Предел прочности материалов (разрыв металлов) при растяжении и сжатии: что это такое, виды, фото

Преде́л про́чности — механическое напряжение , выше которого происходит разрушение материала. Иначе говоря, это пороговая величина, превышая которую механическое напряжение разрушит некое тело из конкретного материала. Следует различать статический и динамический пределы прочности. Также различают пределы прочности на сжатие и растяжение.

Величины предела прочности[править | править код]

Статический предел прочности[править | править код]

Статический предел прочности, также часто называемый просто пределом прочности есть пороговая величина постоянного механического напряжения, превышая который постоянное механическое напряжение разрушит некое тело из конкретного материала. Согласно ГОСТ 1497-84 «Методы испытаний на растяжение», более корректным термином является временное сопротивление разрушению — напряжение, соответствующее наибольшему усилию, предшествующему разрыву образца при (статических) механических испытаниях. Термин происходит от представления, по которому материал может бесконечно долго выдержать любую статическую нагрузку, если она создаёт напряжения, меньшие статического предела прочности, то есть не превышающие временное сопротивление. При нагрузке, соответствующей временному сопротивлению (или даже превышающей её — в реальных и квазистатических испытаниях), материал разрушится (произойдет дробление испытываемого образца на несколько частей) спустя какой-то конечный промежуток времени (возможно, что и практически сразу, — то есть не дольше чем за 10 с).

Динамический предел прочности[править | править код]

Динамический предел прочности есть пороговая величина переменного механического напряжения (например при ударном воздействии), превышая которую переменное механическое напряжение разрушит тело из конкретного материала. В случае динамического воздействия на это тело время его нагружения часто не превышает нескольких секунд от начала нагружения до момента разрушения. В такой ситуации соответствующая характеристика называется также условно-мгновенным пределом прочности, или хрупко-кратковременным пределом прочности.

Предел прочности на сжатие[править | править код]

Предел прочности на сжатие есть пороговая величина постоянного (для статического предела прочности) или, соответственно, переменного (для динамического предела прочности) механического напряжения, превышая который механическое напряжение в результате (за конечный достаточно короткий промежуток времени) сожмет тело из конкретного материала — тело разрушится или неприемлемо деформируется.

Предел прочности на растяжение[править | править код]

Предел прочности на растяжение есть пороговая величина постоянного (для статического предела прочности) или, соответственно, переменного (для динамического предела прочности) механического напряжения, превышая который механическое напряжение в результате (за конечный достаточно короткий промежуток времени) разорвет тело из конкретного материала. (На практике, для детали какой либо конструкции достаточно и неприемлемого истончения детали.)

Другие прочностные параметры[править | править код]

Мерами прочности также могут быть предел текучести, предел пропорциональности, предел упругости, предел выносливости, предел прочности на сдвиг и др. так как для выхода конкретной детали из строя (приведения детали в негодное к использованию состояние) часто достаточно и чрезмерно большого изменения размеров детали. При этом деталь может и не разрушиться, а лишь только деформироваться. Эти показатели практически никогда не подразумеваются под термином «предел прочности».

Прочностные особенности некоторых материалов[править | править код]

Значения предельных напряжений (пределов прочности) на растяжение и на сжатие у многих материалов обычно различаются.

У композитов предел прочности на растяжение обычно больше предела прочности на сжатие. Для керамики (и других хрупких материалов) — наоборот, характерно многократное превышение пределом прочности на сжатие предела прочности на растяжение. Для металлов, металлических сплавов, многих пластиков, как правило, характерно равенство предела прочности на сжатие и предела прочности на растяжение. В большей степени это связано не с физикой материалов, а с особенностями нагружения, схемами напряженного состояния при испытаниях и с возможностью пластической деформации перед разрушением.

Прочность твёрдых тел обусловлена в конечном счёте силами взаимодействия между атомами, составляющими тело. При увеличении расстояния между атомами они начинают притягиваться, причем на критическом расстоянии сила притяжения по абсолютной величине максимальна. Напряжение, отвечающее этой силе, называется теоретической прочностью на растяжение и составляет σтеор ≈ 0,1E, где E — модуль Юнга . Однако на практике наблюдается разрушение материалов значительно раньше, это объясняется неоднородностями структуры тела, из-за которых нагрузка распределяется неравномерно.

Некоторые значения прочности на растяжение в МПа (1 кгс/мм² = 100 кгс/см² ≈ 10 МН/м² = 10 МПа) (1 МПа = 1 Н/мм² ≈ 10 кгс/см²)[1]:

См. также[править | править код]

• Теоретический предел прочности

Примечания[править | править код]

1. ↑ Диапазон пределов прочности для стали составляет 500-3000 МПа (Б. Н. Арзамасов, В. А. Брострем, Н. А. Буше и др. Конструкционные материалы. Справочник. — М.: Машиностроение, 1990. — 688 с.).

Временное сопротивление разрыву стали ГОСТ

Гост 1050-88 сталь качественная и высококачественная. сортовой и фасонный прокат, калиброванная сталь. часть 1

ГОСУДАРСТВЕННЫЕ СТАНДАРТЫ

СТАЛЬ КАЧЕСТВЕННАЯ

И ВЫСОКОКАЧЕСТВЕННАЯ

СОРТОВОЙ И ФАСОННЫЙ ПРОКАТ,

КАЛИБРОВАННАЯ СТАЛЬ

Часть 1

ГОСТ 1050-88

Москва

ИПК ИЗДАТЕЛЬСТВО СТАНДАРТОВ

1996

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР

Дата введения 01.01.91

Настоящий стандарт устанавливает общие технические условия для горячекатаного и кованого сортового проката из углеродистой качественной конструкционной стали марок 08, 10, 15, 20, 25, 30, 35, 40, 45, 50, 55, 58 (55пп) и 60 диаметром или толщиной до 250 мм, а также проката калиброванного и со специальной отделкой поверхности всех марок.

В части норм химического состава стандарт распространяется на другие виды проката, слитки, поковки, штамповки из стали марок, перечисленных выше, а также из стали марок 05кп, 08кп, 08пс, 10кп, 10пс, 11кп, 15кп, 15пс, 18кп, 20кп и 20пс.

1. ОСНОВНЫЕ ПАРАМЕТРЫ И РАЗМЕРЫ

1.1. Марки и химический состав стали по ковшевой пробе должны соответствовать приведенным в табл. 1.

Таблица 1

Примечания:

1. По степени раскисления сталь обозначают: кипящую — кп, полуспокойную — пс, спокойную — без индекса.

2. Сталь марки 05кп не допускается к применению во вновь создаваемой и модернизируемой технике.

3. Профиль для косых шайб по ГОСТ 5157 изготавливают из стали марок 20 и 35.

(Измененная редакция, Изм. № 1).

1.1.1. Массовая доля серы в стали должна быть не более 0,040 %, фосфора — не более 0,035 %.

Для стали марок 11кп и 18кп, применяемой для плакировки, массовая доля серы должна быть не более 0,035 %, фосфора — не более 0,030 %.

1.1.2. Остаточная массовая доля никеля в стали всех марок не должна превышать 0,30 %, меди в стали марок 11кп и 18кп — 0,20 %, в стали остальных марок — 0,30 %.

1.1.3. В стали марок 35, 40, 45, 50, 55 и 60, предназначенной для изготовления патентированной проволоки, массовая доля марганца должна быть 0,30-0,60% , никеля — не более 0,15 %, хрома — не более 0,15 %, меди — не более 0,20 %. Массовая доля серы и фосфора — соответственно требованиям стандартов на проволоку, но не превышает норм, приведенных в п. 1.1.1.

1.1.4. В стали марок 08пс, 10пс, 15пс и 20пс, предназначенной для изготовления листового проката для холодной штамповки, допускается массовая доля марганца до 0,25 % по нижнему пределу.

1.1.5. В стали марок 08пс, 10пс, 15пс и 20пс допускается массовая доля кремния менее 0,05% при условии применения других (кроме кремния) раскислителей в необходимых количествах.

1.1.6. В стали допускается массовая доля мышьяка не более 0,08 %.

1.1.7. Массовая доля азота в кислородно-конвертерной стали не должна превышать 0,006 % для тонколистового проката и ленты и 0,008 % — для остальных видов проката.

1.1.8. В соответствии с заказом в спокойной стали, изготовленной скрап-процессом и скрап-рудным процессом, допускается остаточная массовая доля никеля и хрома не более 0,40 % каждого.

(Введен дополнительно, Изм. № 1).

1.2. В прокате, заготовках, поковках и изделиях дальнейшего передела допускаются отклонения по химическому составу от норм, приведенных в табл. 1, в соответствии с табл. 2.

Таблица 2

(Поправка, ИУС 3-2007)

1.3. Сортамент проката должен соответствовать требованиям:

ГОСТ 2590 — для горячекатаного круглого;

ГОСТ 2591 или другой нормативно-технической документации — для горячекатаного квадратного;

ГОСТ 1133 — для кованого круглого и квадратного;

ГОСТ 2879 — для горячекатаного шестигранного;

ГОСТ 103 — для горячекатаного полосового;

ГОСТ 4405 — для кованого полосового;

ГОСТ 5157 — для профиля для косых шайб;

ГОСТ 7417 — для калиброванного круглого;

ГОСТ 8559 — для калиброванного квадратного;

ГОСТ 8560 — для калиброванного шестигранного;

нормативно-технической документации — для калиброванного полосового;

ГОСТ 14955 — со специальной отделкой поверхности.

Примеры условных обозначений приведены в приложении 1.

2. ТЕХНИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ

2.1. Характеристики базового исполнения

2.1.1. Прокат сортовой немерной (НД) длины с предельными отклонениями для обычной точности размеров, кривизны, овальности и других требований к форме, серповидности и отклонения от плоскостности класса 2 по ГОСТ 103 (для полосы).

2.1.2. Прокат калиброванный немерной (НД) длины с предельными отклонениями для поля допуска — h21, овальностью — не более предельных отклонений по диаметру.

2.1.3. Прокат со специальной отделкой поверхности немерной (НД) длины с предельными отклонениями для поля допуска — h21, овальностью — не более половины предельных отклонений по диаметру.

2.1.4. Прокат сортовой без термической обработки, калиброванный и со специальной отделкой поверхности нагартованный — НГ или термически обработанный (отожженный, высокоотпущенный, нормализованный, нормализованный с отпуском, закаленный с отпуском) — ТО.

2.1.5 Прокат сортовой двух групп качества поверхности: 2ГП и 3ГП. Прокат группы качества поверхности 2ГП предназначен преимущественно для горячей обработки давлением, группы 3ГП преимущественно для холодной механической обработки.

(Поправка, ИУС 3-2007)

2.1.6. На поверхности проката группы качества поверхности 2ГП не должно быть раскатанных пузырей, прокатных плен, закатов, трещин, загрязнений, трещин напряжения.

2.1.1-2.1.6. (Измененная редакция, Изм. № 1).

2.1.6.1. Дефекты на поверхности должны быть удалены пологой вырубкой или зачисткой, ширина которой должна быть не менее пятикратной глубины.

Глубина зачистки дефектов, считая от фактического размера, не должна превышать:

половины допуска на размер — для проката размером менее 80 мм;

допуска на размер — для проката размером от 80 до 140 мм;

5 % диаметра или толщины — для проката размером от 140 до 200 мм;

6 % — диаметра или толщины — для проката размером более 200 мм.

В одном сечении проката размером (диаметром или толщиной) более 140 мм допускается не более двух зачисток максимальной глубины.

2.1.6.2. На поверхности проката допускаются без зачистки отдельные риски, вмятины и рябизна глубиной в пределах половины допуска на размер, а также раскатанные пузыри и загрязнения (волосовины) глубиной, не превышающей 1/4допуска на размер, но не более 0,20 мм, считая от фактического размера.

2.1.7. На поверхности проката с качеством поверхности группы 3ГП допускаются местные дефекты глубиной, не превышающей минусового предельного отклонения на размер для проката размером менее 100 мм; допуска на размер — для проката размером 100 мм и более.

Глубина залегания дефектов считается от номинального размера.

2.1.8. Прокат сортовой должен быть обрезан.

Допускаются смятые концы и заусенцы.

Косина реза сортового проката размером до 30 мм не регламентируется, свыше 30 мм — не должна превышать 0,1 диаметра или толщины. Прокат сортовой размером до 40 мм немерной длины допускается изготовлять с необрезными концами.

2.1.9. Качество поверхности и требования по обрезке концов калиброванного проката должны соответствовать — ГОСТ 1051 групп Б и В, со специальной отделкой поверхности — ГОСТ 14955 групп В, Г и Д.

В прокате со специальной отделкой поверхности обезуглероживание не допускается.

2.1.10. Твердость (ТВ1) сортового проката без термической обработки не должна превышать 255 HB, калиброванного и со специальной отделкой поверхности нагартованного — 269 HB.

Источник: https://www.vashdom.ru/gost/1050-88/

Предел прочности (Временное сопротивление). Прочность металлов | Справочник на сайте ИЦ Модификатор

Предел прочности — это то же, что и временное сопротивление материала. Но несмотря на то, что правильнее использовать термин временное сопротивление, понятие предел прочности лучше прижилось в технической разговорной речи. В то же время в нормативной документации, стандартах применяют термин «временное сопротивление».

©ИЦМ(www.modificator.ru)

Прочность — это сопротивление материала деформации и разрушению, одно из основных механических свойств. Другими словами, прочность — это свойство материалов, не разрушаясь, воспринимать те или иные воздействия (нагрузки, температурные, магнитные и другие поля).

К характеристикам прочности при растяжении относятся модуль нормальной упругости, предел пропорциональности, предел упругости, предел текучести и временное сопротивление (предел прочности).

Предел прочности — это максимальное механическое напряжение, выше которого происходит разрушение материала, подвергаемого деформации; предел прочности при растяжении обозначается σВ и измеряется в килограммах силы на квадратный сантиметр (кгс/см2), а также указывается в мегапаскалях (МПа).

Различают:

• предел прочности при растяжении,
• предел прочности при сжатии,
• предел прочности при изгибе,
• предел прочности при кручении.

Предел кратковременной прочности (МПа) определяется с помощью испытаний на растяжение, деформацию проводят до разрушения. С помощью испытаний на растяжение определяют временное сопротивление, удлинение, предел упругости и др.. Испытания на длительную прочность предназначены главным образом для оценки возможности использования материалов при высоких температурах (длительная прочность, ползучесть); в результате определяется σB/Zeit — предел ограниченной длительной прочности на заданный срок службы. [1]

©ИЦМ(www.modificator.ru)

Физику прочности основал Галилей: обобщая свои опыты, он открыл (1638 г.), что при растяжении или сжатии нагрузка разрушения P для данного материала зависит только от площади поперечного сечения F. Так появилась новая физическая величина — напряжение σ=P/F — и физическая постоянная материала: напряжение разрушения [4].

Физика разрушения как фундаментальная наука о прочности металлов возникла в конце 40-х годов XX века [5]; это было продиктовано острой необходимостью разработки научно обоснованных мер для предотвращения участившихся катастрофических разрушений машин и сооружений.

Раньше в области прочности и разрушения изделий учитывалась только классическая механика, основанная на постулатах однородного упруго-пластического твёрдого тела, без учёта внутренней структуры металла.

Физика разрушения учитывает также атомно-кристаллическое строение решётки металлов, наличие дефектов металлической решётки и законы взаимодействия этих дефектов с элементами внутренней структуры металла: границами зёрен, второй фазой, неметаллическими включениями и др.

Большое влияние на прочность материала оказывает наличие ПАВ в окружающей среде, способных сильно адсорбироваться (влага, примеси); происходит уменьшение предела прочности.

К повышению прочности металла приводят целенаправленние изменения металлической структуры, в том числе — модифицирование сплава.

Учебный фильм о прочности металлов (СССР, год выпуска: ~1980):

Предел прочности металла

Предел прочности меди. При комнатной температуре предел прочности отожжённой технической меди σВ=23 кгс/мм2 [8]. С ростом температуры испытания предел прочности меди уменьшается. Легирующие элементы и примеси различным образом влияют на предел прочности меди, как увеличивая, так и уменьшая его.

Предел прочности алюминия. Отожжённый алюминий технической чистоты при комнатной температуре имеет предел прочности σВ=8 кгс/мм2 [8]. С повышением чистоты прочность алюминия уменьшается, а пластичность увеличивается. Например, литой в землю алюминий чистотой 99,996% имеет предел прочности 5 кгс/мм2.

Предел прочности алюминия уменьшается естественным образом при повышении температуры испытания. При понижении температуры от +27 до -269°C временное сопротивление алюминия повышается — в 4 раза у технического алюминия и в 7 раз у высокочистого алюминия. Легирование повышает прочность алюминия.

©ИЦМ(www.

modificator.ru)

Предел прочности сталей

В качестве примера представлены значения предела прочности некоторых сталей. Эти значения взяты из государственных стандартов и являются рекомендуемыми (требуемыми). Реальные значения предела прочности сталей, равно как и чугунов, а также других металлических сплавов зависят от множества факторов и должны определяться при необходимости в каждом конкретном случае.

Для стальных отливок, изготовленных из нелегированных конструкционных сталей, предусмотренных стандартом (стальное литьё, ГОСТ 977-88), предел прочности стали при растяжении составляет примерно 40-60 кг/мм2 или 392-569 МПа (нормализация или нормализация с отпуском), категория прочности К20-К30. Для тех же сталей после закалки и отпуска регламентируемые категории прочности КТ30-КТ40, значения временного сопротивления уже не менее 491-736 МПа.

Для конструкционных углеродистых качественных сталей (ГОСТ 1050-88, прокат размером до 80 мм, после нормализации):

• Предел прочности стали 10: сталь 10 имеет предел кратковременной прочности 330 МПа.
• Предел прочности стали 20: сталь 20 имеет предел кратковременной прочности 410 МПа.
• Предел прочности стали 45: сталь 45 имеет предел кратковременной прочности 600 МПа.

Категории прочности сталей

Категории прочности сталей (ГОСТ 977-88) условно обозначаются индексами «К» и «КТ», после индекса следует число, которое представляет собой значение требуемого предела текучести. Индекс «К» присваивается сталям в отожженном, нормализованном или отпущенном состоянии. Индекс «КТ» присваивается сталям после закалки и отпуска.

Предел прочности чугуна

Метод определения предела прочности чугуна регламентируется стандартом ГОСТ 27208-87 (Отливки из чугуна. Испытания на растяжение, определение временного сопротивления).

Предел прочности серого чугуна. Серый чугун (ГОСТ 1412-85) маркируется буквами СЧ, после букв следуют цифры, которые указывают минимальную величину предела прочности чугуна — временного сопротивления при растяжении (МПа*10-1).

ГОСТ 1412-85 распространяется на чугуны с пластинчатым графитом для отливок марок СЧ10-СЧ35; отсюда видно, минимальные значения предела прочности серого чугуна при растяжении в литом состоянии или после термической обработки варьируются от 10 до 35 кгс/мм2 (или от 100 до 350 МПа).

Превышение минимального значения предела прочности серого чугуна допускается не более, чем на 100 МПа, если иное не оговорено отдельно.

Предел прочности высокопрочного чугуна. Маркировка высокопрочного чугуна также включает в себя цифры, обозначающие временное сопротивление при растяжении чугуна (предел прочности), ГОСТ 7293-85. Предел прочности при растяжении высокопрочного чугуна составляет 35-100 кг/мм2 (или от 350 до 1000 МПа).

Из вышеизложенного видно, что чугун с шаровидным графитом может успешно конкурировать со сталью.

Подготовлено: Корниенко А.Э. (ИЦМ)

Лит.:

1. Циммерман Р., Гюнтер К. Металлургия и материаловедение. Справ. изд. Пер. с нем. — М.: Металлургия, 1982. — 480 с.
2. Иванов В.Н. Словарь-справочник по литейному производству. — М.: Машиностроение, 1990. — 384 с.: ил. — ISBN 5-217-00241-1
3. Жуковец И.И. Механические испытания металлов: Учеб. для сред. ПТУ. — 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Высш.шк., 1986. — 199 с.: ил. — (Профтехобразование). — ББК 34.2/ Ж 86/ УДЖ 620.1
4. Штремель М.А. Прочность сплавов. Часть II. Деформация: Учебник для вузов. — М.:*МИСИС*, 1997. — 527 с.
5. Мешков Ю.Я. Физика разрушения стали и актуальные вопросы конструкционной прочности // Структура реальных металлов: Сб. науч. тр. — Киев: Наук. думка, 1988. — С.235-254.
6. Френкель Я.И. Введение в теорию металлов. Издание четвёртое. — Л.: «Наука», Ленингр. отд., 1972. 424 с.
7. Получение и свойства чугуна с шаровидным графитом. Под редакцией Гиршовича Н.Г. — М.,Л.: Ленинградское отделение Машгиза, 1962, — 351 с.
8. Бобылев А.В. Механические и технологические свойства металлов. Справочник. — М.: Металлургия, 1980. 296 с.

Источник: https://www.modificator.ru/terms/resistance.html