Механические характеристики некоторых конструкционных материалов
| Металлы и сплавы | Состояние | Предел текучести, МПа | Предел прочности на растяжение, МПа | Удлинение, % |
| Малоуглеродистая сталь (0,2% С) | Горячекатанная | |||
| Среднеуглеродистая сталь (0,4% С, 0,5% Mn) | Упрочненная и отпущенная | |||
| Высокопрочная сталь (0,4% С, 1,0% Mn, 1,5% Si, 2,0% Cr, 0,5% Мo) | Упрочненная и отпущенная | |||
| Серый чугун | После литья | – | 175–300 | 0,4 |
| Алюминий технически чистый | Отожженный | |||
| Алюминий технически чистый | Деформационно-упрочненный | |||
| Алюминиевый сплав (4,5% Cu, 1,5% Mg, 0,6% Mn) | Упрочненный старением | |||
| Латунь листовая (70% Cu, 30% Zn) | Полностью отожженная | |||
| Латунь листовая (70% Cu, 30% Zn) | Деформационно-упрочненная | |||
| Вольфрам, проволока | Тянутая до диаметра 0,63 мм | 2,5 | ||
| Свинец | После литья | 0,006 |
Предел прочности при изгибе вычисляют по формуле
|
,
где М − наибольший изгибающий момент; W − момент сопротивления сечения, для образцов круглого сечения W = πd2/32 (где d − диаметр образца), а для образцов прямоугольного сечения W = bh2/6 (где b, h − ширина и высота образца).
Для пластичных материалов испытания на изгиб не применяют, так как образцы изгибаются без разрушения до соприкосновения обоих концов.
а б
Рис. 1.3. Схема испытаний на сосредоточенный (а) и чистый (б) изгиб
Ползучестью (или крипом) называется медленное нарастание пластической деформации металла под действием постоянной нагрузки. С появлением воздушно-реактивных двигателей, газовых турбин и ракет стали приобретать все более важное значение свойства материалов при повышенных температурах. Во многих областях техники дальнейшее развитие сдерживается ограничениями, связанными с высокотемпературными механическими свойствами материалов.
При нормальных температурах пластическая деформация устанавливается почти мгновенно, как только прикладывается соответствующее напряжение, и в дальнейшем мало увеличивается. При повышенных же температурах металлы не только становятся мягче, но и деформируются так, что деформация продолжает нарастать со временем. Такая зависящая от времени деформация, или ползучесть, может ограничивать срок службы конструкций, которые должны длительное время работать при повышенных температурах.
Чем больше напряжения и чем выше температура, тем больше скорость ползучести. Типичные кривые ползучести представлены на рис. 1.4. После начальной стадии быстрой (неустановившейся) ползучести эта скорость уменьшается и становится почти постоянной. Перед разрушением скорость ползучести вновь увеличивается. Температура, при которой ползучесть становится критической, неодинакова для разных металлов. Предметом забот телефонных компаний является ползучесть подвесных кабелей в свинцовой оболочке, работающих при обычных температурах окружающей среды; в то же время некоторые специальные сплавы могут работать при 800°С, не обнаруживая чрезмерной ползучести.
После стадии быстрой неустановившейся ползучести скорость ползучести уменьшается и становится почти постоянной, а затем наступает стадия ускоренной ползучести, которая завершается разрушением.
Срок службы деталей в условиях ползучести может определяться либо предельно допустимой деформацией, либо разрушением, и конструктор должен всегда иметь в виду эти два возможных варианта. Пригодность материалов для изготовления изделий, рассчитанных на длительную работу при повышенных температурах, например лопаток турбин, трудно оценить заранее. Испытания за время, равное предполагаемому сроку службы, зачастую практически невозможны, а результаты кратковременных (ускоренных) испытаний не так просто экстраполировать на более длительные сроки, поскольку может измениться характер разрушения. Хотя механические свойства жаропрочных сплавов постоянно улучшаются, перед металлофизиками и материаловедами всегда будет стоять задача создания материалов, способных выдерживать еще более высокие температуры.
Рис. 1.4. Типичные кривые ползучести