Предел текучести и предел прочности материалов при растяжении: Разница объяснена

1. Критерии урожайности

В машиностроении часто используются три критерия текучести:

(1) Предел пропорциональности - Наибольшее напряжение, при котором сохраняется линейная зависимость на кривой "напряжение-деформация", в международном масштабе представленное как σp. Считается, что материал начинает деформироваться, когда напряжение превышает σp.

(2) Предел упругости - после нагружения и разгрузки испытуемого образца, согласно стандарту, не остается остаточной постоянной деформации. Наибольшее напряжение, при котором материал может полностью восстановиться в упругом состоянии, принято обозначать как σel в международном масштабе. Считается, что материал начинает деформироваться, когда напряжение превышает σel.

(3) Предел текучести - Стандартом является конкретная остаточная деформация, например, напряжение остаточной деформации 0,2%, принимаемое за предел текучести, обозначаемый как σ0,2 или σys.

2. Факторы, влияющие на предел текучести

К внутренним факторам, влияющим на предел текучести, относятся:

Связи, микроструктура, строение, атомные свойства. Сравнение предела текучести металла с керамикой и полимерами демонстрирует фундаментальное влияние связи.

С точки зрения микроструктурных воздействий, на предел текучести металлических материалов могут влиять четыре механизма упрочнения:

(1) Укрепление твердого раствора;

(2) Деформационное упрочнение;

(3) Усиление осадков и усиление дисперсии;

(4) Упрочнение границ зерен и субзерен.

Осадочное упрочнение и измельчение зерна - наиболее распространенные методы повышения предела текучести промышленных сплавов. Среди этих механизмов упрочнения первые три снижают пластичность при одновременном повышении прочности материала. Только рафинирование зерен и субзерен может повысить как прочность, так и пластичность.

К внешним факторам, влияющим на предел текучести, относятся:

Температура, скорость деформации, напряженное состояние. С понижением температуры и увеличением скорости деформации предел текучести материала повышается. Кубические металлы с телесным центром особенно чувствительны к температуре и скорости деформации, что приводит к такому явлению, как низкотемпературная хрупкость стали.

Влияние напряженного состояния также имеет большое значение. Хотя предел текучести отражает фундаментальное свойство материала, различные состояния напряжения приводят к различным пределам текучести. Обычно, когда мы говорим о пределе текучести материала, мы имеем в виду его предел текучести при однонаправленном растяжении.

3. Инженерное значение предела текучести

Традиционные методы расчета на прочность используют предел текучести в качестве стандарта для пластичных материалов, определяя допустимое напряжение [σ]=σys/n, где коэффициент безопасности n обычно равен 2 или больше. Для хрупких материалов в качестве стандарта используется предел прочности при растяжении, определяющий допустимое напряжение [σ]=σb/n, где коэффициент безопасности n обычно равен 6.

Важно отметить, что следование традиционным методам расчета прочности неизбежно приведет к чрезмерному акценту на материалах с высоким пределом текучести. Однако с увеличением предела текучести материала его сопротивление разрушению снижается, что повышает риск хрупкого разрушения.

Предел текучести не только имеет непосредственное прикладное значение, но и является грубым показателем определенных механических свойств и технологических характеристик материалов в технике.

Например, увеличение предела текучести материала делает его более чувствительным к коррозии под напряжением и водородное охрупчивание. Если предел текучести материала низкий, то он обладает лучшими холодная штамповка и сварочных свойств. Поэтому предел текучести является незаменимым ключевым показателем свойства материала.

После того как материал начинает поддаваться деформации, продолжающаяся деформация приводит к упрочнению.

4. Практическое значение индекса трудолюбия n

Индекс упрочнения n отражает деформационное упрочнение материала после начала текучести и продолжения деформации, определяя максимальное напряжение, при котором начинает происходить утолщение. n также определяет максимальную равномерную деформацию, которую может создать материал, что имеет решающее значение в холодном состоянии. процессы формования.

Для рабочих деталей также требуется, чтобы материалы обладали определенной способностью к закалке.

В противном случае при периодических перегрузках возникнет чрезмерная пластическая деформация, которая может привести к локальной неравномерной деформации или разрушению.

Поэтому способность материала к упрочнению является надежной гарантией безопасного использования деталей.

Деформационное упрочнение является важным средством повышения прочности материала. Нержавеющая сталь имеет большой индекс упрочнения n=0,5, что приводит к высокой степени равномерной деформации.

Хотя предел текучести нержавеющей стали невысок, его можно значительно повысить с помощью холодной деформации. Высокоуглеродистая сталь Проволока, после изотермической обработки в свинцовой ванне и волочения, может достигать более 2000 МПа.

Однако традиционные методы усиления деформации могут только увеличить прочность, значительно снижая пластичность. В некоторых новые материалы В процессе разработки было отмечено, что изменение микроструктуры и ее распределения может улучшить как прочность, так и пластичность при деформации.

5. Прочность на разрыв

Прочность на растяжение представляет собой сопротивление разрушению, когда в материалах не наблюдается шейки. Когда при проектировании изделий используются хрупкие материалы, их допустимое напряжение основано на пределе прочности на растяжение. Что означает предел прочности при растяжении для пластиковых материалов общего назначения?

Хотя предел прочности при растяжении представляет собой только максимальное сопротивление равномерной пластической деформации, он указывает на предельную несущую способность материала при статическом растяжении. Внешняя нагрузка, соответствующая пределу прочности на растяжение σb, - это максимальная нагрузка, которую может выдержать образец.

Несмотря на то, что некрэкинг постоянно развивается и фактическое напряжение растет, внешняя нагрузка быстро снижается.

Работа, затрачиваемая на единицу объема материала от деформации до разрушения при статическом растяжении, называется статической вязкостью. Строго говоря, она должна быть равна площади под истинной кривой "напряжение-деформация".

Для простоты инженерных расчетов она приближенно определяется как: Для пластичных материалов статическая вязкость является комплексным показателем прочности и пластичности.

Чистые высокопрочные материалы, такие как пружинная сталь, не обладают высокой статической вязкостью, а низкоуглеродистая сталь с хорошей пластичностью также не обладает высокой статической вязкостью.

Только закаленная и высокотемпературно отпущенная среднеуглеродистая (легированная) конструкционная сталь обладает самой высокой статической вязкостью.

Твердость не является самостоятельным основным свойством металлов. Она относится к способности металла сопротивляться деформации или разрушению на своей поверхности в пределах небольшого объема.