Предел текучести стали
Разнообразные материалы по-разному реагируют на приложенную к ним внешнюю силу, вызывающую изменение их формы и размеров линий. Такое изменение называют пластической дефармация. Если тело после прекращения влияния собственными силами восстанавливает начальную форму и линейные размеры — такая дефармация именуется упругой. Упругость, вязкость, крепость и твердость считаются главными механическими свойствами твёрдых и аморфных тел и обуславливают изменения, происходящие с физическим телом при деформации под воздействием внешнего усилия и ее предельном случае — разрушении. Предел текучести материала — это значение напряжения (или силы на единицу площади сечения), при котором начинается пластическая дефармация.
Текучесть металла
Знание механических параметров материала очень важно для конструктора, который применяет их в собственной работе. Он определяет самую большую нагрузку на какую-то определенную деталь или конструкцию в общем, при превышении которой начнется пластическая дефармация, и конструкция потеряет с вою крепость, форму и может быть разрушена. Разрушение или серьезная дефармация конструкций строительства или компонентов транспортных систем может привести к масштабным разрушениям, финансовым потерям и даже к человеческим жертвам.
Предел текучести — это самая большая нагрузка, которую можно приложить к конструкции без ее деформации и будущего разрушения. Чем выше его значения, тем высокие нагрузки конструкция сможет выдерживать.
В работе предел текучести металла определяет трудоспособность самого материала и изделий, которые сделаны из него, под предельными нагрузками. Люди всегда прогнозировали предельные нагрузки, которые способны выдержать строящиеся ими сооружения или создаваемые механизмы. На первых этапах развития индустрии это определялось эксперементальным путем, и лишь в девятнадцатом столетии было положено начало разработке теории сопротивления материалов. Вопрос надежности решался разработкой неоднократного запаса по своей прочности, что вело к утяжелению и подорожанию конструкций. Сегодня необязательно создавать макет изделия конкретного масштаба или в настоящую величину и проводить на нем опыты по разрушению под нагрузкой — компьютерные программы семейства CAE (изысканий инженеров) могут с точностью высчитать параметры прочности готового изделия и предсказать предельные значения нагрузок.
Величина предела текучести материала
С появлением атомной физики в двадцатом веке возникла возможность высчитать значение параметра теоретическим путем. Эту работы первым проделал Яков Френкель в первой половине 20-ых годов XX века. Исходя из прочности межатомных связей, он путем трудных для того времени вычислений определил величину напряжения, достаточного для начала пластической деформации тел простой формы. Величина предела текучести материала будет равна
??=G/2?. , где G — модуль сдвига, как раз и определяющий стойкость связей между атомами.
Расчет величины предела текучести
Гениальное допущение, сделанное Френкелем при расчетах, заключалось в том, что процесс изменения формы материала рассматривался как приводимый в действие напряжениями сдвига. Для начала пластической деформации повелось достаточным, чтобы одна половина тела сдвинулась относительно другой до такой степени, чтобы не смогла вернуться в первое положение под воздействием сил упругости.
График физического предела текучести
Френкель высказал предположение, что испытываемый в мысленном эксперименте материал имеет кристаллическое или поликристаллическое строение, присуще для большей части металлов, керамики и многих полимерных материалов. Строение такого типа предусматривает наличие пространственной решётки, в узлах которой в строго определенном порядке размещены атомы. Конфигурация этой решётки строго индивидуальны для любого вещества, индивидуальны и межатомные расстояния и связывающие эти атомы силы. Поэтому, чтобы вызвать пластическую деформацию сдвига, потребуется порвать все межатомные связи, проходящие через относительную поверхность, делящую половины тела.
При определенном значении напряжения, равному пределу текучести, связи между атомами из различных половин тела разорвутся, и рады атомов сместятся относительно друг друга на одно межатомное расстояние без возможности вернуться в начальное положение. При продолжении влияния такой микросдвиг не будет прекращаться, пока все атомы одной половины тела не потеряют контакт с атомами другой половины
В макромире это вызовет пластическую деформацию, изменит форму тела и при продолжении влияния приводит к его разрушению. В работе линия начала разрушений проходит не в середине физического тела, а находится в местах расположения неоднородностей материала.
Физический предел текучести
В теории прочности для любого материала есть несколько значений этой значительной характеристики. Физический предел текучести отвечает значению напряжения, при котором, не взирая на деформацию, удельная нагрузка не меняется совсем или меняется несущественно. Говоря иначе, это значение напряжения, при котором физическое тело деформируется, «течет», без увеличения прилагаемого к образцу усилия
Относительный предел текучести
Много металлов и сплавов при испытаниях на разрыв показывают диаграмму текучести с отсутствующей или слабо выраженной «площадкой текучести». Для подобных материалов говорят о условном пределе текучести. Его трактуют как напряжение, при котором начинается деформирование в переделах 0,2%.
Относительный предел текучести
К подобным материалам относятся легированные и высокоуглеродистые стальные сплавы, бронза, дюралюминий и остальные. Чем намного пластичнее считается материал, тем выше для него критерий остаточных деформирований. Примером пластичных материалов послужат медь, латунь, чистый алюминий и большинство низкоуглеродистых сплавов из стали.
Предел текучести стали
Сталь, как очень популярный групповой конструкционный материал, находится под особо большим вниманием мастеров по расчету прочности конструкций и предельно возможных нагрузок на них.
Стальные сооружения в ходе их эксплуатации подвержены большим по величине и сложным по форме комбинированным нагрузкам на растяжение, сжатие, изгиб и сдвиг. Нагрузки могут быть динамическими, статическими и периодическими. Не обращая внимания на непростые условия применения, конструктор должен обеспечить у проектируемых им конструкций и механизмов долговечность, безотказность и высокую степень безопасности как для персонала, таки для окружающего населения.
Предел текучести стали
По этому к стали и предъявляют довольно большие требования по механическим особенностям. С точки зрения экономичной эффективности, предприятие стремится уменьшить сечение и иные размеры производимой им продукции, чтобы уменьшить материалоемкость и вес и увеличить, аналогичным образом, характеристики эксплуатации. В работе такое требование должно быть сбалансировано с требования ми по надежности и безопасности, зафиксированными в стандартах и технических условиях.
Предел текучести для стали считается важным показателям в данных расчетах, потому как он определяет способность конструкции держать напряжения без необратимых деформирований и разрушения.
Воздействие содержание углерода на свойства сталей
Согласно физико-химическому принципу аддитивности, изменение физических параметров материалов устанавливается процентным содержанием углерода. Увеличение его доли до 1,2% даёт возможности расширить крепость, твердость, предел текучести и пороговую хладоемкость сплава. Последующее увеличение доли углерода приводит к заметному уменьшению подобных технических критериев, как способность к свариваемости и максимальная дефармация при штамповочных работах. Стали с невысоким содержанием углерода показывают самую лучшую свариваемость.
Азот и кислород в сплаве
Эти неметаллы из начала таблицы Менделеева считаются опасными примесями и уменьшают механичные и физические характеристики стали, такие, к примеру, как порог вязкости, эластичность и хрупкость. Если кислород содержится в количестве более 0,03%- это ведет к ускорению старения сплава, а азот повышает ломкость материала. С другой стороны, содержание азота увеличивает прочность, снижая предел текучести.
Микроструктура сплава, у которого в составе присутствуют азот и кислород
Добавки марганца и кремния
Легирующая добавка в виде марганца используется для раскисления сплава и компенсации негативного воздействия вредных серосодержащих примесей. Ввиду собственной близости по характеристикам к железу важного самостоятельного воздействия на свойства сплава марганец не оказывает. Типовое содержание марганца – около 0,8%.
Кремний оказывает аналогичное влияние, его добавляют в процессе раскисления в объемной доле, не превышающей 0,4%. Потому как кремний значительно ухудшает такой технический критерий, как свариваемость стали. Для конструкционных сталей, которые предназначены для соединения сваркой, его доля не должна быть больше 0,25%. На свойства сплавов из стали кремний воздействия не оказывает.
Примеси серы и фосфора
Сера считается исключительно вредной примесью и отрицательно действует на многие физические свойства и технические свойства.
Предельно допустимое содержание данного компонента в виде хрупких сульфитов– 0,06%
Сера ухудшает эластичность, предел текучести, ударную вязкость, устойчивость к износу и устойчивость к коррозии материалов.
Фосфор оказывает неоднозначное влияние на физико-механические свойства сталей. С одной стороны, с повышением его содержания увеличивается предел текучести, впрочем с другой стороны, одновременно понижаются вязкость и текучесть. В большинстве случаев содержание фосфора находится в границах от 0,025 до 0,044%. Особенно сильное отрицательное воздействие фосфор оказывает при одновременном повышении объемных долей углерода.
Легирующие добавки в составе сплавов
Легирующими добавками называют вещества, намеренно введенные в состав сплав для целенаправленного изменения его параметров до необходимых показателей. Такие сплавы называют легированными сталями. Лучших критериев можно достичь, добавляя сразу несколько присадок в конкретных пропорциях.
Воздействие легирующих компонентов на свойства стали
Популярными присадками являются никель, ванадий, хром, молибден и остальные. При помощи легирующих присадок совершенствуют значение предела текучести, прочности, вязкости, устойчивости к коррозии и множества прочих физико-механических и химических показателей и параметров.
Текучесть расплава металла
Текучестью расплава металла его называют свойство полностью заполнять литейную форму, проникая в малейшие пустоты и детали рельефа. От этого может зависеть точность отливки и качество ее поверхности.
Жидкий металл для процессоров
Свойство можно увеличить, если поместить расплав под лишнее давление. Это физическое явление применяется в установках литья под давлением. Подобный вариант дает возможность значительно повысить продуктивность процесса литья, сделать лучше качество поверхности и однородность отливок.
Тестирование образца для определения предела текучести
Чтобы провести обычные проверки, применяют цилиндрический образец диаметром 20 мм и высотой 10 мм, прикрепляют его в испытательной установке и подвергают растягиванию. Расстояние между нанесёнными на поверхности сбоку образца метками называют расчетной длиной. В ходе измерений фиксируют зависимость относительного удлинения образца от величины растягивающего усилия.
Зависимость отображают в виде диаграммы условного растяжения. На первой стадии эксперимента рост силы вызывает пропорциональное увеличение длины образца. По достижении предела гармоничности диаграмма из линейной преобразуется в криволинейную, теряется линейная зависимость между силой и удлинением. На этом месте диаграммы образец при снятии усилия еще может вернуться к исходным форме и размерам.
Для многих материалов значения предела гармоничности и предела текучести настолько близки, что в практичных применениях разницу между ними не берут во внимание.
Если вы нашли погрешность, пожалуйста, выдилите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.
