Подробное объяснение предела текучести материала

1. Предел текучести

Предел текучести - это предел текучести металлические материалы когда происходит текучесть, которая также является напряжением, противостоящим микропластической деформации.

Для металлических материалов без явной текучести в качестве предела текучести указывается величина напряжения, дающая остаточную деформацию 0,2%, которая называется условным пределом текучести или пределом прочности.

Внешнее усилие, превышающее предел текучести, приведет к необратимому разрушению детали и не подлежит восстановлению.

Например, предел текучести низкоуглеродистой стали составляет 207 МПа. При воздействии внешней силы, превышающей этот предел, деталь подвергается необратимой деформации.

Однако если внешнее усилие ниже этого предела, деталь вернется к своей первоначальной форме.

• Для материалов, демонстрирующих явление текучести, предел текучести определяется как напряжение в точке текучести или значение текучести.
• Для материалов без явлений текучести предел текучести определяется как напряжение, при котором предельное отклонение линейной зависимости между напряжением и деформацией достигает заданного значения, обычно 0,2% от первоначальной длины калибра.

Предел текучести - это широко используемый показатель оценки механических свойств твердых материалов, который представляет собой фактический предел эксплуатации материала. Когда напряжение в материале превышает предел текучести, происходит заклинивание, и материал быстро деформируется, что приводит к повреждению и делает его непригодным для использования.

Когда напряжение в материале превышает предел упругости и переходит в стадию текучести, скорость деформации возрастает. На этой стадии материал испытывает как упругую, так и пластическую деформацию. В точке, где пластическая деформация резко возрастает, напряжение и деформация слабо колеблются, что приводит к текучести. Максимальное и минимальное напряжения на этой стадии называются верхним пределом текучести и нижним пределом текучести соответственно.

Поскольку значение нижнего предела текучести относительно стабильно, оно считается надежным показателем прочности материала и обычно называется пределом текучести или пределом прочности (ReL или Rp0.2).

Некоторые стали, такие как высокоуглеродистая стальне проявляют явного явления текучести. В таких случаях предел текучести определяется как напряжение, при котором происходит незначительная пластическая деформация (0,2%), и называется условным пределом текучести.

Когда к материалу прикладывается сила, он подвергается деформации. Эту деформацию можно разделить на два типа: упругая деформация, при которой материал возвращается к своей первоначальной форме после снятия внешней силы, и пластическая деформация, при которой форма материала постоянно изменяется, что приводит к его удлинению или укорочению.

Предел текучести конструкционной стали используется в качестве основы для определения расчетного напряжения. Предел текучести, обычно обозначаемый σs, - это критическое значение напряжения, при котором материал разрушается.

• Для материалов, демонстрирующих явление текучести, предел текучести определяется как напряжение в точке текучести или значение текучести.
• Для материалов без явлений текучести предел текучести определяется как напряжение, при котором предельное отклонение линейной зависимости между напряжением и деформацией достигает заданного значения, обычно 0,2% удлинения материала.

Предел текучести обычно используется в качестве показателя оценки механических свойств твердых материалов и представляет собой фактический предел эксплуатации материала. Когда напряжение в материале превышает предел текучести, происходит пластическая деформация, и деформация увеличивается, делая материал непригодным для использования.

2. Тип

1. Выход трещин: явление трещин и отбеливание под напряжением.

2. Текучесть при сдвиге.

Определение предела текучести

Для металлических материалов без явного явления текучести измеряется заданный непропорциональный предел удлинения или заданное остаточное напряжение удлинения. Для металлических материалов с явным явлением текучести можно измерить предел текучести, верхний предел текучести и нижний предел текучести.

Как правило, измеряется только нижний предел текучести. Существует два распространенных метода определения верхнего предела текучести и нижнего предела текучести: графический метод и метод указателя.

Графический метод

Во время испытания используется автоматическое регистрирующее устройство для построения диаграммы "усилие-перемещение". Напряжение, представленное отношением оси силы на миллиметр, обычно не должно превышать 10 Н/мм^2, а кривая должна простираться как минимум до конца стадии текучести.

Для определения предела текучести, верхнего предела текучести и нижнего предела текучести рассчитываются постоянное усилие (Fe) на площадке текучести на кривой, максимальное усилие (Feh) до первого падения усилия на стадии текучести и минимальное усилие (FeL) без начального мгновенного эффекта.

Предел текучести можно рассчитать по следующей формуле: Re = Fe/So, где Fe - постоянная сила при текучести.

Верхний предел текучести рассчитывается следующим образом: Reh = Feh/So, где Feh - максимальное усилие до первого падения усилия на стадии текучести.

Нижний предел текучести рассчитывается следующим образом: ReL = FeL/So, где FeL - минимальное усилие без начального мгновенного воздействия.

Метод указателя

Во время испытания предел текучести, верхний предел текучести и нижний предел текучести определяются путем измерения постоянной силы, когда указатель диска для измерения силы перестает вращаться в первый раз, максимальной силы перед тем, как указатель вращается в первый раз, и минимальной силы, которая не достигает первоначального мгновенного эффекта, соответственно.

3. Стандарты

В строительном проектировании существует три общепринятых стандарта доходности:

• Кривая пропорционального предельного напряжения-деформации: Наибольшее напряжение на кривой, соответствующее линейной зависимости, обычно выражается как σp в международном масштабе. Когда напряжение превышает σp, считается, что материал начинает деформироваться.
• Предел упругости: Предел упругости определяется путем разгрузки образца после нагрузки и измерения максимального напряжения, которое материал может восстановить упруго без остаточной постоянной деформации. Обычно он выражается как ReL в международном масштабе. Материал считается текучим, когда напряжение превышает ReL.
• Заданная остаточная деформация: Предел текучести определяется на основе заданной остаточной деформации, например, остаточной деформации 0,2%, которая обычно принимается за предел текучести и обозначается Rp0,2.

4. Влияющие факторы

Внутренние факторы, влияющие на урожайность прочность материалов К ним относятся связь, структура, атомная природа и многое другое. При сравнении урожайности прочность металлов с керамикой и полимерами, становится очевидным, что влияние связи является основополагающим.

С точки зрения структуры существует четыре механизма упрочнения, которые могут влиять на предел текучести металлических материалов:

• Укрепление раствора
• Усиление деформации
• Усиление осадков и усиление дисперсии
• Упрочнение по границам зерен и субзерен.

Упрочнение осадками и рафинирование зерна - широко используемые методы повышения предела текучести промышленных сплавов. Из этих механизмов упрочнения первые три могут повысить прочность материала, но при этом снизить его пластичность. Рафинирование зерна - единственный способ повысить и прочность, и пластичность.

Внешние факторы, влияющие на предел текучести, включают температуру, скорость деформации и напряженное состояние. С понижением температуры и увеличением скорости деформации предел текучести материалов повышается, особенно у металлов с кубическим центром тела. Эти металлы очень чувствительны к температуре и скорости деформации, что приводит к низкотемпературному хрупкому разрушению сталей.

Влияние напряженного состояния также существенно, поскольку предел текучести - важный показатель, отражающий внутренние свойства материалов. Однако значения предела текучести могут варьироваться в зависимости от напряженного состояния. Обычно предел текучести относят к пределу текучести при одноосном растяжении.

5. Значимость проекта

Согласно традиционным методам расчета прочности, допустимое напряжение [σ] для пластичных материалов определяется на основе предела текучести (σys) и рассчитывается как [σ]=σys/n, где n - коэффициент безопасности, который в зависимости от ситуации может составлять от 1,1 до 2 и более. Для хрупких материалов допустимое напряжение [σ] определяется на основе предела прочности на растяжение (σb) и рассчитывается как [σ]=σb/n, где n обычно равно 6.

Важно отметить, что традиционный метод расчета на прочность часто отдает предпочтение высокому пределу текучести материалов, что может привести к снижению сопротивления хрупкому разрушению. По мере увеличения предела текучести материалов они становятся более восприимчивыми к коррозии под напряжением и водородное охрупчивание. И наоборот, материалы с низким пределом текучести обычно обладают хорошей формуемостью при холодной обработке и свариваемость.

В заключение следует отметить, что предел текучести является важнейшим показателем в свойства материала и обеспечивает приблизительную оценку различных механических характеристик и технологических свойств материалов в технике.