Какие механические свойства на растяжении

Машина для испытаний на растяжение с электромеханическим приводом

Статическое растяжение — одно из наиболее распространённых видов испытаний для определения механических свойств материалов.

Основные характеристики, определяемые при испытании[править | править код]

При статическом растяжении, как правило, определяются следующие характеристики материала.

Характеристики прочности:
- предел пропорциональности,
- предел текучести,
- предел прочности (временное сопротивление разрушению),
- истинное сопротивление разрыву.
Характеристики пластичности:
- относительное остаточное удлинение,
- относительное остаточное сужение.
Характеристики упругости:
- модуль упругости (модуль Юнга).
Прочие характеристики:
- коэффициент механической анизотропии
- коэффициент (модуль) упрочнения

Основные типы материалов[править | править код]

Принято разделять пластичные и хрупкие материалы. Основное отличие состоит в том, что первые деформируются в процессе испытаний с образованием пластических деформаций, а вторые практически без них вплоть до своего разрушения. За критерий для условной классификации материалов можно принять относительное остаточное удлинение δ = (lк − l0)/l0, где l0 и lк — начальная и конечная длина рабочей части образца), обычно вычисляемое в процентах. В соответствии с величиной остаточного удлинения материалы можно разделить на:

пластичные (δ ≥ 10 %);
малопластичные (5 % < δ < 10 %);
хрупкие (δ ≤ 5 %).

Существующие материалы могут быть изотропными или анизотропными. В последнем случае из-за различия характеристик в различных направлениях необходимо произвести не одно, а несколько испытаний.

Образцы для испытаний на статическое растяжение[править | править код]

Цилиндрический пятикратный образец

Цилиндрический пятикратный образец после разрушения

Для испытаний на статическое растяжение используют образцы как с круглым, так и с прямоугольным сечением. Предъявляются повышенные требования к изготовлению образцов, как с точки зрения геометрии, так и с точки зрения обработки резанием. Требуется высокая однородность диаметра образца по его длине, соосность и высокое качество поверхности (малая шероховатость, отсутствие царапин и надрезов). При изготовлении образцов следует избегать перегрева материала и изменений его микроструктуры.

Образцы круглого сечения, как правило, имеют рабочую длину, равную четырём или пяти диаметрам — т. н. короткие образцы или десяти диаметрам — т. н. нормальные образцы. Перед началом испытания замеряется диаметр образца (обычно 6, 10 или 20 мм) для вычисления напряжения σ и для расчёта относительного остаточного сужения после разрушения образца. В случае использования экстензометра, длина рабочей части образца не замеряется, а деформация ε и относительное удлинение при разрушении регистрируются автоматически с помощью компьютера или измеряются по диаграмме σ — ε. При отсутствии экстензометра (не рекомендуется стандартом), отмечается рабочая длина образца, деформация ε рассчитывается по перемещениям конца образца (захвата), а относительное удлинение при разрушении рассчитывается путём замера разрушенного образца.

Диаграмма растяжения пластичного материала[править | править код]

Рис. 1. Типичная диаграмма σ — ε для малоуглеродистой стали
1. Предел прочности (временное сопротивление разрушению)
2. Предел текучести (верхний)
3. Точка разрушения
4. Область деформационного упрочнения
5. Образование шейки на образце

Рис. 2. Типичная диаграмма σ — ε для алюминиевых сплавов
1. Предел прочности (временное сопротивление разрушению)
2. Условный предел текучести (σ0.2)
3. Предел пропорциональности
4. Точка разрушения
5. Деформация при условном пределе текучести (обычно, 0,2 %)

Микроструктура доэвтектоидной стали (0,7 % углерода)

Обычно диаграмма растяжения является зависимостью приложенной нагрузки P от абсолютного удлинения Δl. Современные машины для механических испытаний позволяют записывать диаграмму в величинах напряжения σ (σ = P/A0, где A0 — исходная площадь поперечного сечения) и линейной деформации ε (ε = Δl/l0 ). Такая диаграмма носит название диаграммы условных напряжений, так как при этом не учитывается изменение площади поперечного сечения образца в процессе испытания.

Начальный участок является линейным (т. н. участок упругой деформации). На нём действует закон Гука:

Затем начинается область пластической деформации. Эта деформация остаётся и после снятия приложенной нагрузки. Переход в пластическую область обнаруживается не только по проявлению остаточных деформаций, но и по уменьшению наклона кривой с увеличением степени деформации. Данный участок диаграммы обычно называют площадкой (зоной) общей текучести, так как пластические деформации образуются по всей рабочей длине образца. С целью изучения и точного анализа диаграммы деформации, современные испытательные машины оснащены компьютеризированной записью результатов.

По наклону начального участка диаграммы рассчитывается модуль Юнга. Для малоуглеродистой стали наблюдается т. н. «зуб текучести» и затем площадка предела текучести. Явление «зуба» текучести связано с дислокационным механизмом деформации. На начальном участке плотность дислокаций является недостаточной для обеспечения более высокой степени деформации. После достижения точки верхнего предела текучести начинается интенсивное образование новых дислокаций, что приводит к падению напряжения. Дальнейшая деформация при пределе текучести происходит без роста напряжения . Зависимость предела текучести, от размера зерна, d, выражена соотношением Холла-Петча:

После достижения конца площадки текучести (деформация порядка 2 — 2,5 %) начинается деформационное упрочнение (участок упрочнения), видимое на диаграмме, как рост напряжения с ростом деформации. В этой области до достижения максимальной нагрузки (напряжения (σВ) макродеформация остаётся равномерной по длине испытуемого образца. После достижения точки предела прочности начинает образовываться т. н. «шейка» — область сосредоточенной деформации. Расположение «шейки» зависит от однородности геометрических размеров образца и качества его поверхности. Как правило, «шейка» и, в конечном счёте, место разрушения расположено в наиболее слабом сечении. Кроме того, важное значение имеет одноосность напряжённого состояния (отсутствие перекосов образца в испытательной машине). Для пластичных материалов при испытании на статическое растяжение одноосное напряжённое состояние сохраняется лишь до образования т. н. «шейки» (до достижения максимальной нагрузки и начала сосредоточенной деформации).

Вид диаграммы деформации, приведённый на рис. 1 является типичным для О.Ц.К. материалов с низкой исходной плотностью дислокаций.

Для многих материалов, например, с Г. Ц. К. кристаллической решёткой, а также для материалов с высокой исходной плотностью дефектов, диаграмма имеет вид, показанный на рис. 2. Основное отличие — отсутствие явно выраженного предела текучести. В качестве предела текучести выбирается значение напряжения при остаточной деформации 0,2 % (σ0.2).

После достижения максимума нагрузки происходит падение нагрузки (и, соответственно, напряжения σ) за счёт локального уменьшения площади поперечного сечения образца. Соответствующий (последний) участок диаграммы называют зоной местной текучести, так как пластические деформации продолжают интенсивно развиваться только в области шейки.

Иногда используется диаграмма истинных напряжений, S — e (истинное напряжение S = P/A, где A — текущая площадь поперечного сечения образца; истинная деформация e = ln(l+Δl/l), где l — текущая длина образца). В этом случае, после достижения максимальной нагрузки не происходит падения напряжения, истинное напряжение растёт за счёт локального уменьшения сечения в «шейке» образца. Поэтому различие между диаграммами истинных и условных напряжений наблюдается только после предела прочности — до точки 1 они практически совпадают друг с другом.

Образцы из пластичного материала разрушаются по поперечному сечению с уменьшением диаметра в месте разрыва из-за образования «шейки».

Диаграмма растяжения хрупкого материала[править | править код]

Диаграмма растяжения и диаграмма условных напряжений хрупких материалов по виду напоминает диаграмму, показанную на рис. 2 за тем исключением, что не наблюдается снижения нагрузки (напряжения) вплоть до точки разрушения. Кроме того, данные материалы не получают таких больших удлинений как пластичные и по времени разрушаются гораздо быстрее. На диаграмме хрупких материалов уже на первом участке имеется ощутимое отклонение от прямолинейной зависимости между нагрузкой и удлинением (напряжением и деформацией), так что о соблюдении закона Гука можно говорить достаточно условно. Так как пластических деформаций хрупкий материал не получает, то в ходе испытания не определяют предела текучести. Не имеет особенного смысла также рассчитывать и относительное сужение образца, так как шейка не образуется и диаметр после разрыва практически не отличается от исходного.

Влияние скорости деформации и температуры на прочностные характеристики[править | править код]

Стандарты на проведение испытаний на статическое растяжение, как правило, ограничивают скорость деформации или скорость приложения нагрузки. Так, стандарт ASTM E-8 ограничивает скорость деформации величиной 0,03 — 0,07 мм/мин. Такое ограничение вызвано искажением результатов за счёт повышения прочности металлов с ростом скорости деформации (при постоянной температуре). При скоростях деформации до 1 сек скорость деформации практически не влияет на прочностные характеристики (в частности, на предел текучести) (источник???).

В общем виде можно выразить формулу влияния скорости деформации на предел текучести в виде:

где — скорость деформации; — астотный фактор, — активационный объём; — напряжение течения; — экстраполяция напряжения течения на нулевую скорость деформации.

Эта же зависимость даёт и зависимость напряжения течения от температуры. В области низких температур и при отсутствии фазовых превращений прочность кристаллических материалов повышается. Вклад в повышение прочности даёт и переход от термически активируемого процесса деформации за счёт движения дислокаций к механизму деформации путём двойникования.

Стандарты на проведение испытаний[править | править код]

ГОСТ 6996-66
ГОСТ 1497-84 Металлы. Методы испытаний на растяжение
ГОСТ 11262-80 (СТ СЭВ 1199-78) Пластмассы. Метод испытания на растяжение
ASTM E-8 и ASTM E-8M

Литература[править | править код]

Я. Б. Фридман. Механические свойства металлов. 3-е изд. В 2-х ч. М.: Машиностроение, 1974
М. Л. Бернштейн, В.А Займовский. Механические свойства металлов. 2-е изд. М.: Металлургия, 1979.
А. Н. Васютин, А. С. Ключ. Влияние температуры и скорости деформации на сопротивление деформированию малоуглеродистых и низколегированных сталей. Заводская лаборатория, 1985, № 4.

См. также[править | править код]

Растяжение-сжатие

Источник

КАТЕГОРИИ:

Архитектура-(3434)Астрономия-(809)Биология-(7483)Биотехнологии-(1457)Военное дело-(14632)Высокие технологии-(1363)География-(913)Геология-(1438)Государство-(451)Демография-(1065)Дом-(47672)Журналистика и СМИ-(912)Изобретательство-(14524)Иностранные языки-(4268)Информатика-(17799)Искусство-(1338)История-(13644)Компьютеры-(11121)Косметика-(55)Кулинария-(373)Культура-(8427)Лингвистика-(374)Литература-(1642)Маркетинг-(23702)Математика-(16968)Машиностроение-(1700)Медицина-(12668)Менеджмент-(24684)Механика-(15423)Науковедение-(506)Образование-(11852)Охрана труда-(3308)Педагогика-(5571)Полиграфия-(1312)Политика-(7869)Право-(5454)Приборостроение-(1369)Программирование-(2801)Производство-(97182)Промышленность-(8706)Психология-(18388)Религия-(3217)Связь-(10668)Сельское хозяйство-(299)Социология-(6455)Спорт-(42831)Строительство-(4793)Торговля-(5050)Транспорт-(2929)Туризм-(1568)Физика-(3942)Философия-(17015)Финансы-(26596)Химия-(22929)Экология-(12095)Экономика-(9961)Электроника-(8441)Электротехника-(4623)Энергетика-(12629)Юриспруденция-(1492)Ядерная техника-(1748)

Для определения прочности, упругости и пластичности чаще всего материалы подвергают испытанию на растяжение на специальных машинах (например, Р – 20, Р – 50 или зарубежных фирм Инстрон, Цвик и др.).

Стандартные образцы (ГОСТ 1497 – 84) круглой или плоской формы подвергают растяжению постоянно фиксируя при этом величину нагрузки и степень деформации записывая их прибором – самописцем в виде диаграммы (рисунок 33).

Рисунок 33 – Диаграмма растяжения

На диаграмме растяжения (см. рисунок 33) можно выделить несколько характерных участков:

Участок 0-А – зона упругих деформаций. Под действием приложенных сил происходит только незначительное смещение атомов или поворот блоков кристалла. После снятия нагрузки, смещенные атомы под действием сил притяжения или отталкивания возвращаются в исходное равновесное состояние, и кристаллы приобретают свою первоначальную форму и размеры. Упругая деформация характеризуется прямо пропорциональной зависимостью от напряжения и упругим изменением размеров междуатомных расстояний.

Участок А-Б – начало пластических деформаций в отдельных зернах.

Участок Б-Г – упруго-пластические деформации (у нескольких материалов сталь ст.1, ст.2 может наблюдаться площадка текучести материала – участок Б-Г). При снятии нагрузки устраняется лишь упругая составляющая деформации. Пластическая часть деформации остается. Пластическая (остаточная, необратимая) деформация, остающаяся после снятия нагрузки, связана с перемещением атомов внутри кристаллов на относительно большие расстояния и вызывает остаточные изменения формы, структуры и свойств без макроскопических нарушений сплошности металла. Пластическая деформация в кристаллах может осуществляться скольжением и двойникованием. Скольжение – это смещение отдельных частей кристалла (одной части относительно другой) под действием касательных напряжений, когда эти напряжения в плоскости и направлении скольжения достигают определенной критической величины (рисунок 34, а). Двойникование – это перестройка при деформации части кристалла в новое положение, зеркально симметричное к недеформированной части кристалла относительно плоскости, называемой плоскостью двойникования ММ (рисунок 34, б). Скольжение (сдвиг) в кристаллической решетке протекает по наиболее плотно усеянным атомами кристаллическим плоскостям и кристаллографическим направлениям, где величина сопротивления сдвигу наименьшая. Это объясняется тем, что расстояние между соседними атомными плоскостями наибольшее, а связь между ними наименьшая.

а – сдвигом, б – двойникованием

Рисунок 34 – Схемы деформации

Участок Г-Д – стадия разрушения материала. При наличии данного участка после достижения точки Г (предела прочности) происходит образование шейки (местного утончения образца).

Прочность – способность материала сопротивляться разрушению под действием нагрузок. Она оценивается пределом текучести и пределом прочности.

Упругость – способность материала восстанавливать первоначальные формы и размеры после снятия нагрузки. Такая закономерность для материалов наблюдается при нагрузках до РА.

Максимальное напряжение до которого материал ведет себя практически упруго (остаточная деформация не превышают выше 0,05%) называется пределом упругости:

, [МПа] (8)

где P0,05 – нагрузка, Н,

F0 – площадь поперечного сечения, мм2.

Предел текучести физический (στ) – это наименьшее напряжение, при котором образец деформируется без заметного увеличения нагрузки (участок Б-В, см. рисунок 33):

, [МПа] (9)

При этом для пластичных материалов, например, отожженной низкоуглеродистой стали наблюдается площадка текучести.

Малопластичные материалы не имеют площадки текучести, поэтому их характеризуют условным пределом текучести σ0,2, т.е. таким напряжением, при котором остаточная деформация составляет 0,2%.

Предел прочности σв или временное сопротивление – это максимальное напряжение соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующее разрушению образца:

, [МПа] (10)

В момент, соответствующий нагрузке Рmax появляется заметное местное сужение образца (шейка). Если до этого момента образец имел цилиндрическую форму, то теперь растяжение образца сосредоточивается в области шейки. Участку Г-Д соответствует быстрое уменьшение сечения шейки, вследствие этого растягивающая сила уменьшается, хотя напряжение растет (площадь сечения в шейке Fк< F0; рисунок 35).

а – в исходном состоянии, б – после растяжения

Рисунок 35 – Образец для растяжения

При дальнейшей деформации шейка сужается и образец разрывается по наименьшему сечению FK, где напряжения в действительности достигают наибольшего значения. Моменту разрыва соответствует точка Д, усилие разрыва обозначим Рк. Отношение разрывающего усилия к действительной площади сечения в месте разрыва FK называется истинным сопротивлением разрыву:

, [МПа] (11)

Аналогичным образом, меняя схему нагружения (изгиб, сжатие, кручение), можно определить пределы прочности материалов при σи, σсж, σкр.

Пластичность – способность материала изменять форму и размеры под действием внешних сил, при этом не разрушаясь. Пластичность оценивается относительным удлинением δ и относительным сужением ψ.

(12)

(13)

где lк, l0 – длинна образца до растяжения и после соответственно, мм

F0, Fк – площадь сечения образца до растяжения и после соответственно, мм2

Чем пластичнее материал, тем больше значение ψ и δ. У хрупких материалов они стремятся к нулю.

Дата добавления: 2014-01-13; Просмотров: 2833; Нарушение авторских прав?

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Рекомендуемые страницы:

Предел упругости -условное напряжение повышение которого вызывает незначительные остаточные деформации при разгрузке образца (0,001-0,03%).

При дальнейшем увеличении нагрузки диаграмма имеет ярко выраженный криволинейный вид с выпуклостью вверх, до тех пор, пока вблизи точки не начнут возникать значительные удлинения без заметного роста растягивающей силы (горизонтальный участок 3-3).

Предел текучести -условное напряжение, при котором происходит течение материала, т.е. увеличение деформации при постоянной (примерно) нагрузки.

При нагрузке на поверхности зеркально шлифованного образца под углом 450 к продольной оси появляются так называемые линии Чернова – Людерса (полосы скольжения). Они вызваны взаимным перемещениям частиц материала. На участке (3-3) стержень может удлиниться 10-15 раз больше, чем до предела пропорциональности.

После образования площадки текучести материал вновь начинает сопротивляться дальнейшему растяжению (упрочняется), а участок (3-4) называется зоной упрочнения. До максимальной силы продольное удлинение поперечное сужение образца почти равномерно по всей расчетной длине образца.

Предел прочности (или предел временного сопротивления) -наибольшее условное напряжение, которое выдерживает образец при испытании до разрушения.

Начиная с точки 4, поведение образца резко меняется: деформации удлинения и сужения сосредотачиваются в одном месте образца. Небольшой участок образца около этого места подвергается в дальнейшем наибольшему напряжению. Это влечет за собой местное сужение поперечного сечения, образуется «шейка» (иногда наблюдается образование «шейки» одновременно в нескольких местах). Вследствие уменьшения площади поперечного сечения для дальнейшего удлинения образца нужна все меньшая сила. Наконец при нагрузке происходить разрыв образца.

Истинное напряжение (напряжение в момент разрыва образца)-равно отношению силы к площади сечения «шейки» .

Свойства материала при разгрузке стремиться восстановить свою первоначальную форму и размеры называется упругостью, а свойства материала деформироваться в необратимой форме, сохраняя заданные размеры и форму под нагрузкой-пластичностью. Поэтому сталь и многие металлы называются упруго-пластичными материалами. Полная деформация таких материалов .

Отношение полного удлинения при разрушении образца к первоначальной длине есть мера пластичности материала, т.е. способности получать большие остаточные деформации при разрушении. Если это отношение выражено в процентах, то её называют остаточным относительным удлинением образца .

Остаточное относительное сужение -величина для оценки пластических свойств материала.

Наклеп (или нагортовки)-Повторная нагрузка вызывает удлинения, материал подчиняется закону Гука вплоть до напряжения . Повышается предел пропорциональности материала (повышается и условный предел текучести -напряжение при котором остаточные деформации достигают 0,2%). Явление изменения свойств материала в результате предварительного пластического деформирования носит название наклепа или нагортовки. При дальнейшем нагружении диаграмма продолжается по кривой и предел прочности остается неизменным.

Если же наклепанный стержень нагрузить через достаточно большое время, то повышается и предел прочности. Такое изменение свойства материала принято называть естественным старением. Оно может быть ускорено термической обработкой (искусственное старение). Наклёп и старение широко используются в технике- натяжка электропроводов, цепей, троссов перед установкой, холодная прокатка поверхности валиками и т.д.

При сжатии металлов явление наклепа протекает так же, как и при растяжении. Однако наклеп, вызванный предварительным растяжением понижает пределы пропорциональности и текучести при сжатии . Это явление носит название эффекта Баушингера. Аналогичные результаты получаются при испытании на кручение в одном, а потом в противоположном направлении.

Диаграмма сжатия образца из малоуглеродистой стали.

Какие механические свойства на растяжении

Применяются цилиндрические образцы с отношением высоты к диаметру равным . Для более длинных образцов в опытах трудно избежать влияния продольного изгиба. Образец помещается между двумя плитами пресса, которые, сближаясь, деформирует его. Сжимаемый в продольном направлении образец стремится расшириться в поперечных направлениях. Однако из-за трения между плитами пресса и торцами образца расширение происходит не свободно. В результате образец приобретает вид бачонка.

Особенности свойств упруго пластичных материалов при сжатии:

Какие механические свойства на растяжении

Разрушение материала не происходит, под действием приложенной силы образец принимает бочкообразную форму, а затем превращается в диск;

На участке 0-1 материал образца подчиняется закону Гука, причем предел пропорциональности при сжатии близок по абсолютной величине к при растяжении, т.е. , а , ;
В испытаниях обычно определяют предел пропорциональности;
При загружениях за пределом пропорциональности полная деформация образца .

Диаграмма растяжения сжатия упруго хрупких материалов (на примере чугуна)

Вид образца до и после испытания

Особенности свойств упруго-хрупких материалов (чугун, бетон, природные камни и т.д.) при растяжении и сжатии:

На диаграммах нет ярко выраженного начального прямолинейного участка (иногда диаграмму спрямляют на участке или на всем протяжении – штриховая линия). Материал условно упругий;
Разрушение материала происходит как при растяжении, так и при сжатии, при малых остаточных деформациях ;

Какие механические свойства на растяжении

В испытаниях определяют предел прочности . Обычно при сжатии по абсолютной величине больше при растяжении ( для чугуна ). Т.е. показатель прочности упруго-хрупких материалов при сжатии больше, чем при растяжении;

Разрушение при растяжении происходит по плоскости перпендикулярно к продольной оси образца, при сжатии под углом 300-450 к продольной оси либо параллельно ей.

Диаграмма испытаний анизотропных упруго вязких материалов (на примере древесины).

Испытание анизотропных материалов (древесина, слоистые пластмассы) производится в нескольких направлениях (вдоль и поперек волокон- в опытах с древесиной). Вид образцов из древесины до и после испытания

Особенности механических свойств древесины при растяжении и сжатии:

Какие механические свойства на растяжении

При растяжении вдоль волокон предел прочности материала в несколько раз (до 10) больше, чем предел прочности поперек волокон , а полные деформации к моменту разрушения наоборот.

При растяжении и сжатии вдоль волокон определяют предел прочности , поперек волокон – предел пропорциональности ;
При сжатии (смятии) поперек волокон растяжение между волокнами уменьшается и материал переходит в новое качество- прессованную древесину;
Вид диаграммы зависит от скорости нагружения или скорости деформирования . Проявляются вязкие свойства материала, Поэтому древесину относят к группе упруго вязких материалов.

Механизм упругой и пластической деформации.

Твердые тела разделяются на аморфные и кристаллические. Аморфные (стекло, пластмассы) в своем поведении обнаруживают качества сходные с вязкой жидкостью, свойства их не носят стабильного характера, резко зависят от времени действия сил. В связи с этим рассмотрим механизм деформирования металлов.

Металлы и их сплавы, представляют собой полукристаллические тела, т.е. состоят из множества мелких кристаллов, называемые кристаллитами и зернами. Прочность металлов и сплавов определяются прочностью зерен и соединением их между собой. Внутри кристаллов, атомы металлов располагаются в определенном порядке, образуя правильную пространственную решетку, называемую кристаллической решеткой. Строение её зависит от свойств атомов и физических условий кристаллизации. Между атомами кристаллической решетки существуют постоянные силы взаимодействия, система которых в ненагруженном кристалле строго определена, также как и расположение самих атомов.

Под влиянием внешних сил изменяются расстояния между атомами. Если смещения невелики и силы межатомного взаимодействия не преодолены, то после снятия нагрузки атомы возвращаются в первоначальное положение устойчивого равновесия. Так протекает упругая деформация.

Если внешние силы увеличиваются, то возрастают и внутренние. Возникает пластическая деформация, а в дальнейшем и разрушения.

Пластическая деформация металлов происходит в результате смещения одного слоя атомов кристаллической решетки относительно другой на целое число элементов решетки (упрощенная идеализированная модель изображена на рисунке). Это явление называется скольжением. Расстояние “а” между атомами остается неизменным. Каждый предыдущий атом занимает место последующего. Кристалл сохраняет свои свойства, меняя лишь конфигурацию. На поверхности тела из упруго-пластичных материалов в момент течения появляются полосы скольжения.

Точные теоретические расчеты позволяют определить усилия, при которых должна появляться пластическая деформация скольжения. В действительности эта деформация образуется при уровнях напряжений в сотни раз меньше теоретических. Это объясняется наличием в реальных металлах дефектов и несовершенств кристаллической решетки. Например, отсутствие (выпадение) в кристаллической решетке одного или нескольких атомов, называемое вакансией, или слоя атомов, называемое дислокацией, а также внедрение (включение) частиц элементов другого химического состава. В результате при невысоких уровнях напряжений вакансии, дислокации перемещаются через кристалл. При этом переход атомов в соседнее положение происходит не одновременно по всей плоскости скольжения, а распространяется подобно волне или подобно последовательному опрокидыванию брусков, в случае представленном на рисунке. Толкнув первый брусок, мы опрокинем последовательно все, на что потребуется энергии меньше, чем для опрокидывания всех брусков одновременно.

Возникшее в одном кристалле пластическое смещение не может возрастать неограниченно, т.к. оказывается блокированным соседними, более удачно ориентированными кристаллами. Этим объясняется упрочнение материала и увеличение сил при наличии пластической деформации. Повышение сопротивления движению дислокаций приводит к увеличению прочности металлов, например при включении в материал нитей или опилок другого материала. Получены бездислокационные (бездефектные) нитевидные металлические кристаллы “усы”, обладающие прочностью близкой к теоретической. Установлено, что при большом количестве вакансий, дислокаций, ориентированных определенным образом, удается также повысить прочность материала, т.к. наблюдается эффект гашения, например одной дислокации при встрече другой.

Влияние различных факторов на механические свойства материалов.

Влияние изменения температуры.

Свойства материалов зависит от температуры тела Т. Изменение температуры, оказывает наименьшее влияние на каменные (естественные и искусственные) материалы. Металлы, их сплавы и полимеры существенно изменяют механические характеристики при изменении температуры.

Опытами установлено:

До пределы текучести и прочности углеродистой стали повышаются (), а остаточные относительное удлинение уменьшается (примерно вдвое). Сталь становится синеломкой. При дальнейшем увеличении температуры и резко уменьшаются, а увеличивается. Поэтому выше такую сталь не применяют;
При повышении температур модуль упругости стали уменьшается (до 40% при 5000), а коэффициент Пуассона увеличивается (от 0,28 при Т=200С до 0,33 при Т=5000);
В случае длительного воздействия высокой температуры происходит разрушение материала при напряжений меньшем предела прочности . В связи с этим вводится специальная характеристика предел длительной прочности – максимальное постоянно действующее напряжение, которое может выдержать материал, не разрушаясь в течение определенного времени t при заданной температуре Т. Чем меньше , а значит больше t, тем меньше остаточное относительное удлинение , т.е материал становится хрупким. Это явление называется охрупчиванием. Для высокополимеров указанный эффект проявляется при комнатной температуре;
При охлаждении сталей, цинковых сплавов ниже 00 С модуль Е, пределы и возрастают, а показатели и – уменьшаются. Материал становится хрупким. Такие материалы называются хладноломкими. Цветные металлы (медь, алюминий, никель, серебро, золото) и специальные стали, не обладают хладноломкостью при понижении температуры растут Е, и , и .

При действии высоких температур материалы должны обладать жаростойкостью (способность противостоять химическому воздействию, например газовой среде) и жаропрочностью (способностью сохранять механические свойства). Свойство материалов не размягчаться или слабо размягчаться при достаточно длительном воздействии высокой температуры, как температура каления, называется красностойкостью (для стали . Сейчас созданы специальные сплавы и металлокерамические материалы, которые надежно применяются при .

При низких температурах надо применять материалы, не обладающие хладноломкостью.

Влияние скорости нагружения и деформирования.

При увеличении скорости нагружения , а следовательно, и скоростей напряжений и деформации , пластические материалы увеличивают сопротивляемость деформированию. У металлов влияние проявляется при значительной разнице в скоростьях. Сильно зависят от свойства пластмасс.

Сравнение результатов статических и динамических испытаний малоуглеродистой стали, на растяжение при ком?