکست) است. طول ترک و روند توسعه آن را در نظر می گیرد. آگاهی از آن به فرد امکان می دهد حداکثر بار مجاز را در سازه ای با شکافی به اندازه ای محاسبه کند که توسعه سریع آن تا تخریب کامل هنوز آغاز نشده است. در فولادهای ساختاری، آلیاژهای آلومینیوم و تیتانیوم، K 1C به طور گسترده ای متفاوت است - از 15 تا 200 مگاپاسکال * متر. هر چه ارزش آن بیشتر باشد، استحکام ساختاری ماده بالاتر است.

پهیچ ارتباط قوی بین چقرمگی شکست K1C و پارامترهای کششی تک محوری (? 0.2، ? در، ?، ?) وجود ندارد. در عین حال، به طور قابل توجهی به ویژگی های ساختاری و وجود ناخالصی ها بستگی دارد.

این را می توان با مثال آلیاژهای آلومینیوم از خانواده B95 نشان داد. مانند سایر آلیاژهای تقویت کننده حرارت، ساختار آنها به رژیم خاموش کردن و پیری بستگی دارد. نمونه های زیادی وجود دارد که در آن فلز ترجیح داده می شود با قدرت کمتری هستم، اما با اهمیت بیشتر K 1C.

3.2. قدرت خستگی

ترک‌ها در فلزات نه تنها تحت بارهای ساکن، بلکه تحت تأثیر تنش‌های چرخه‌ای ایجاد می‌شوند و ایجاد می‌شوند. ترک خستگی از لایه های سطحی منشاء می گیرد (این ویژگی متمایز آن است) و به آرامی با هر چرخه عمیق تر ایجاد می شود. شکست زمانی رخ می دهد که به دلیل کاهش سطح مقطع، تنش های موثر از تنش های مخرب بیشتر شود.

انباشت آسیب به این معنی است که هرچه چرخه بارگذاری بیشتر باشد، بار کمتری باید داشته باشد تا فلز بدون فروریختن "کار" کند. فرآیند تجمع تدریجی آسیب در فلز نامیده می شودخستگی .

توانایی مقاومت در برابر خستگی نامیده می شودتحمل . مهمترین ویژگی آن حد استقامت آن است. این بالاترین تنش چرخه ای را نشان می دهد که در آن شکست خستگی پس از تعداد معینی از چرخه ها رخ نمی دهد. اغلب آنها از چرخه های متناوب متقارن استفاده می کنند (تنش های فشاری و کششی با دامنه برابر به طور متناوب عمل می کنند، حد استقامت نشان داده شده است). - 1 .

تست های قدرت خستگی در GOST 25.502.79 و GOST 25.505-85 تنظیم شده است.

دومین ویژگی مهم استقامت، عمر خستگی است. تعداد چرخه هایی را که یک فلز می تواند در یک تنش معین تحمل کند را تعیین می کند. احتمال شکست در یک سطح بار معین و تعداد چرخه معین (یا تنش مجاز در یک احتمال خرابی معین) نیز تعیین می شود. یک مشخصه مهم مقاومت در برابر خستگی، نرخ رشد ترک خستگی (CFG) dl/dN و چقرمگی چرخه ای (مقاومت در برابر ترک حلقوی) Kc1s است. هنگام تعیین آنها، با افزایش تعداد چرخه ها، طول ترک ثابت می شود و بارگیری در فرکانس های 15-20 هرتز انجام می شود.

توانایی یک فلز برای کار تحت بارهای چرخه ای به طور قابل توجهی به شرایط بارگذاری بستگی دارد.

آ). در تنش های نسبتا کم (که با تغییر شکل های الاستیک مطابقت دارد)، عمر خستگی طولانی است - فلز یکپارچگی خود را در تعداد زیادی چرخه حفظ می کند. مشخصه های چند چرخه با استفاده از یک پایه آزمایشی 10 6 - 10 8 سیکل در فرکانس های 10-300 هرتز تعیین می شود.

ب). تحت بارهای قابل توجه (در ناحیه تغییر شکل های الاستیک-پلاستیک)، عمر خستگی بسیار کمتر است. پارامترهای خستگی سیکل پایین با استفاده از یک پایه آزمایشی تا 5 * 10 4 در فرکانس های 3 - 5 هرتز تعیین می شود.

که در). تغییرات دمای چرخه ای تحت تنش ثابت (یا در برابر پس زمینه بارهای چرخه ای) با تغییر شکل های الاستیک-پلاستیک همراه است. منجر بهخستگی حرارتی . توانایی یک ماده برای مقاومت در برابر تخریب تحت شرایط خستگی حرارتی، مقاومت حرارتی نامیده می شود. نشانگر مقاومت حرارتی تعداد چرخه های حرارتی در یک بار معین قبل از شکست است (GOST 25.502.79).

به دست آوردن ویژگی های خستگی فرآیندی بسیار پرهزینه و زمان بر است. بنابراین، برای تقریب حد خستگی، اغلب از طریق سایر ویژگی های شناخته شده تعیین می شود، به عنوان مثال؟ -1 = k؟ V. ضریب k نه تنها برای آلیاژهای مختلف، بلکه برای حالت های مختلف یک فلز مقادیر متفاوتی دارد. به عنوان مثال، برای آلیاژهای آلومینیوم آنیل شده که از نظر حرارتی سخت نشده اند، k = 0.4-0.6، و برای آلیاژهای آلومینیوم تقویت شده با حرارت k = 0.3.

ویژگی های استقامت به ترکیبی از استحکام، خواص پلاستیک و ویژگی های ساختاری بستگی دارد. استقامت تمام فلزات و آلیاژها تحت تأثیر ناخالصی‌ها و اجزای فاز درشت، به‌ویژه فلزات غیرفلزی است.

از آنجایی که ترک های خستگی از سطح شروع می شوند، وضعیت سطح برای افزایش دوام تحت بارگذاری چرخه ای از اهمیت ویژه ای برخوردار است. پرداخت، سخت شدن سطح و عدم وجود خوردگی حد استقامت را افزایش می دهد.

3.3. ویسکوزیته ضربه

در طول آزمایشات استاتیکی، سرعت اعمال بار 10 -5 – 10 -2 m/s می باشد. نتایج آنها منعکس کننده مقاومت ماده در برابر بارهایی نیست که با نرخ های بسیار بالاتر عمل می کنند. بنابراین، مقاومت یک فلز در برابر شکست تحت بارهای ضربه ای در آزمایش های دینامیکی با نرخ کرنش 3-5 متر بر ثانیه تعیین می شود.

مشخصه اصلی به دست آمده در طول آزمایش ضربه، قدرت ضربه است (واحد اندازه گیری - J/cm 2 ). انرژی مورد نیاز برای از بین بردن نمونه را تعیین می کند. با ضربه زدن به نمونه با برش قبلی (GOST 9454-78) اندازه گیری می شود.

انرژی ضربه در حجم مشخصی در اطراف شکاف جذب می شود. این حجم هم به استحکام و هم شکل پذیری فلز بستگی دارد و برای فلزات مختلف متفاوت است و تخمین آن دشوار است. بنابراین، انرژی شکست نه به حجم ناحیه تغییر شکل یافته (که صحیح است)، بلکه به سطح مقطع در شکاف (که راحت است) اشاره می کند. به همین دلیل، مقدار مقاومت ضربه مشروط است، که باید هنگام مقایسه شاخص‌ها برای فلزات مختلف یا دماهای مختلف در نظر گرفته شود.

بسته به نوع برش (هاب)، سه نوع مقاومت ضربه ای تعیین می شود. نام آن حاوی یک حرف است که نوع متمرکز کننده را نشان می دهد: KST، KSU، KSV (حرف آخر مربوط به مشخصات برش است). مقدار KSV برای کنترل مواد برای کاربردهای حیاتی و KST برای کاربردهای حیاتی بخصوص استفاده می شود. T-concentrator یک برش با یک ترک از قبل معرفی شده است، بنابراین در این مورد انرژی ضربه فقط برای ایجاد ترک صرف می شود (و نه برای تشکیل و توسعه آن)، بنابراین KST< КСU, КСV. В справочниках часто встречается обозначение ударной вязкости? н, соответствующе КСU.

هنگام تعیین ویسکوزیته دینامیکی در دماهای بالا یا پایین، تعیین دمای آزمایش نیز اضافه می شود، به عنوان مثال KCU -60. بر اساس چنین اندازه گیری ها و بر اساس نوع شکست نمونه، یکی دیگر از ویژگی های فلز تعیین می شود - دمای انتقال شکننده-شکن T chr. این دمایی است که در آن حالت شکست از شکل پذیر به شکننده تغییر می کند.

3.4. خزش و محدودیت های قدرت بلند مدت

در تنش های زیر نقطه تسلیم در فلزات، پدیده خزش مشاهده می شود. خزش تغییر شکل مداوم تحت تنش ثابت است. در بارهای کم و دماهای پایین برگشت پذیر است.

خزش در دماهای بالا (از حدود 0.4-0.6 Tm) و بارهای بالاتر از یک مقدار معین (اما کمتر از قدرت تسلیم) مشکل ساز می شود. تغییر شکل خزش با تغییر در ساختار و بر این اساس، خواص مکانیکی همراه است. برخلاف تغییر شکل پلاستیک که فلز را تقویت می کند، تغییر شکل خزشی منجر به نرم شدن آن می شود. علاوه بر تغییر شکل مداوم و افزایش سرعت خزش، ترک هایی در فلز ظاهر می شود و به مرور زمان تخریب آن رخ می دهد.

مفهوم مقاومت حرارتی با پدیده خزش همراه است. این توانایی کار تحت بار با تغییر شکل های قابل قبول و بدون تخریب در دماهای بالا است.

یک مشخصه کمی مقاومت در برابر حرارت، حد خزش (GOST 3248-60) و حد مقاومت بلند مدت (GOST 10145-81) است.

حد خزش به دو صورت استفاده می شود. در حالت اول، این تنش کششی است که در آن تغییر شکل در زمان معینی به مقدار معینی می رسد. در تعیین حد، شاخص بالا نشان دهنده دمای تنظیم شده، شاخص پایین (از طریق کسری) نشان دهنده ازدیاد طول مجاز بر حسب درصد و زمانی است که مثلاً در طی آن به دست می آید؟ 900 1/1000.

در تجسم دیگر، زیرنویس میزان مجاز خزش حالت پایدار را نشان می دهد.

حد استحکام طولانی مدت حداکثر تنش مشروط است که تحت تأثیر آن ماده ای در دمای معین پس از یک دوره زمانی معین از بین می رود. این نام شامل دو شاخص است: به عنوان مثال، بالا نشان دهنده دمای مشخص است، شاخص پایین نشان دهنده دوام مشخص شده (در ساعت) است؟ 900 1000 . این ویژگی توانایی یک ماده را برای مقاومت در برابر تخریب تحت قرار گرفتن طولانی مدت در معرض دما و بار تعیین می کند.

قدرت خزش و استحکام طولانی مدت با افزایش دما و زمان نگهداری کاهش می یابد. آنها باید به عنوان محدودیت های ولتاژ کاری در دماهای بالا در نظر گرفته شوند.

مقاومت در برابر گرما اغلب با مقاومت در برابر حرارت اشتباه گرفته می شود - توانایی تحمل دماهای بالا بدون پوسته پوسته شدن. مقاومت حرارتی را می توان مقاومت در برابر خوردگی ناشی از دماهای بالا در نظر گرفت. ویژگی ها و روش های تعیین آن در GOST 21910-76 و GOST 6130-71 آورده شده است.

نتیجه

از مواد فوق باید مشخص شود که هر ماده ای با تعداد زیادی پارامتر مشخص می شود که نمی توان بر اساس چندین مقدار در مورد کل مجموعه خواص فلز و امکان استفاده از آن در موارد خاص نتیجه گیری کرد. شرایط

برای به دست آوردن کامل بودن اطلاعات لازم در مورد خواص، لازم است از ادبیات مرجع به جای استانداردهای GOST استفاده شود که حاوی چندین کمیت به راحتی قابل اندازه گیری است.

قانون هوک

همانطور که مشخص است، فلزات و آلیاژهای مختلف دارای خواص مکانیکی و تکنولوژیکی متفاوتی هستند که کیفیت قطعات ماشین آلات و همچنین ماشینکاری فلز را تعیین می کند. این خواص فلز با آزمایش های مناسب برای کشش، فشار، خمش، سختی و غیره آشکار می شود.

تست کشش.برای تعیین مقاومت کششی فلز، نمونه 1 ساخته شده و در گیره ها (یا گیره ها) 2 دستگاه تست کشش نصب می شود. برای این منظور، ماشین‌هایی که دارای سیستم انتقال نیروی هیدرولیک یا سیستم پیچ هستند، بیشتر مورد استفاده قرار می‌گیرند.

نیروی کششی F (شکل 51) در نمونه آزمایشی تنش ایجاد می کند و باعث ازدیاد طول آن می شود. هنگامی که تنش از مقاومت نمونه بیشتر شود، پاره می شود.

برنج. 51

نتایج آزمون معمولاً به صورت نمودار ارائه می شود. بار F در امتداد محور آبسیسا، ازدیاد طول مطلق؟l در امتداد محور ارتین رسم شده است.

نمودار نشان می دهد که در ابتدا نمونه متناسب با بار کشیده می شود. بخش مستقیم OA مربوط به تغییر شکل های برگشت پذیر و الاستیک است. در حین تخلیه، نمونه ابعاد اصلی خود را به خود می گیرد (این فرآیند با همان بخش مستقیم منحنی توصیف می شود). بخش منحنی AC مربوط به تغییر شکل های پلاستیکی غیرقابل برگشت است. پس از تخلیه (خط چین SV)، نمونه به ابعاد اولیه خود باز نمی گردد و مقداری تغییر شکل باقیمانده را حفظ می کند.

از نقطه C، نمونه بدون افزایش بار طولانی می شود. بخش افقی نمودار CM را ناحیه تسلیم می گویند. تنشی که در آن کرنش بدون افزایش بار افزایش می یابد، مقاومت تسلیم نامیده می شود.

همانطور که مطالعات نشان می دهد، سیالیت با جابجایی های متقابل قابل توجهی از کریستال ها همراه است، در نتیجه خطوط روی سطح نمونه ظاهر می شود، متمایل به محور نمونه با زاویه 45 درجه. پس از گذراندن حالت سیالیت، ماده دوباره توانایی مقاومت در برابر کشش را به دست می آورد (تقویت می شود) و نمودار فراتر از نقطه M به سمت بالا بالا می رود، اگرچه بسیار توخالی تر از قبل. در نقطه D، تنش نمونه به بیشترین مقدار خود می رسد و یک باریک شدن موضعی شدید، به اصطلاح گردن، روی نمونه ظاهر می شود. سطح مقطع گردن به سرعت کاهش می یابد و در نتیجه نمونه پاره می شود که مطابق با موقعیت نقطه K در نمودار است. S، جایی که: S fc - استحکام کششی.

F D باری است که در آن، پس از یک دوره زمانی معین، شکست نمونه کششی رخ می دهد، N (kgf). S سطح مقطع نمونه در موقعیت اصلی آن m 2 (mm 2) است.

معمولاً هنگام آزمایش فلزات و آلیاژهای مختلف برای کشش، ازدیاد طول نسبی e تعیین می شود - نسبت افزایش طول نمونه قبل از شکستن به طول اولیه نمونه. آیا با فرمول مشخص می شود؟ = ?l/l 0 -100،

جایی که: ؟ - گسترش نسبی؛

L = l 1 - I 0 - ازدیاد طول مطلق. l 0 - طول اولیه نمونه؛ l 1 - طول نمونه پس از آزمایش. به طور تجربی ثابت شد که تنش در یک ماده در طول تغییر شکل الاستیک متناسب با ازدیاد طول نسبی نمونه افزایش می‌یابد. این وابستگی را قانون هاک می نامند.

برای کشش یک طرفه (طولی)، قانون هوک به شکل o = E-؟،

که در آن: o = F/s - ولتاژ معمولی؛ F - نیروی کششی. s - سطح مقطع؛

پسوند نسبی؛

E یک مقدار ثابت بسته به جنس میله است.

توجه داشته باشید. در سیستم SI، واحد اندازه گیری تنش پاسکال است - تنش ناشی از نیروی 1 نیوتن (N) که به طور یکنواخت بر روی سطح نرمال با آن با مساحت 1 متر مربع توزیع می شود.

1 Pa = 0.102 10 -4 kgf/cm 2 ;

1 Pa = 0.102 10 -6 kgf/mm 2;

1 kgf/cm2 = 9.81 10 4 Pa;

1 kgf/mm 2 = 9.81 10 6 Pa.

با توجه به اینکه واحد تنش پاسکال بسیار کوچک است، لازم است از واحد بزرگتر استفاده شود - مگا پاسکال 1 MP a = 10 6 Pa.

Gosstandart اجازه استفاده از واحد نیوتن بر میلی متر مربع (N/mm 2) را می دهد. مقادیر عددی تنش ها بر حسب N/mm 2 و MPa یکسان است. واحد N/mm 2 نیز مناسب است زیرا ابعاد در نقشه ها بر حسب میلی متر آورده شده است.

ضریب تناسب E را مدول کشش کششی یا مدول یانگ می گویند. مفهوم فیزیکی مدول الاستیک چیست؟ اجازه دهید به نمودار تنش نمونه بپردازیم (شکل 51، II را ببینید). مدول الاستیسیته روی آن متناسب با مماس زاویه میل a به محور آبسیسا است. این بدان معنی است که هرچه خط مستقیم OA شیب دارتر باشد، ماده سفت تر و مقاومت آن در برابر تغییر شکل الاستیک بیشتر است.

برای مشخص کردن یک فلز، دانستن نه تنها ازدیاد طول نسبی، بلکه انقباض نسبی سطح مقطع نیز مهم است، که به فرد اجازه می دهد تا انعطاف پذیری ماده را مشخص کند.

به طور طبیعی، زمانی که نمونه کشیده می شود، سطح مقطع کاهش می یابد. در نقطه شکست کوچکترین خواهد بود. باریک شدن نسبی با فرمول تعیین می شود؟ = (S 0 - S 1) / S 0 100%

جایی که: ؟ - باریک شدن نسبی؛

S 0 - سطح مقطع نمونه قبل از آزمایش؛ S 1 سطح مقطع نمونه در محل پارگی (در گردن) است.

هر چه کشش نسبی و انقباض نسبی سطح مقطع نمونه بیشتر باشد، مواد پلاستیکی بیشتری دارند.

علاوه بر سه ویژگی در نظر گرفته شده برای خواص مکانیکی فلزات: استحکام کششی (o pch)، ازدیاد طول نسبی (e) و انقباض نسبی (?)، می توان با استفاده از نمودار ثبت شده بر روی ماشین، حد الاستیک را تعیین کرد. (o y) و قدرت تسلیم (o m)،

تست فشرده سازیبرای آزمایش فلزات برای تراکم (شکل 53)، اغلب از پرس هایی استفاده می شود که در آنها نیروی فشاری با افزایش فشار هیدرولیک ایجاد می شود. هنگامی که یک نمونه ساخته شده از یک ماده پلاستیکی، مانند فولاد کم کربن، فشرده می شود (شکل 53، I)، ابعاد عرضی آن افزایش می یابد، در حالی که طول آن به طور قابل توجهی کاهش می یابد. در این حالت، یکپارچگی نمونه نقض نمی شود (شکل 54). از نمودار تراکم (شکل 53، II) مشخص است که در مرحله اولیه بارگذاری، تغییر شکل متناسب با بار افزایش می یابد، سپس با افزایش جزئی بار، تغییر شکل به شدت افزایش می یابد، سپس افزایش تغییر شکل به تدریج کاهش می یابد. به دلیل افزایش سطح مقطع نمونه کاهش می یابد.

برنج. 52

برنج. 53

نمونه های ساخته شده از مواد شکننده تحت فشار از بین می روند (شکل 54، III). به عنوان مثال، هنگامی که یک میله چدنی به بار شکسته می رسد، به قطعاتی تقسیم می شود که نسبت به یکدیگر در امتداد سکوهای مورب حرکت می کنند (شکل 53، III).

برنج. 54

برای تراکم، قانون هوک کاملاً قابل اجرا است که طبق آن مواد به تناسب نیروی اعمال شده تا حد الاستیک در برابر فشار مقاومت می کنند. مدول کشش فشاری برای اکثر مواد برابر با مدول کشش کششی است. تنها استثناء برخی از مواد شکننده - بتن، آجر، و غیره است. قیاس در ماهیت تنش فشاری با تنش کششی به ما این امکان را می دهد که این فرآیندها را با استفاده از معادلات ریاضی مشابه توصیف کنیم.

تست خم شدن. هنگام آزمایش خمش، نمونه (تیر) با انتهای آن روی دو تکیه گاه قرار می گیرد و در وسط بارگذاری می شود (شکل 55). مقاومت یک ماده در برابر خمش بر اساس میزان انحراف نمونه قضاوت می شود.

برنج. 55

اکنون اجازه دهید الیاف طولی خیالی را در الوار تصور کنیم. در طول تغییر شکل خمشی، الیاف یک ناحیه فشرده می‌شوند، در حالی که دیگری کشیده می‌شود (شکل 55، II).

بین مناطق فشار و کشش یک لایه خنثی وجود دارد که الیاف آن در معرض تغییر شکل نیستند، یعنی طول آنها تغییر نمی کند. از شکل مشاهده می شود که هر چه الیاف از لایه خنثی دورتر باشند، تغییر شکل بیشتری را تجربه می کنند. بنابراین، می توان نتیجه گرفت که هنگام خمش در مقاطع تیر تحت تأثیر نیروهای داخلی، تنش های فشاری و کششی معمولی ایجاد می شود که بزرگی آن به موقعیت نقاط مورد نظر در مقطع بستگی دارد. بیشترین تنش ها معمولاً تعیین می شوند: در ناحیه فشار - ? حداکثر، در منطقه کشش - ? متر آه در نقاط واقع در محور خنثی، ولتاژها صفر است. تنش های معمولی که در نقاطی از سطح مقطع ارتفاع های مختلف ایجاد می شوند، متناسب با فاصله از لایه خنثی افزایش می یابند و آیا می توان با استفاده از فرمول محاسبه کرد؟ = (E z) / p،

جایی که: ؟ - استرس طبیعی؛

z فاصله فیبر مورد نظر تا لایه خنثی است. E - مدول الاستیک؛ p شعاع انحنای لایه خنثی است.

تست برشی.هنگام آزمایش برش (شکل 56)، یک نمونه فلزی 3، که شکل استوانه ای دارد، در سوراخ دستگاهی متشکل از یک چنگال 1 و یک دیسک 2 قرار می گیرد. دستگاه دیسک را از چنگال بیرون می کشد. در نتیجه قسمت میانی نمونه نسبت به قسمت های بیرونی آن حرکت می کند. منطقه کار S (منطقه برش) برابر با دو برابر سطح مقطع نمونه است، زیرا برش به طور همزمان در امتداد دو صفحه انجام می شود.

برنج. 56

هنگام برش، تمام نقاط مقاطع قابل تغییر شکل محدود شده توسط صفحات نیروهای عامل با فواصل مساوی جابه جا می شوند، یعنی مواد در این نقاط تغییر شکل یکسانی را تجربه می کنند. این بدان معنی است که در تمام نقاط مقطع، تنش های مؤثر یکسانی وجود خواهد داشت.

مقدار تنش با تقسیم F حاصل نیروهای داخلی (عرضی) بر سطح مقطع میله S تعیین می شود. از آنجایی که بردار تنش در صفحه مقطع قرار دارد، تنش مماسی در آن ایجاد می شود. با فرمول r cf = F/2S تعیین می شود، که در آن: r cf - کاهش مقدار تنش.

F - نیروی حاصل؛

S سطح مقطع نمونه است. برش تخریبی است که در اثر برش قسمتی از ماده نسبت به قسمت دیگر ایجاد می شود که تحت تأثیر تنش های مماسی رخ می دهد. برای تغییر شکل برشی، قانون هوک معتبر است: در ناحیه الاستیک، تنش‌ها مستقیماً با تغییر شکل‌های نسبی متناسب هستند. ضریب تناسب، بزرگی مدول الاستیسیته برشی G است. تغییر نسبی (زاویه برشی) با y نشان داده می شود. بنابراین، قانون هوک برای تغییر شکل برشی به شکل t = Gg است، که در آن: r = F/S - تنش برشی. F - نیروی مماسی; S مساحت لایه های در حال تغییر است. y - زاویه برشی؛

G مدول برش بسته به جنس بدنه است.

تست پیچ خوردگیهنگام آزمایش نمونه ها برای پیچش، یک سر لوله 2 بدون حرکت ثابت می شود 1، دیگری با استفاده از اهرم 3 می چرخد ​​(شکل 57). پیچش با چرخش متقابل مقاطع عرضی میله، شفت، لوله تحت تأثیر ممان ها (جفت نیرو) که در این بخش ها عمل می کنند مشخص می شود. اگر قبل از اعمال نیروهای پیچشی، ژنراتیکس های مستطیلی روی سطح میله اعمال شوند (شکل 57، I)، پس از پیچاندن این ژنراتیکس ها به شکل خطوط مارپیچ در می آیند و هر مقطع نسبت به سطح مجاور در یک زاویه خاص می چرخد. (نگاه کنید به شکل 57، II). به این معنی که تغییر شکل برشی در هر مقطع رخ می دهد و تنش های برشی ایجاد می شود. آیا درجه جابجایی مواد در حین پیچش با زوایای پیچش تعیین می شود؟ و شیفت y. مقدار مطلق پیچش با زاویه پیچش مقطع مورد نظر نسبت به مقطع ثابت تعیین می شود. بیشترین زاویه پیچش در بیشترین فاصله از انتهای ثابت میله به دست می آید.

برنج. 57

نسبت زاویه پیچش؟ به طول مقطع I در معرض پیچش زاویه نسبی پیچش نامیده می شود Q = ? /Z

جایی که: Q - زاویه نسبی پیچش.

زاویه پیچش؛

تست سختی.هنگام تعیین سختی مواد در عمل کارخانه و آزمایشگاه از دو روش استفاده می شود: روش برینل و روش راکول.

روش برینلاین روش مبتنی بر این واقعیت است که هنگام اندازه گیری سختی فلزات، یک توپ فولادی 1 با قطر 2.5; 5 یا 10 میلی متر به سطح نمونه آزمایشی 2 در یک بار معین 3 از 625 نیوتن تا 30 کیلو نیوتن (62.5 تا 3000 کیلوگرم برف) فشار داده می شود. پس از برداشتن بار، قطر d اثر باقی مانده بر روی سطح نمونه اندازه گیری می شود (شکل 58) که هر چه فلز سخت تر باشد، کوچکتر است.

برنج. 58

توجه داشته باشید. توپ فولادی باید از فولاد عملیات حرارتی شده با سختی حداقل HB850 ساخته شود. زبری سطح Rz طبق GOST 2789-73 کمتر از پارامتر 0.100 نیست. روی سطح توپ نباید هیچ نقصی وجود داشته باشد که با ذره بین با بزرگنمایی 5 برابر قابل مشاهده باشد.

عدد سختی برینل با استفاده از فرمول محاسبه می شود

D - قطر توپ، میلی متر؛

d - قطر چاپ، میلی متر.

یک جدول ویژه (GOST 9012-59) تعیین سختی رایج ترین فلزات را ممکن می سازد.

لازم به ذکر است که رابطه ای بین سختی برینل فولاد HB و استحکام کششی آن در fp برای سبک های کربن معمولی وجود دارد که با فرمول f f = 0.36 nb بیان می شود.

بنابراین با دانستن سختی برینل فولاد می توان استحکام کششی را محاسبه کرد.

این فرمول از اهمیت عملی بالایی برخوردار است. روش برینل معمولاً سختی فولادهای سخت نشده، چدن و ​​فلزات غیرآهنی را تعیین می کند. سختی فولادهای سخت شده با استفاده از دستگاه راکول اندازه گیری می شود.

روش راکولهنگام اندازه گیری سختی فلزات با استفاده از این روش، یک نوک از نوع استاندارد (یک مخروط الماس برای فلزات سخت یا یک توپ فولادی برای فلزات نرم تر) تحت تأثیر دو بار اعمال شده متوالی به نمونه آزمایش فشار داده می شود: مقدماتی (F 0) 100 N (10 kgf) و نهایی (F 1) 1000 N (100 kgf) - برای توپ و 1500 نیوتن (150 kgf) - برای مخروط الماس.

تحت عمل پیش بارگذاری، مخروط تا عمق h 0 به فلز نفوذ می کند (شکل 59، I). هنگامی که به بار اصلی اولیه اضافه می شود، عمق اثر به h افزایش می یابد (شکل 59، II) و پس از برداشتن بار اصلی برابر با h 1 باقی می ماند (شکل 59، III).

برنج. 59

عمق فرورفتگی h = h 1 - h 0 که به دلیل بار اصلی F 1 به دست می آید، سختی راکول را مشخص می کند. آزمایشات با استفاده از روش راکول با دستگاه های ویژه مجهز به نشانگر انجام می شود که بلافاصله پس از پایان آزمایش، عدد سختی را نشان می دهد.

این نشانگر دارای دو مقیاس است: مشکی (C) برای آزمایش با مخروط الماس و قرمز (B) برای آزمایش با توپ.

سختی راکول با واحدهای دلخواه اندازه گیری می شود.

نمونه ای از تعیین سختی راکول: HRC50 (سختی 50 در مقیاس C).

تعیین سختی با فایل های کالیبره شده. سختی HRC را می توان با استفاده از یک سری فایل های عملیات حرارتی با سختی های مختلف برش تعیین کرد. به طور معمول، فاصله شکاف بین 3 تا 5 واحد HRC است. کالیبراسیون فایل ها با استفاده از کاشی های استاندارد انجام می شود که سختی آن از قبل روی دستگاه دقیقاً تعیین می شود.

سختی قطعه تست توسط دو فایل با حداقل فاصله در سختی تعیین می شود که یکی از آنها فقط می تواند در امتداد قطعه بلغزد و دومی می تواند کمی آن را خراش دهد. اگر فایلی با HRC62 فلز را خراش دهد و با HRC59 فقط روی سطح قطعه بلغزد، سختی آن HRC60-61 است.

در عمل از این روش برای تعیین سختی ابزارها (ریمر، برش و ...) استفاده می شود که اندازه گیری سختی آنها به روش دیگری دشوار است.

روش های دیگری برای تعیین سختی (روش ویکرز، روش های الکترومغناطیسی و ...) وجود دارد که در این کتاب به آنها پرداخته نشده است.

معیارهای انتخاب مواد

خواصمشخصه کمی یا کیفی یک ماده است که اشتراک یا تفاوت آن را با مواد دیگر مشخص می کند.
سه گروه اصلی از خواص وجود دارد: عملیاتی، تکنولوژیکی و هزینه، که زمینه ساز انتخاب مواد و تعیین امکان فنی و اقتصادی استفاده از آن است. ویژگی های عملکرد از اهمیت بالایی برخوردار است.
عملیاتیخواص یک ماده را که عملکرد قطعات ماشین آلات، دستگاه ها و ابزارها، قدرت، سرعت، هزینه و سایر شاخص های فنی و عملیاتی را تعیین می کند، نامیده می شود.
عملکرد اکثریت قریب به اتفاق قطعات و محصولات دستگاه توسط سطح خواص مکانیکی که رفتار مواد تحت تأثیر بار خارجی را مشخص می کند تضمین می شود. از آنجایی که شرایط بارگذاری قطعات ماشین متفاوت است، خواص مکانیکی شامل گروه بزرگی از نشانگرها است.
بسته به تغییرات در طول زمان، بارها به استاتیک و دینامیک تقسیم می شوند. بارگذاری استاتیک با نرخ کم تغییر در بزرگی آن مشخص می‌شود و بارهای دینامیکی در طول زمان با نرخ‌های بالا تغییر می‌کنند، به عنوان مثال، در هنگام بارگذاری ضربه. علاوه بر این، بارها به کششی، فشاری، خمشی، پیچشی و برشی تقسیم می شوند. تغییرات بار می تواند به صورت دوره ای تکرار شود، به همین دلیل است که آنها را دوره ای یا دوره ای می نامند. تحت شرایط عملکرد ماشین، اثرات بارهای ذکر شده می تواند خود را در ترکیب های مختلف نشان دهد.
تحت تأثیر بارهای خارجی و همچنین دگرگونی های سازه-فاز، نیروهای داخلی در مواد سازه ایجاد می شود که می تواند از طریق بارهای خارجی بیان شود. نیروهای داخلی در واحد سطح مقطع جسم نامیده می شود استرس ها. معرفی مفهوم تنش امکان انجام محاسبات مقاومت سازه ها و عناصر آنها را فراهم می کند.
در ساده ترین حالت کشش محوری یک میله استوانه ای، تنش σ به عنوان نسبت نیروی کششی P به سطح مقطع اولیه Fo تعریف می شود، یعنی.

σ = P/Fo

عمل نیروهای خارجی منجر به تغییر شکل بدن می شود، یعنی. برای تغییر اندازه و شکل آن تغییر شکلی که پس از تخلیه از بین می رود، الاستیک و تغییر شکلی که در بدنه باقی می ماند، پلاستیک (باقیمانده) نامیده می شود.
عملکرد یک گروه جداگانه از قطعات ماشین نه تنها به خواص مکانیکی، بلکه به مقاومت در برابر اثرات یک محیط کاری فعال شیمیایی بستگی دارد، اگر چنین اثری قابل توجه باشد، خواص فیزیکی و شیمیایی مواد - مقاومت در برابر حرارت و مقاومت در برابر خوردگی - تعیین کننده شود.
مقاومت در برابر حرارتتوانایی یک ماده برای مقاومت در برابر خوردگی شیمیایی در اتمسفر گازهای خشک در دماهای بالا را مشخص می کند. در فلزات، گرمایش با تشکیل یک لایه اکسیدی (مقیاس) روی سطح همراه است.
مقاومت در برابر خوردگی- این توانایی یک فلز برای مقاومت در برابر خوردگی الکتروشیمیایی است که در حضور یک محیط مایع روی سطح فلز و ناهمگنی الکتروشیمیایی آن ایجاد می شود.
برای برخی از قطعات ماشین، ویژگی‌های فیزیکی که رفتار مواد را در میدان‌های مغناطیسی، الکتریکی و حرارتی و همچنین تحت تأثیر جریان‌ها یا تشعشعات انرژی بالا مشخص می‌کنند، مهم هستند. آنها معمولا به مغناطیسی، الکتریکی، ترموفیزیکی و تابشی تقسیم می شوند.
توانایی یک ماده برای قرار گرفتن در معرض روش های مختلف پردازش سرد و گرم با تعیین می شود خواص تکنولوژیکی. اینها شامل خواص ریخته گری، تغییر شکل پذیری، جوش پذیری و ماشینکاری با ابزارهای برش است. ویژگی های تکنولوژیکی امکان انجام پردازش تغییر شکل و به دست آوردن قطعات و قطعات ماشین را فراهم می کند.
آخرین گروه از خواص اساسی شامل هزینه مواد است که مقرون به صرفه بودن استفاده از آن را ارزیابی می کند. شاخص کمی آن قیمت عمده فروشی است - هزینه هر واحد جرم مواد به شکل شمش، پروفیل، پودر، قطعه و قطعات جوش داده شده، که در آن سازنده محصولات خود را به شرکت های ماشین سازی و ابزارسازی می فروشد.

خواص مکانیکی تحت بارهای استاتیکی تعیین می شود

خواص مکانیکی مقاومت یک ماده در برابر تغییر شکل، تخریب یا ویژگی رفتار آن در طول فرآیند تخریب را مشخص می کند. این گروه از خواص شامل شاخص های استحکام، صلبیت (الاستیسیته)، شکل پذیری، سختی و ویسکوزیته است. گروه اصلی چنین شاخص هایی شامل ویژگی های استاندارد خواص مکانیکی است که در شرایط آزمایشگاهی بر روی نمونه هایی با اندازه های استاندارد تعیین می شود. شاخص‌های خواص مکانیکی به‌دست‌آمده در طول چنین آزمایش‌هایی رفتار مواد را تحت بار خارجی بدون در نظر گرفتن طراحی قطعه و شرایط عملیاتی ارزیابی می‌کنند.
با توجه به روش اعمال بار، آزمایش های استاتیکی متمایز می شوند: کشش، فشار، خمش، پیچش، برش یا برش. رایج ترین آنها آزمایش های کششی (GOST 1497-84) است که تعیین چندین شاخص مهم خواص مکانیکی را ممکن می کند.

تست کشش. هنگام کشش نمونه های استاندارد با سطح مقطع Fo و طول کار (محاسبه شده) lo، یک نمودار کششی در مختصات ساخته می شود: بار - ازدیاد طول نمونه (شکل 1). نمودار سه بخش را متمایز می کند: تغییر شکل الاستیک قبل از بارگذاری Rupr. تغییر شکل پلاستیک یکنواخت از Rupr. به Pmax و تغییر شکل پلاستیک متمرکز از Pmax به Pk. بخش مستقیم تا زمانی که بار مربوط به حد تناسب Rpc حفظ می شود. مماس زاویه تمایل یک مقطع مستقیم، مدول الاستیسیته نوع اول E را مشخص می کند.

برنج. 1.نمودار کششی فلزات شکل پذیر (الف) و نمودارها
تنش های شرطی فلزات انعطاف پذیر (b) و شکننده (c).
نمودار تنش واقعی (خط چین) برای مقایسه آورده شده است.

تغییر شکل پلاستیک بالای کنترل P. تحت افزایش بار رخ می دهد، زیرا فلز در طول تغییر شکل تقویت می شود. سخت شدن یک ماده در هنگام تغییر شکل را سخت شدن سرد می گویند.

سخت شدن فلز تا زمان شکستن نمونه افزایش می یابد، اگرچه بار کششی از P کاهش می یابدحداکثر به P k (شکل 1، a). این با ظاهر یک گردن نازک موضعی در نمونه توضیح داده می شود که در آن تغییر شکل پلاستیک عمدتاً متمرکز است. با وجود کاهش بار، تنش کششی در گردن افزایش می یابد تا زمانی که نمونه از کار بیفتد.
هنگام کشش، نمونه کشیده می شود و سطح مقطع آن به طور مداوم کاهش می یابد. تنش واقعی با تقسیم بار وارد شده در یک لحظه معین بر ناحیه ای که نمونه در آن لحظه دارد تعیین می شود (شکل 1، ب). این تنش ها در تمرین روزمره تعیین نمی شوند، اما از شرایط تنش با فرض اینکه سطح مقطع F استفاده می شود o نمونه بدون تغییر باقی می ماند

کنترل ولتاژ σ، σ t، σ v - ویژگی های مقاومت استاندارد هر یک با تقسیم بار P کنترل مربوطه به دست می آید. R t و R حداکثر به سطح مقطع اولیه F O .

حد الاستیککنترل σ تنشی نامیده می شود که در آن تغییر شکل پلاستیک به مقادیر 0.005 می رسد. 0.02 و 0.05٪. حدود الاستیک مربوطه با نشان داده می شودσ 0.005، σ 0.02، σ 0.05.

استحکام تسلیم شرطی تنشی است که با تغییر شکل پلاستیک برابر با 0.2% مطابقت دارد. تعیین شده استσ 0.2 . قدرت تسلیم فیزیکیσ t زمانی که فلات تسلیم روی آن وجود دارد، از نمودار کشش تعیین می شود. با این حال، در طول آزمایش کشش، اکثر آلیاژها فلات تسلیم بر روی نمودارها ندارند. تغییر شکل پلاستیک انتخاب شده 0.2٪ کاملاً دقیق انتقال از تغییر شکل های الاستیک به پلاستیک را مشخص می کند.

مقاومت موقت حداکثر ظرفیت باربری یک ماده، استحکام آن قبل از تخریب را مشخص می کند:

σ در = P max / F o

پلاستیسیته با کشیدگی نسبی δ و انقباض نسبی ψ مشخص می شود:

که در آن lk طول نهایی نمونه است. lо و Fo طول اولیه و سطح مقطع نمونه هستند. Fк – سطح مقطع در محل پارگی.
برای مواد با انعطاف پذیری کم، آزمایش های کششی (شکل 1c) مشکلات قابل توجهی ایجاد می کند. چنین موادی معمولاً تحت آزمایشات خمشی قرار می گیرند.

تست خم شدن. در طول آزمایش خمشی، هر دو تنش کششی و فشاری در نمونه ایجاد می شود. چدن، فولاد ابزار، فولاد پس از سخت شدن سطح و سرامیک برای خمش آزمایش می شوند. ویژگی های تعیین شده استحکام کششی و انحراف است.

قدرت خمشی با استفاده از فرمول محاسبه می شود:

σ u = M / W،

جایی که M بزرگترین لحظه خمشی است. W – لحظه مقاومت مقطع، برای تصویری از مقطع دایره ای

W = πd 3/32

(که d قطر نمونه است)، و برای نمونه های با مقطع مستطیلی W = bh 2/6، که b، h عرض و ارتفاع نمونه است.
تست های سختی . سختی به عنوان توانایی یک ماده برای مقاومت در برابر نفوذ یک جسم جامد - یک فرورفتگی - به سطح آن درک می شود. یک توپ فولادی سخت شده یا یک نوک الماس به شکل مخروط یا هرم به عنوان دندانه دار استفاده می شود. هنگامی که فرورفته می شود، لایه های سطحی مواد تغییر شکل پلاستیکی قابل توجهی را تجربه می کنند. پس از برداشتن بار، اثری روی سطح باقی می ماند. ویژگی تغییر شکل پلاستیک در حال وقوع این است که یک حالت تنش پیچیده در نزدیکی نوک، نزدیک به فشرده سازی ناهموار همه جانبه ظاهر می شود. به همین دلیل، نه تنها پلاستیک، بلکه مواد شکننده نیز تغییر شکل پلاستیک را تجربه می کنند.
بنابراین، سختی مقاومت یک ماده در برابر تغییر شکل پلاستیک را مشخص می کند. همان مقاومت با مقاومت موقت ارزیابی می شود، هنگام تعیین اینکه کدام تغییر شکل متمرکز در ناحیه گردن رخ می دهد. بنابراین، برای تعدادی از مواد، مقادیر عددی سختی و استحکام کششی متناسب است. در عمل، چهار روش اندازه گیری سختی به طور گسترده مورد استفاده قرار می گیرد: سختی برینل، سختی ویکرز، سختی راکول و ریزسختی.
هنگام تعیین سختی برینل (GOST 9012-59)، یک توپ سخت شده با قطر 10 به سطح نمونه فشار داده می شود. 5 یا 2.5 میلی متر تحت بارهای 5000 نیوتن تا 30000 نیوتن. پس از برداشتن بار، نقشی به شکل سوراخ کروی به قطر d روی سطح ایجاد می شود.
هنگام اندازه گیری سختی برینل، از جداول از پیش کامپایل شده استفاده می شود که عدد سختی HB را نشان می دهد.
روش اندازه گیری برینل برای فولادهای با سختی استفاده می شود < 450 HB، فلزات غیر آهنی با سختی < 200 NV. برای آنها، یک همبستگی بین استحکام کششی (بر حسب MPa) و سختی عدد HB ایجاد شده است:
σ در » 3.4 НВ - برای فولادهای کربنی نورد گرم؛
σ در » 4.5 НВ - برای آلیاژهای مس؛
σ در » 3.5 HB - برای آلیاژهای آلومینیوم.
با روش استاندارد اندازه گیری ویکرز (GOST 2999-75)، یک هرم الماس چهار وجهی با زاویه راس 139 درجه به سطح نمونه فشرده می شود. حک به شکل مربع به دست می آید که قطر آن پس از برداشتن بار اندازه گیری می شود. عدد سختی HV با استفاده از جداول ویژه بر اساس مقدار مورب فرورفتگی در بار انتخاب شده تعیین می شود.

روش ویکرز عمدتاً برای مواد با سختی بالا و همچنین برای آزمایش سختی قطعات مقاطع کوچک یا لایه های سطحی نازک استفاده می شود. به عنوان یک قاعده، از بارهای کوچک استفاده می شود: 10،30،50،100،200،500 نیوتن. هر چه سطح مقطع قطعه یا لایه مورد مطالعه نازکتر باشد، بار کمتری انتخاب می شود.
اعداد سختی ویکرز و برینل برای مواد با سختی تا 450 HB عملاً یکسان است.
اندازه گیری سختی راکول (GOST 9013-59) جهانی ترین و کم زحمت ترین اندازه گیری است. عدد سختی بستگی به عمق فرورفتگی نوک دارد که به عنوان مخروط الماس با زاویه راس 120 0 یا توپ فولادی با قطر 1.588 میلی متر استفاده می شود. برای ترکیب های مختلف بارها و نوک ها، دستگاه راکول دارای سه مقیاس اندازه گیری است: A.B.C. سختی راکول با اعداد نشان دهنده سطح سختی و با حروف HR نشان دهنده مقیاس سختی مشخص می شود، به عنوان مثال: 70HRA، 58HRC، 50HRB. اعداد سختی راکول رابطه دقیقی با اعداد سختی برینل و ویکرز ندارند.
مقیاس A (نوک - مخروط الماس، بار کل 600 نیوتن). این مقیاس برای مواد مخصوصا سخت، برای مواد ورقه ای نازک یا لایه های نازک (0.6-1.0 میلی متر) استفاده می شود. محدودیت های اندازه گیری سختی در این مقیاس 70-85 می باشد.
مقیاس B (نوک - توپ فولادی، بار کل 1000 نیوتن). این مقیاس سختی مواد نسبتا نرم را تعیین می کند (<400НВ). Пределы измерения твердости 25-100.

مقیاس C (نوک - مخروط الماس، بار کل 1500 نیوتن). این مقیاس برای مواد سخت (> 450HB)، مانند فولادهای سخت شده استفاده می شود. حدود اندازه گیری سختی در این مقیاس 20-67 است. تعیین ریزسختی (GOST 9450-76) با فشار دادن یک هرم الماس به سطح نمونه تحت بارهای کوچک (0.05-5N) و به دنبال آن اندازه گیری قطر فرورفتگی انجام می شود. این روش سختی تک دانه ها، اجزای ساختاری، لایه های نازک یا قطعات نازک را ارزیابی می کند.

خواص مکانیکی تحت بارهای دینامیکی تعیین می شود

هنگامی که قطعات ماشین کار می کنند، بارهای دینامیکی ممکن است، که تحت آن بسیاری از فلزات تمایل به شکستگی شکننده دارند. خطر تخریب با بریدگی افزایش می یابد - متمرکز کننده استرس. برای ارزیابی حساسیت فلز به شکست شکننده تحت تأثیر این عوامل، آزمایش‌های خمشی ضربه‌ای دینامیکی روی درایورهای ضربه پاندول انجام می‌شود (شکل 2). یک نمونه استاندارد روی دو هاگ قرار می گیرد و یک ضربه در وسط وارد می شود که منجر به از بین رفتن نمونه می شود. کار با استفاده از مقیاس شمع‌گردان پاندولی تعیین می‌شود به، صرف تخریب شده و مشخصه اصلی به دست آمده در نتیجه این آزمایشات را محاسبه کنید - ضربی ویسکوزیته:

KS = K / S 0 1، [MJ/m2]،

جایی که S 0 1، سطح مقطع نمونه در محل بریدگی.

برنج. 2.طرح شمع پاندولی (الف) و آزمایش ضربه (ب):
1 - نمونه 2 - آونگ; 3 – مقیاس؛ 4 - فلش مقیاس؛ 5-ترمز.

مطابق با GOST 9454-78، سه نوع نمونه آزمایش می شود: U شکل (شعاع شکاف r = 1 میلی متر). V شکل (r=0.25mm) و T شکل (ترک خستگی ایجاد شده در پایه شکاف. بر این اساس، استحکام ضربه را با: KCU، KCV، KCT نشان می دهند. استحکام ضربه تمام ویژگی های مکانیکی بیشترین حساسیت را به دما دارد. کاهش، بنابراین، آزمایش قدرت ضربه در دماهای پایین برای تعیین آستانه استفاده می شود شکنندگی سرد- محدوده دما یا دما که در آن قدرت ضربه کاهش می یابد. شکنندگی سرد- توانایی یک ماده فلزی برای از دست دادن ویسکوزیته و شکننده شدن در هنگام کاهش دما. شکنندگی سرد در آهن، فولاد، فلزات و آلیاژهای دارای شبکه مکعبی مرکزی (BCC) یا شش ضلعی بسته بندی بسته (HC) خود را نشان می دهد. در فلزات با شبکه مکعبی وجهی (fcc) وجود ندارد.

خواص مکانیکی تحت بارهای چرخه ای متغیر تعیین می شود

بسیاری از قطعات ماشین (شفت، شاتون، چرخ دنده) بارگذاری چرخه ای مکرر را در حین کار تجربه می کنند. فرآیندهای تجمع تدریجی آسیب در یک ماده تحت تأثیر بارهای چرخه ای، که منجر به تغییر در خواص آن، تشکیل ترک ها، توسعه و تخریب آنها می شود، نامیده می شود. خستگی،و توانایی مقاومت در برابر خستگی - تحمل(GOST 23207-78). توانایی مواد برای کار در شرایط بارگذاری چرخه ای با نتایج آزمایش خستگی نمونه ها (GOST 25.502-79) قضاوت می شود. آنها بر روی ماشین های ویژه ای انجام می شوند که بارگذاری مکرر را در نمونه ها ایجاد می کنند (تنش - فشرده سازی، خمش، پیچش). نمونه ها به صورت متوالی در سطوح مختلف تنش آزمایش می شوند و تعداد چرخه ها تا زمان شکست را تعیین می کنند. نتایج آزمایش به شکل یک منحنی خستگی نشان داده شده است که در مختصات ترسیم شده است: حداکثر تنش چرخه σ max / یا σ در ) - تعداد چرخه ها. منحنی های خستگی به شما امکان می دهد معیارهای استقامت زیر را تعیین کنید:

- قدرت چرخه ای، که ظرفیت باربری مواد را مشخص می کند، یعنی. بیشترین ولتاژی که می تواند برای یک زمان کار معین تحمل کند. دوام چرخه ای- تعداد چرخه‌ها (یا ساعات کارکرد) که یک ماده می‌تواند قبل از تشکیل ترک خستگی با طول معین یا قبل از شکست خستگی در یک تنش معین تحمل کند.

علاوه بر تعیین معیارهای در نظر گرفته شده برای استقامت در چرخه بالا، برای برخی موارد خاص آزمایشاتی برای خستگی چرخه کم. آنها در ولتاژهای بالا (بالای σ 0.2) انجام می شوند و فرکانس بارگذاری کم (معمولاً بیش از 6 هرتز نیست). این آزمایش‌ها شرایط عملیاتی سازه‌هایی (مانند هواپیما) را شبیه‌سازی می‌کنند که بارهای چرخه‌ای نادر اما قابل توجهی را تجربه می‌کنند.

خواص مکانیکی مواد

مجموعه ای از شاخص ها که مقاومت یک ماده را در برابر بار وارد شده بر روی آن، توانایی آن در تغییر شکل در این مورد، و همچنین ویژگی های رفتار آن در طول فرآیند تخریب را مشخص می کند. مطابق با این م.س. متر با ولتاژ اندازه گیری می شوند (معمولا در kgf/mm 2یا Mn/m 2), تغییر شکل‌ها (در درصد)، کار خاص تغییر شکل و تخریب (معمولاً در کیلوگرم․m/cm 2یا Mj/m 2), سرعت توسعه فرآیند تخریب تحت بارگذاری استاتیک یا مکرر (اغلب در میلی متربرای 1 ثانیهیا برای 1000 چرخه تکرار بار، mm/kcycle). ام‌اس. m در طول آزمایش های مکانیکی نمونه های اشکال مختلف تعیین می شود.

به طور کلی، مواد در سازه ها می توانند تحت بارهای با ماهیت بسیار متفاوت قرار گیرند. برنج. 1 ): روی کشش کار کنید , فشار، خمش، پیچش، برش و غیره یا تحت تأثیر ترکیبی چندین نوع بار مانند کشش و خمش قرار گیرند. شرایط عملکرد مواد نیز از نظر دما، محیط، سرعت اعمال بار و قانون تغییر آن در طول زمان متفاوت است. مطابق با این، شاخص های بسیاری از M.s وجود دارد. m و بسیاری از روش های تست مکانیکی. برای فلزات و پلاستیک‌های مهندسی، رایج‌ترین آزمایش‌ها عبارتند از کشش، سختی و خمش ضربه. مواد ساختاری شکننده (به عنوان مثال، سرامیک، فلز سرامیک) اغلب برای فشرده سازی و خمش استاتیک آزمایش می شوند. ارزیابی خواص مکانیکی مواد کامپوزیت، علاوه بر این، در طول آزمایش های برشی مهم است.

نمودار تغییر شکل.بار وارد شده به نمونه باعث تغییر شکل آن می شود (به تغییر شکل مراجعه کنید). رابطه بین بار و تغییر شکل توسط به اصطلاح توصیف شده است. نمودار کرنش ( برنج. 2 ). در ابتدا، تغییر شکل نمونه (با کشش - افزایش طول Δ ل) متناسب با افزایش بار است آر، سپس در نقطه nاین تناسب نقض می شود، اما برای افزایش تغییر شکل، افزایش بیشتر بار ضروری است آر; در Δ ل > Δ لتغییر شکل c بدون اعمال نیروی خارجی، با کاهش تدریجی بار ایجاد می شود. اگر تنش در امتداد محور اردیتی رسم شود، ظاهر نمودار کرنش تغییر نمی کند

(F 0و l 0- به ترتیب سطح مقطع اولیه و طول تخمینی نمونه).

مقاومت مواد با تنش های مشخص کننده بار در واحد سطح مقطع نمونه اندازه گیری می شود

V kgf/mm 2.ولتاژ

که در آن رشد تغییر شکل متناسب با بار نقض می شود، حد تناسب نامیده می شود. تحت بار آرتخلیه نمونه منجر به ناپدید شدن تغییر شکلی می شود که در اثر نیروی اعمال شده در آن ایجاد شده است. چنین تغییر شکلی الاستیک نامیده می شود. بار اضافی کمی نسبت به P nممکن است ماهیت تغییر شکل را تغییر ندهد - همچنان ماهیت الاستیک خود را حفظ می کند. بیشترین باری که یک نمونه می تواند بدون ظاهر شدن تغییر شکل پلاستیک باقیمانده در حین تخلیه تحمل کند، حد الاستیک ماده را تعیین می کند:

خواص الاستیک.در ناحیه الاستیک، تنش و کرنش با یک ضریب تناسب مرتبط هستند. هنگام کشش σ = Eδ، جایی که E- باصطلاح مدول الاستیسیته نرمال، از نظر عددی برابر با مماس زاویه میل بخش مستقیم منحنی σ = σ(δ) به محور تغییر شکل ( برنج. 2 ). هنگام آزمایش یک نمونه استوانه ای یا تخت برای کشش، یک حالت تنش تک محوری (σ 1 > 0؛ (σ 2 = σ 3 = 0) با حالت تغییر شکل سه محوری (افزایش طول در جهت اعمال نیروهای اعمال شده و کاهش) مطابقت دارد. در ابعاد خطی در دو جهت عمود بر یکدیگر: δ 1 > 0 δ 2 = δ 3

در محدوده الاستیسیته برای مواد ساختاری اساسی، در محدوده های نسبتاً باریکی نوسان دارد (0.27-0.3 برای فولادها، 0.3-0.33 برای آلیاژهای آلومینیوم). نسبت پواسون یکی از مشخصه های اصلی محاسباتی است. دانستن μ و E، می توان مدول برش را با محاسبه تعیین کرد

مقاومت در برابر تغییر شکل پلاستیک.تحت بار آر > R درهمراه با تغییر شکل الاستیک فزاینده، تغییر شکل پلاستیک غیر قابل برگشت قابل توجهی ظاهر می شود که در هنگام تخلیه از بین نمی رود. تنشی که در آن تغییر شکل نسبی باقیمانده (ازدیاد طول کششی) به مقدار معینی می رسد (بر اساس GOST - 0.2٪) استحکام تسلیم شرطی نامیده می شود و تعیین می شود.

در عمل، دقت روش‌های تست مدرن به گونه‌ای است که σ p و σ e به ترتیب با تلورانس‌های مشخص برای انحراف از قانون تناسب [افزایش ctg(90 - α) به میزان 25-50٪] و برای مقدار تغییر شکل باقیمانده (0.003-0.05٪) و در مورد محدودیت های مشروط تناسب و کشش صحبت کنید. منحنی کششی فلزات ساختاری می تواند حداکثر (نقطه در برنج. 2 ) یا با رسیدن به حداکثر بار قطع می شود R در' . نگرش

مقاومت موقت (استحکام کششی) ماده را مشخص می کند. در صورت وجود حداکثر در منحنی کششی در ناحیه بارهای موجود بر روی منحنی سمت چپ V، نمونه به طور یکنواخت در طول کل طول محاسبه شده تغییر شکل می دهد ل 0، به تدریج از قطر کاهش می یابد، اما شکل اولیه استوانه ای یا منشوری را حفظ می کند. در طول تغییر شکل پلاستیک، فلزات تقویت می شوند، بنابراین، با وجود کاهش سطح مقطع نمونه، تغییر شکل بیشتر مستلزم اعمال بار فزاینده ای است. σ in، مانند σ 0.2 معمولی، σ n و σ e، مقاومت فلزات را در برابر تغییر شکل پلاستیک مشخص می کند. در بخش نمودار تغییر شکل سمت راست، شکل نمونه کششی تغییر می کند: دوره ای از تغییر شکل متمرکز شروع می شود که در ظاهر یک "گردن" بیان می شود. کاهش سطح مقطع در گردن باعث تقویت فلزات می شود که باعث افت بار خارجی در ناحیه می شود. P in - P k.

برای بسیاری از مصالح ساختاری، مقاومت در برابر تغییر شکل پلاستیک در ناحیه الاستیک-پلاستیک در طول کشش و فشار تقریباً یکسان است. برخی از فلزات و آلیاژها (به عنوان مثال، آلیاژهای منیزیم، فولادهای با استحکام بالا) با تفاوت های قابل توجه در این ویژگی تحت کشش و فشار مشخص می شوند. مقاومت در برابر تغییر شکل پلاستیک به ویژه اغلب (هنگام نظارت بر کیفیت محصول، شرایط عملیات حرارتی استاندارد و در موارد دیگر) بر اساس نتایج آزمایش‌های سختی با فشار دادن نوک سخت به شکل یک توپ (سختی برینل یا راکول)، مخروط ارزیابی می‌شود. (سختی راکول) یا هرمی (سختی ویکرز). تست های سختی نیازی به نقض یکپارچگی قطعه ندارند و بنابراین گسترده ترین ابزار برای نظارت بر خواص مکانیکی هستند. سختی برینل (HB) هنگام فرورفتگی یک توپ با قطر Dتحت بار آرمیانگین تنش فشاری را مشخص می کند که به طور معمول در واحد سطح یک قالب کروی با قطر محاسبه می شود. د:

ویژگی های پلاستیسیتهانعطاف پذیری کششی مواد ساختاری با ازدیاد طول ارزیابی می شود

(جایی که h 0و h k- ارتفاع اولیه و نهایی نمونه)، در هنگام پیچش - حداکثر زاویه پیچش قسمت کار نمونه Θ. خوشحالمیا تغییر نسبی γ = Θ r(جایی که r- شعاع نمونه). ترتیب نهایی نمودار تغییر شکل (نقطه کبر برنج. 2 ) مقاومت در برابر تخریب فلز را مشخص می کند S k، که مشخص می شود

(Fk- منطقه واقعی در محل پارگی).

ویژگی های تخریبتخریب فوراً اتفاق نمی افتد (در نقطه ک، اما با گذشت زمان توسعه می یابد و شروع تخریب ممکن است با برخی از نقاط میانی سایت مطابقت داشته باشد VC، و کل فرآیند زمانی به پایان می رسد که بار به تدریج به صفر برسد. موقعیت نقطه k در نمودار تغییر شکل تا حد زیادی توسط سفتی دستگاه آزمایش و اینرسی سیستم اندازه گیری تعیین می شود. این باعث می شود قدر S kتا حد زیادی مشروط

بسیاری از فلزات ساختاری (فولادها، از جمله آلیاژهای کروم نیکل با استحکام بالا و مقاوم در برابر حرارت، آلیاژهای نرم آلومینیوم و غیره) پس از تغییر شکل پلاستیکی قابل توجه با تشکیل یک گردن، در کشش شکست می‌خورند. اغلب (مثلاً در آلیاژهای آلومینیومی با استحکام بالا) سطح شکست در زاویه تقریباً 45 درجه نسبت به جهت نیروی کششی قرار دارد. تحت شرایط خاص (به عنوان مثال، هنگام آزمایش فولادهای شکننده سرد در نیتروژن مایع یا هیدروژن، زمانی که در معرض تنش های کششی و محیط خورنده برای فلزات مستعد خوردگی تنشی قرار می گیرند)، شکستگی در امتداد بخش های عمود بر نیروی کششی رخ می دهد (شکست مستقیم)، بدون تغییر شکل ماکروپلاستیک

استحکام موادی که در عناصر سازه ای تحقق می یابد نه تنها به خواص مکانیکی خود فلز، بلکه به شکل و اندازه قطعه (به اصطلاح اثرات شکل و مقیاس)، انرژی الاستیک انباشته شده در سازه بارگذاری شده بستگی دارد. ماهیت بار عامل (ایستا، دینامیک، به طور دوره ای تغییر در بزرگی)، طرح هایی برای اعمال نیروهای خارجی (تک محوری، کششی دو محوره، با خمش روی هم، و غیره)، دمای عملیاتی، محیط. وابستگی استحکام و شکل پذیری فلزات به شکل به اصطلاح مشخص می شود. حساسیت به بریدگی، معمولاً با نسبت مقاومت کششی نمونه‌های بریدگی و صاف ارزیابی می‌شود.

(برای نمونه های استوانه ای برش معمولاً به شکل یک شکاف دایره ای انجام می شود ، برای نوارها - به شکل سوراخ مرکزی یا برش های جانبی). برای بسیاری از مصالح ساختاری، این نسبت تحت بار استاتیکی بیشتر از واحد است، که با تغییر شکل پلاستیک موضعی قابل توجهی در راس شکاف همراه است. هرچه برش تیزتر باشد، تغییر شکل پلاستیک موضعی کوچکتر و نسبت شکست مستقیم در بخش شکست خورده بیشتر است. اگر نمونه‌هایی از سطح مقطع عظیم (هرچه ضخیم‌تر، مواد پلاستیکی بیشتری داشته باشند) در معرض کشش یا خم شدن قرار گیرند، می‌توان در دمای اتاق در اکثر مواد ساختاری در شرایط آزمایشگاهی، یک شکست مستقیم به خوبی توسعه‌یافته به دست آورد. شکاف باریک ویژه با ترک مصنوعی ایجاد شده ( برنج. 3 ). هنگامی که یک نمونه پهن و مسطح کشیده می شود، تغییر شکل پلاستیک دشوار است و به یک منطقه کوچک به اندازه 2 محدود می شود. r y(بر برنج. 3 ، b سایه دار)، بلافاصله در مجاورت نوک ترک. شکست مستقیم معمولاً مشخصه خرابی های عملیاتی عناصر سازه است.

شاخص هایی مانند ضریب شدت تنش بحرانی برای کرنش صفحه، که توسط دانشمند آمریکایی J.R. Irwin به عنوان ثابت برای شرایط شکست شکننده پیشنهاد شده است، گسترده شده اند. K 1Cو چقرمگی شکست

در این صورت فرآیند تخریب در زمان و شاخص مورد توجه قرار می گیرد K 1C(G 1C) اشاره به لحظه بحرانی که توسعه پایدار یک ترک مختل می شود. ترک ناپایدار می شود و زمانی که انرژی مورد نیاز برای افزایش طول آن کمتر از انرژی تغییر شکل الاستیک است که از نواحی تحت فشار الاستیک همسایه فلز به نوک ترک می رسد، منتشر می شود.

هنگام تعیین ضخامت نمونه تیو سایز ترک 2 l trبر اساس نیاز زیر

عامل شدت استرس بهنه تنها مقدار بار، بلکه طول ترک متحرک را نیز در نظر می گیرد:

(λ هندسه ترک و نمونه را در نظر می گیرد)، بیان شده در kgf/mm 3/2یا Mn/m 3/2.توسط K 1Cیا G 1Cمی توان در مورد حساسیت مواد ساختاری به شکست شکننده در شرایط عملیاتی قضاوت کرد.

برای ارزیابی کیفیت فلز، آزمایش ضربه خمشی بر روی نمونه های منشوری با بریدگی در یک طرف بسیار رایج است. در این مورد، قدرت ضربه ارزیابی می شود (به قدرت ضربه مراجعه کنید) (در کیلوگرم․m/cm 2یا Mj/m 2) - کار تغییر شکل و تخریب نمونه، به طور معمول به مقطع در محل شکاف اختصاص داده می شود. آزمایش‌های خمشی ضربه‌ای بر روی نمونه‌هایی که دارای ترک خستگی مصنوعی در پایه شکاف هستند، گسترده شده‌اند. کار تخریب چنین نمونه هایی و اون یکیبه طور کلی با ویژگی های تخریب مانند K 1Cو حتی با نگرش بهتر است

وابستگی زمان قدرتبا افزایش مدت بار، مقاومت در برابر تغییر شکل پلاستیک و مقاومت در برابر شکست کاهش می یابد. در دمای اتاق در فلزات، این امر به ویژه هنگامی که در معرض یک محیط خورنده (خوردگی استرس) یا سایر محیط های فعال (اثر Rehbinder) قرار می گیرد، قابل توجه می شود. در دماهای بالا، پدیده خزش مشاهده می شود (نگاه کنید به خزش)، یعنی افزایش تغییر شکل پلاستیک در طول زمان در تنش ثابت. برنج. 4 ، آ). مقاومت خزشی فلزات با حد خزش مشروط ارزیابی می شود - اغلب تنشی که در آن تغییر شکل پلاستیک از 100 تجاوز می کند. ساعتبه 0.2% می رسد و σ 0.2/100 تعیین می شود. هر چه دما بالاتر باشد تیهر چه پدیده خزش بارزتر باشد و به مرور زمان مقاومت در برابر تخریب فلز کاهش یابد. برنج. 4 ، ب). آخرین خاصیت با به اصطلاح مشخص می شود. حد استحکام طولانی مدت، یعنی تنش، که در دمای معین باعث تخریب ماده در یک زمان معین می شود (مثلا σ t 100، σ t 1000 و غیره). در مواد پلیمری، وابستگی دما به زمان استحکام و تغییر شکل بیشتر از فلزات است. هنگامی که پلاستیک گرم می شود، تغییر شکل بسیار الاستیک و برگشت پذیر مشاهده می شود. با شروع از یک دمای بالاتر معین، تغییر شکل برگشت ناپذیر مرتبط با انتقال ماده به حالت جریان چسبناک ایجاد می شود. خزش همچنین با یکی دیگر از ویژگی های مکانیکی مهم مواد مرتبط است - تمایل به کاهش تنش، یعنی کاهش تدریجی تنش در شرایطی که تغییر شکل کلی (الاستیک و پلاستیک) مقدار مشخص شده ثابتی را حفظ می کند (مثلاً در پیچ های سفت شده). . کاهش استرس ناشی از افزایش نسبت جزء پلاستیکی کل تغییر شکل و کاهش بخش الاستیک آن است.

اگر باری بر روی فلز اعمال شود که به طور دوره ای طبق برخی قانون تغییر کند (به عنوان مثال سینوسی)، سپس با افزایش تعداد چرخه ها نبار قدرت آن کاهش می یابد ( برنج. 4 ج) - فلز "خسته می شود". برای فولاد سازه ای چنین افتی در استحکام تا ن= (2-5) .10 6 چرخه. مطابق با این، آنها در مورد حد خستگی فولاد سازه صحبت می کنند که معمولاً به معنای دامنه تنش است

که در زیر آن فولاد تحت بارهای متغیر مکرر شکست نمی خورد. در |σ دقیقه | = |σ max | حد خستگی با علامت σ -1 نشان داده می شود. منحنی های خستگی آلیاژهای آلومینیوم، تیتانیوم و منیزیم معمولاً مقطع افقی ندارند، بنابراین مقاومت در برابر خستگی این آلیاژها به اصطلاح مشخص می شود. محدود (مرتبط با یک داده شده است ن) حدود خستگی مقاومت در برابر خستگی به دفعات اعمال بار نیز بستگی دارد. مقاومت مواد در شرایط فرکانس کم و مقادیر زیاد بارگذاری مکرر (آهسته یا کم چرخه، خستگی) به وضوح با محدودیت های خستگی مرتبط نیست. برخلاف بار استاتیک، تحت بارهای متغیر مکرر، حساسیت به یک بریدگی همیشه ظاهر می شود، یعنی حد خستگی در حضور یک بریدگی کمتر از حد خستگی یک نمونه صاف است. برای راحتی، حساسیت به بریدگی در هنگام خستگی با نسبت بیان می شود

عدم تقارن چرخه را مشخص می کند). در فرآیند خستگی، می توان یک دوره قبل از تشکیل یک منبع شکست خستگی و به دنبال آن، گاهی اوقات بسیار طولانی، دوره ایجاد یک ترک خستگی را تشخیص داد. هرچه ترک آهسته تر ایجاد شود، مواد موجود در سازه قابل اطمینان تر است. نرخ انتشار ترک خستگی dl/dNبا ضریب شدت تنش توسط یک تابع توان مرتبط است:

روشن: Davidenkov N.N., Dynamic testing of metals, 2nd ed., L. - M., 1936; Ratner S.I.، شکست تحت بارهای مکرر، M.، 1959; Serensen S.V., Kogaev V.P., Shneiderovich R.M., محاسبات ظرفیت باربری و قدرت قطعات ماشین آلات, ویرایش دوم, M., 1963; مسائل کاربردی چقرمگی شکست، ترانس. از انگلیسی، M., 1968; فریدمن یا ب.، خواص مکانیکی فلزات، ویرایش سوم، M.، 1974; روش‌های آزمایش، کنترل و تحقیق مواد مهندسی، ویرایش. A. T. Tumanova, vol 2, M., 1974.

S. I. کیشکینا.

برنج. 3. نمونه ای با یک ترک خستگی که مخصوصاً در بالای شکاف ایجاد شده است تا K1C را تعیین کند. آزمایش های کششی خارج از مرکز (الف) و محوری (ب).

دایره المعارف بزرگ شوروی. - م.: دایره المعارف شوروی. 1969-1978 .

ببینید «خواص مکانیکی مواد» در فرهنگ‌های دیگر چیست:

خواص مکانیکی مواد مانند استحکام، مقاومت در برابر شکست، سختی و غیره در بسیاری از موارد برای تصمیم گیری در مورد استفاده از مواد تعیین کننده است. روش های آزمایش خواص مکانیکی به موارد زیر باید توجه داشت ... ویکی پدیا

واکنش مواد ماده به نیروهای مکانیکی اعمال شده بارها پایه ای مشخصات مکانیکی خواص تنش و کرنش است. مشخصه های تنش نیروها که به بخش واحدی از نمونه ماده یا محصول نسبت داده می شود، سازه ساخته شده از... ... دایره المعارف فیزیکی

موادی مانند استحکام، مقاومت در برابر شکست، سختی و غیره در بسیاری از موارد برای تصمیم گیری در مورد استفاده از مواد تعیین کننده هستند. روش های آزمایش خواص مکانیکی روش های اصلی زیر باید توجه شود... ... ویکی پدیا

ویژگی های مکانیکی- منعکس کننده توانایی یک ماده برای مقاومت در برابر نیرو، حرارت، انقباض یا سایر تنش های داخلی بدون ایجاد اختلال در ساختار ایجاد شده است. خواص مکانیکی شامل خواص تغییر شکل: استحکام، سختی، سایش،...

خواص مکانیکی سنگ- خواص مشخص کننده وقوع، توزیع و تغییر تنش ها و تغییر شکل های مکانیکی در سنگ تحت تأثیر بارهای مکانیکی. [GOST R 50544 93] عنوان اصطلاح: ویژگی های سرفصل های دایره المعارف سنگ... دایره المعارف اصطلاحات، تعاریف و توضیحات مصالح ساختمانی

خواص مواد- اصطلاحات روبریک: خواص مواد تجمع مواد فعال سازی مواد فعالیت یک ماده تجزیه و تحلیل مواد ... دایره المعارف اصطلاحات، تعاریف و توضیحات مصالح ساختمانی

خواص مواد- مجموعه ای از شاخص ها که تمام جنبه های مواد را مشخص می کند. خواص زیر از مواد متمایز می شود (مثلاً برای فلزات): مکانیکی، فیزیکی (چگالی، حرارتی، الکتریکی، مغناطیسی و خواص مشابه)، شیمیایی... ... فرهنگ لغت متالورژی