Пластичность и хрупкость материалов

Кроме предела текучести и предела прочности очень важной характеристикой является пластичность материала. Она характеризуется величиной относительного удлинения ε и относительного сужения поперечного сечения ψ после разрыва образца.

где , – соответственно длина образца после разрыва и первоначальная длина; ε колеблется для стали в пределах 7-10%.

Относительное сужение поперечного сечения находится из выражения

Обычно для стали ψ не превышает 2–5 %.

^ Пластичные материалы разрушаются при значительных деформациях.Это малоуглеродистые стали, цветные металлы и др.

Хрупкие материалы разрушаются при очень малых деформациях. Это чугун, кирпич, стекло, бетон и др.

Для пластичных материалов пределы пропорциональности и текучести на растяжение и сжатие совпадают. Предел прочности на сжатие пластичных материалов определить нельзя, а для хрупких можно.

Хрупкие материалы всегда лучше сопротивляются сжатию, чем растяжению.

Рисунок 8.5

На рисунке 8.5 приведены диаграммы растяжения пластичного материала (мягкой стали) и хрупкого (чугуна). Видно, что хрупкий материал разрушился при небольшой относительной деформации и не имеет предела текучести.
^

Диаграммы сжатия

Сравнительные испытания сталей на растяжение и сжатие показали, что зависимость между напряжениями и деформациями получаются приблизительно одинаковыми. Поэтому их испытывают преимущественно на растяжение. При испытаниях металлов на сжатие изготавливают образцы в виде цилиндриков, у которых , либо в виде кубиков. Размеры образцов для различных материалов различны.

При сжатии образца из пластичного материала при напряжениях ниже предела пропорциональности или текучести материал ведёт себя так, как при растяжении. После перехода за предел пропорциональности появляются заметные остаточные деформации. Образец принимает бочкообразную форму. По мере увеличения площади поперечного сечения приходится для дальнейшего деформирования увеличивать нагрузку, пока образец не превратиться в лепёшку. Напряжения, аналогичного пределу прочности при разрыве, наблюдать не приходиться. Хрупкие материалы при сжатии разрушаются так же, как и при растяжении, при весьма малых деформациях. Разрушение хрупких материалов начинается с появления продольных, параллельных направлению сжимающей силы, трещин на образце. Следует отметить, что хрупкие материалы обычно сопротивляются сжатию лучше, чем растяжению.

Н а рисунке 8.6 показаны диаграммы при испытании на сжатие мягкой стали и чугуна. Пластичный материал не имеет предела прочности на сжатие. Хрупкий материал, например чугун, разгружается и при сжатии с небольшой относительной деформацией.

Таким образом, при испытании на сжатие величина предела прочности является в значительной мере условной характеристикой прочности материала. Это обстоятельство приходится учитывать при назначении коэффициента запаса прочности.

Э
Рисунок 8.6
тот коэффициент должен быть выбран с тем расчётом, чтобы величина нормальных напряжений, действующих по всему сечению образца, не превосходила предела упругости или текучести материала, а при действии переменных нагрузок – пределов выносливости, который обычно ниже предела текучести. При других динамических нагрузках значение коэффициента запаса прочности увеличивают в несколько раз.

^

ДЕФОРМАЦИЯ СДВИГА И СМЯТИЯ