Кремний также мало влияет на свойства металла. Необходимо улучшить качество сварных деталей. Содержание этого элемента составляет не более 0,38% и добавляется в процессе окисления.
Прочность на пределе текучести стали
За свою долгую карьеру в металлургической промышленности я обнаружил, что не все могут легко объяснить и продемонстрировать предел текучести.
Я постараюсь дать вам быстрое и простое объяснение того, чему я научился за многие годы работы в этой отрасли. Устраивайтесь поудобнее и приступайте.
Текучесть металла
Механические свойства металлов чрезвычайно важны для любого дизайнера, использующего их в своей работе. Эта характеристика неизбежно влияет на максимально допустимую нагрузку на деталь или конструкцию. При увеличении этого значения происходит деформация, а в некоторых случаях и полное разрушение конструкции. Это может привести к серьезным повреждениям и гибели людей.
Предел текучести — это, по сути, максимально допустимая нагрузка, которая может быть приложена до разрушения конструкции. Чем выше предел, тем больше вероятность того, что вся конструкция будет устойчивой.
На практике речь идет в основном о функциональности материала или изделия. В течение длительного времени для определенных продуктов и далее прогнозировались максимально допустимые нагрузки. Теория прочности металлов была создана только в начале 19 века, но до этого все эти свойства были определены на практике, т.е. названы.
Сегодня, в век высоких технологий, эту задачу можно решить даже с помощью специальных компьютерных программ.
Величина предела текучести металла
В то время, когда атомная физика начала сильно развиваться, значение параметра можно было рассчитать теоретически. Впервые эта работа была представлена в 1924 году знаменитым Яковом Френкелем.
На самом деле, его задача была довольно сложной и требовала большого внимания, поэтому была придумана специальная формула, которая помогла всем справиться с заданием.
Значение предела текучести металла равно Tt=G/2t, где G — модуль сдвига.
Считалось, что для начала пластической деформации достаточно, чтобы первая половина тела сдвинулась относительно другой половины, что сделало невозможным возвращение в исходное положение.
Сера присутствует в виде хрупких сульфатных солей. Повышенное содержание этого элемента влияет на механические свойства сплава. Чем больше серы, тем хуже пластичность, текучесть и вязкость сплава. Если содержание серы превышает 0,06%, продукт становится более восприимчивым к коррозии и истиранию.
Предел текучести материала
Различные материалы по-разному сопротивляются пластической деформации, т.е. изменению формы и размеров. Предел текучести материала — это напряжение, при котором начинается пластическая деформация. Она относится к силе на единицу площади. Напряжение измеряется в Н/м² или других единицах, т.е. сила, деленная на площадь.
При этом учитывается предел текучести материалов. В реальных конструкциях материал не должен напрягаться выше предела текучести, иначе вся конструкция изменит форму, размеры и эксплуатационные характеристики.
Предел текучести — это предел, выше которого не могут превышать действующие на материал напряжения. Чем выше этот предел, тем, естественно, выше нагрузки, которые может выдержать конструкция. Вопрос о том, как контролировать предел текучести материалов, очень важен с технической точки зрения. На практике возникает вопрос о способности материала функционировать под нагрузкой.
Поэтому долгое время материаловеды добросовестно испытывали различные материалы, заносили значения их пределов текучести после различных термических обработок и пластических деформаций в справочники, а конструкторы использовали эти значения при расчете несущей способности двигателей, самолетов, зданий и плотин.
Предполагалось, что предел текучести может быть определен только экспериментально. А вопрос о том, почему предел текучести определенного материала составляет 100 МПа, а не 200 МПа, звучал странно. Что вы подразумеваете под словом «почему»? Потому что так задумано природой.
Расчет величины предела текучести
Но в 1924 году известный советский ученый Яков Ильич Френкель решил рассчитать значение предела текучести теоретически. Идея расчета, как и все идеи Френкеля в физике, для которой он много сделал, была простой и ясной.
Он исследовал процесс деформации материала под воздействием напряжения сдвига. Чтобы вызвать пластическую деформацию, достаточно сместить верхнюю половину образца относительно нижней таким образом, чтобы возврат к исходному состоянию стал невозможен. Как показано на рис. Предположим, что рассматриваемый материал имеет кристаллическую структуру (такая структура характерна для большинства металлов, керамики, тугоплавких соединений и некоторых полимеров). Это означает, что его атомы расположены в определенном порядке, и если мы мысленно соединим их прямыми линиями, то получим пространственную решетку, которая полностью определяет расположение атомов в кристалле.
Каждое вещество имеет характерный размер и форму кристаллической решетки. Чтобы создать пластический сдвиг в кристалле, все связи между атомами выше и ниже плоскости скольжения должны быть разорваны (на рисунке это линия AB).
При определенном напряжении, которое соответствует прочности кристалла на сдвиг, связи 1-2 разрываются, и тогда ряд атомов 1 может быть свободно смещен на диатомовое расстояние от ряда 2. Такой сдвиг уже необратим, т.е. кристалл не возвращается в прежнее состояние после разрядки внешнего заряда.
Азот и кислород являются неметаллическими примесями, поэтому их содержание должно быть минимальным. Если металл содержит более 0,03% кислорода, его эксплуатационные характеристики снижаются. Снижение пластичности и вязкости приведет к быстрому разрушению изделий.
Френкель — один из известных ученых, которому приписывают умную гипотезу. В прошлом под деформацией понималась деформация, возникающая в результате сдвиговых напряжений, действующих на структуру материала. В работах прошлого века предполагалось, что сдвиг одной половины материала до такой степени, когда возврат в исходное положение уже невозможен, является достаточным для того, чтобы вызвать пластическую деформацию материала. Френкель первым указал на то, что материал может иметь определенную структуру, содержащую кристаллы или полукристаллическое пространство, что характерно, например, для
- 30ХГСА, 5, 65Г, 17Г1С и другие марки металлов,
- керамика,
- полимеры.
Этот тип структуры материала подразумевает наличие пространственной решетки, в узлах которой сосредоточено определенное количество атомов. Структура решетки различна и абсолютно уникальна для каждого материала, и расстояния между атомами в узлах решетки также различны. Поэтому, чтобы вызвать сдвиг и результирующее напряжение, необходимо приложить силы для разрыва межатомных связей.
Предел текучести — это конкретная мера напряжения, необходимого для разрыва связей между атомами. Под действием такой силы элементы смещаются относительно друг друга, не имея возможности вернуться в исходное положение, поскольку упругие силы больше не действуют. В макромире действие сил, соответствующих пределу текучести, приводит к развитию пластических деформаций материала, которые могут изменить его форму и размеры. В результате происходит изменение формы и тела стали, за которым следует разрушение и уничтожение конструкции.
Расчетное сопротивление определяется путем испытания стандартных образцов. В ходе испытания составляется диаграмма, показывающая места «утечки» стали.
Проведение испытаний на производстве
Испытания на утечку проводятся с использованием готовых образцов и специального оборудования. Основные этапы теста следующие.
- Сначала цилиндрический образец диаметром 20 мм и длиной 10 мм помещается в подготовленную машину.
- Машину запускают и проводят измерения, записывая результаты шаг за шагом в блокнот или тетрадь и регистрируя диаграмму растяжения на дисплее, если таковой имеется.
- Нарисуйте диаграмму, четко показывающую изменение структуры образца.
- Обратите внимание на величину разрушающей силы, действующей на цилиндр.
Затем диаграмма оценивается. Результаты показывают, что небольшая сила вызывает прямо пропорциональное удлинение образца. По мере увеличения растягивающего усилия образец достигает предела, где пропорциональность заканчивается. После этого образец достигает точки невозврата, и первоначальная длина не может быть достигнута после снятия нагрузки. Со временем, даже при постоянной нагрузке, компонент будет продолжать изменяться, пока не достигнет предела и не разрушится.
Например, недавние испытания показали, что стальной пруток St3 разрушается при нагрузке 2450 кг.
Чем пластичнее металл, тем выше значение постоянной деформации. Типичными сплавами, в которых такая деформация не наблюдается, являются медь, латунь, алюминий и низкоуглеродистые стали. Образцы таких сплавов называются штамповочными сплавами.
Понятие и определение предела текучести стали
Стальная продукция востребована во всех секторах экономики. Сталь используется для строительства домов, мостов и других сооружений. При изготовлении конкретной стальной конструкции учитываются прочностные характеристики. Одним из них является предел текучести стали. Его определение позволяет продлить срок службы стального изделия.
Любая конструкция в процессе эксплуатации подвергается нагрузкам. Под воздействием погодных условий и других неблагоприятных факторов стальные конструкции подвергаются комбинированным нагрузкам, таким как сжатие, растяжение и удар.
Стальные элементы чаще всего используются в несущих стенах, которые несут большую часть нагрузки. Для экономии материала проектировщики стараются уменьшить диаметр стальной арматуры, чтобы не пострадала несущая способность конструкции.
Это условие может быть выполнено, если на этапе проектирования конструкции были проведены правильные расчеты прочности и пластичности. При расчете сначала необходимо учесть предел текучести материала. Этот параметр относится к напряжению, при котором происходит пластическая деформация детали без увеличения нагрузки.
Предел текучести измеряется в паскалях. Его определение позволяет рассчитать максимальную нагрузку, которую может выдержать вязкая сталь. Превышение этого предела приводит к необратимому процессу деформации и разрушения кристаллической решетки.
Первые расчеты предела текучести металлов были проведены в 1930-х годах советским ученым Яковом Френкелем. Они были основаны на прочности межатомных связей. Ученый смог определить, какое давление необходимо для того, чтобы вызвать пластическую деформацию простых тел.
Для расчета этого значения используется следующая формула:
ττ=G/2π, где G — модуль сдвига, определяющий стабильность пересекающихся связей.
Будучи физиком-теоретиком, Френкель предполагал, что материалы состоят из кристаллов, между которыми есть пространство. Там атомы расположены в определенном порядке. Для достижения пластической деформации необходимо разорвать межатомные связи в плоскости, разделяющей половинки тела.
При приложении напряжения определенной величины ряды атомов смещаются и половинки тела трескаются. При подаче напряжения атомы одной половины теряют контакт с атомами другой половины.
Френкель был отчасти прав. Вот только разрушение происходит не между половинками тела, то есть посередине, а в точке, где структура материала неоднородна.
Для каждого типа металла существуют свои значения предела текучести.
Физический предел текучести. Это сопротивление напряжению, при котором тело деформируется без изменения приложенной нагрузки.
Условный предел текучести. Этот термин обозначает сопротивление напряжению, при котором пластическая деформация материала составляет около 0,2%.
Как проводятся испытания на производствах
Для испытаний по определению предела текучести материала берется цилиндрическая деталь диаметром 20 мм и длиной более 10 мм. Деталь должна быть надрезана для формирования 10-миллиметрового участка. Сама деталь должна быть длиннее, чтобы ее можно было захватить с двух сторон.
Деталь зажимается в тисках и растягивается путем постепенного увеличения силы растяжения. По мере приложения нагрузки измеряется увеличение удлинения испытуемого образца. Полученные данные наносятся на график, называемый диаграммой растяжения.
Когда к образцу прикладывается небольшая нагрузка, он одинаково растягивается в обоих направлениях. По мере увеличения прочности на разрыв достигается предел пропорциональности, после которого образец растягивается неравномерно. Предел текучести стали определяется в точке, где материал уже не может вернуться к своей первоначальной длине.
Существуют национальные стандарты и технические условия, которые разделяют значения предела текучести на четыре категории:
- Категория 1 — до 500 кг/см 2 ,
- Категория 2 — до 3000 кг/см2 ,
- Категория 3 — до 4000 кг/см 2 ,
- 4-я категория — до 6000 кг/см 2 .
Определение пластичности
Показатель пластичности является не менее важным параметром, который необходимо учитывать при проектировании конструкций. Он определяется двумя параметрами:
- Удлинение,
- жесткость при растяжении.
Для расчета остаточного удлинения измеряют две части детали после раскалывания. Длина каждой части складывается, а затем определяется процент от исходной длины. Более прочные металлические сплавы имеют более низкий процент.
Определение хрупкости
Хрупкость является противоположным свойством пластичности. Индекс хрупкости зависит от многих факторов. К ним относятся:
- Температура воздуха (при низких температурах хрупкость материала увеличивается),
- повышение уровня стресса,
- влажность и т.д.
Изменение этих условий приведет к изменению индекса хрупкости. Чугун, например, является хрупким материалом. Однако, если чугунная деталь закреплена со всех сторон, она может выдерживать значительные нагрузки. С другой стороны, стальной прут с надрезом становится невероятно хрупким.
Определение прочности
Прочность — это свойство металла, определяющее его способность выдерживать нагрузки без полного разрушения. Деталь испытывают, подвергая ее условиям, максимально приближенным к условиям эксплуатации, постепенно увеличивая нагрузку.
Кремний также мало влияет на свойства металла. Необходимо улучшить качество сварных деталей. Содержание этого элемента составляет не более 0,38% и добавляется в процессе окисления.
Определение предела текучести стали
Современное производство требует большого количества прочных стальных изделий. Различные стали используются для строительства мостов, домов и композитных конструкций. Одним из наиболее важных вопросов является расчет прочности металла и значений напряжений стальной арматуры. Для обеспечения долговечности и безопасности конструкций необходимо знать точный предел текучести стального материала, подвергающегося основной нагрузке.
В процессе эксплуатации к каждой конструкции прикладываются различные нагрузки в виде сжатия, растяжения или удара. Они могут действовать как по отдельности, так и вместе.
Современные конструкторы стараются уменьшить вес стальных элементов, чтобы сэкономить материал, но избежать критического снижения несущей способности всей конструкции. Это достигается за счет уменьшения поперечного сечения стальной арматуры.
В зависимости от области применения некоторые требования к стали могут меняться, однако существует список стандартных и важных значений. Их значения рассчитываются на этапе проектирования секций и узлов будущих конструкций. Заготовки должны обладать высокой прочностью при разумной пластичности.
При расчете прочности стального изделия в первую очередь учитывается предел текучести. Это величина, характеризующая поведение элемента конструкции под нагрузкой.
Предел текучести материала — это значение критического напряжения, при котором материал продолжает деформироваться самостоятельно без увеличения нагрузки. Он измеряется в паскалях и позволяет рассчитать максимально возможное напряжение в вязкой стали.
Как только этот предел превышен, происходят необратимые деформации кристаллической решетки материала. Если затем усилие на заготовку увеличивается и предел текучести превышен, деформация увеличивается.
Предел текучести иногда путают с пределом упругости. Это похожие понятия, но предел упругости — это значение максимальной прочности металла, которое находится чуть ниже предела текучести.
Предел текучести примерно на пять процентов выше предела упругости.
Речь идет о таких материалах, как медь, дюралюминий и т.д. Если материал вязкий, то постоянная деформация также высока. Среди ковких материалов можно выделить медь, латунь, алюминий и т.д.
Основное определение
В процессе эксплуатации каждая конструкция подвергается различным нагрузкам в виде сжатия, растяжения или удара. Они могут действовать как по отдельности, так и в комбинации.
Современные конструкторы стараются уменьшить вес стальных элементов, чтобы сэкономить материал, но избежать критического снижения несущей способности всей конструкции. Это достигается за счет уменьшения поперечного сечения стальной арматуры.
В зависимости от области применения некоторые требования к стали могут меняться, однако существует список стандартных и важных значений. Их значения рассчитываются на этапе проектирования секций и узлов будущих конструкций. Деталь должна обладать высокой прочностью при разумной пластичности.
При расчете прочности стального изделия в первую очередь учитывается предел текучести. Это величина, характеризующая поведение элемента конструкции под нагрузкой.
Предел текучести материала — это значение критического напряжения, при котором материал продолжает деформироваться самостоятельно без увеличения нагрузки. Он измеряется в паскалях и позволяет рассчитать максимально возможное напряжение в вязкой стали.
Как только этот предел превышен, происходят необратимые деформации кристаллической решетки материала. Если затем усилие на заготовку увеличивается и предел текучести превышен, деформация увеличивается.
Предел текучести иногда путают с пределом упругости. Это похожие понятия, но предел упругости — это значение максимальной прочности металла, которое находится чуть ниже предела текучести.
Предел текучести примерно на пять процентов выше предела упругости.
Блок: 2/4 | Количество символов: 1663 Источник: https://tokar.guru/hochu-vse-znat/opredelenie-predela-tekuchesti-stali.html
Условный предел текучести
Условный предел производительности (или технический предел производительности). Для материалов, для которых не существует диаграммы предела текучести, условный предел текучести — это напряжение, при котором остаточная деформация образца достигает определенного значения согласно спецификации (больше предела упругости). Обычный предел текучести обычно определяется как напряжение, при котором постоянная деформация составляет 0,2%. Поэтому условный предел текучести принято называть σ0,2.
Различают также пределы текучести при изгибе и кручении.
Вышеуказанное свойство в основном относится к пределу текучести металла. Предел текучести металла измеряется в кг/мм2 или Н/м2. На предел текучести металлов влияет множество различных факторов, например, толщина образца, термическая обработка, наличие различных примесей и легирующих элементов, микроструктура, характер и несовершенство кристаллической решетки и т.д. Предел текучести металлов значительно изменяется в зависимости от температуры.
Первые расчеты предела текучести металлов были проведены в 1930-х годах советским ученым Яковом Френкелем. Они были основаны на прочности межатомных связей. Ученый смог определить, какое давление необходимо для того, чтобы вызвать пластическую деформацию простых тел.
Для расчета этого значения используется следующая формула:
Прочность на пределе текучести стали
ττ=G/2π, где G — модуль сдвига, определяющий стабильность пересекающихся связей.
Будучи физиком-теоретиком, Френкель предполагал, что материалы состоят из кристаллов, между которыми есть пространство. Там атомы расположены в определенном порядке. Для достижения пластической деформации необходимо разорвать межатомные связи в плоскости, разделяющей половинки тела.
При приложении напряжения определенной величины ряды атомов смещаются и половинки тела трескаются. При подаче напряжения атомы одной половины теряют контакт с атомами другой половины.
Френкель был отчасти прав. Вот только разрушение происходит не между половинками тела, то есть посередине, а в точке, где структура материала неоднородна.
Для каждого типа металла существуют свои значения предела текучести.
Физический предел текучести. Это сопротивление напряжению, при котором тело деформируется без изменения приложенной нагрузки.
Диаграмма естественного предела текучести стали.
Условный предел текучести. Этот термин обозначает сопротивление напряжению, при котором пластическая деформация материала составляет около 0,2%.
Блок: 4/5 | Количество символов: 1583 Источник: https://promzn.ru/metallurgiya/predel-tekuchesti-stali.html
Текучесть жидкости в целом и расплава в частности — это величина, обратная динамической вязкости. В Международной системе единиц (СИ) текучесть жидкости выражается в Па-1*с-1.
Предел выносливости или предел усталости (σR)
Способность материала воспринимать циклические нагрузки. Параметр прочности определяется как максимальное напряжение за цикл, при котором не происходит усталостного разрушения после неопределенно большого числа циклических нагрузок (контрольное число циклов для стали составляет Nb = 10 7 ). Коэффициент R (σR) принимается равным коэффициенту асимметрии цикла. Поэтому предел усталости материала обозначается σ-1 для циклов симметричного нагружения, а для циклов импульсного нагружения он обозначается σ.
Следует отметить, что усталостные испытания изделий очень длительны и утомительны, они требуют анализа большого количества экспериментальных данных с произвольным числом циклов и значительными вариациями значений. Поэтому обычно используются специальные эмпирические формулы, которые связывают предел прочности с другими параметрами прочности материала. Прочность на излом считается наиболее подходящим параметром.
Для сталей предел прочности при изгибе обычно равен половине предела прочности при изгибе; для высокопрочных сталей он может быть принят:
Для нормальных сталей можно предположить скручивание при циклически изменяющихся напряжениях:
Приведенные выше соотношения следует использовать с осторожностью, поскольку они имеют место при определенных условиях нагрузки, т.е. при изгибе и кручении. Однако при испытании на растяжение-сжатие предел прочности примерно на 10-20% ниже, чем при испытании на изгиб.
Усталость стали
Второе название — предел прочности. Он обозначается буквой R. Это аналогичный показатель, т.е. он определяет, какое усилие может быть приложено к элементу, но в цикле, а не в единичном случае. Это означает, что испытываемый образец подвергается определенным нагрузкам циклически, год за годом. Среднее количество повторений — 10 при седьмом усилии. Именно столько раз металл должен выдержать удар, не деформируясь и не теряя своих свойств.
Читайте также: Курсы инверторной сварки Ресанта для начинающих видео
Если вы проводите эмпирические испытания, это займет много времени — вам придется проверять все значения силы, применяя их в течение нескольких циклов. Поэтому коэффициент обычно рассчитывается математически.
Предел пропорциональности (σ)
Максимальное значение напряжения для данного материала, при котором еще действует закон Гука, т.е. деформация тела прямо пропорциональна приложенной нагрузке (силе). Обратите внимание, что для многих материалов достижение (но не превышение!) предела упругости приводит к обратимым (упругим) деформациям, которые, однако, уже не прямо пропорциональны напряжению. Однако эти деформации могут быть несколько «задержаны» по отношению к увеличению или уменьшению напряжения.
Диаграмма растягивающих напряжений металлического образца в координатах деформация (Є)- растяжение (σ).
