Прочность в материаловедении это

Ранее неоднократно отмечалось, что для практического использования в реальных конструкциях материалы должны одновременно обладать высокими значениями и прочности, и пластичности. Создание материалов с оптимальным сочетанием прочностных и пластических характеристик является одной из основных задач материаловедения. Теоретическая прочность (сопротивление материалов деформации и разрушению, рассчитанное с учетом сил межатомного взаимодействия для бездислокационного кристалла в предположении, что пластическая деформация осуществляется по механизму «чистого сдвига», см. гл. 2) почти достигается в нитевидных кристаллах (усах), практически не содержащих дислокаций (рис. 8.35). Нитевидные кристаллы получают кристаллизацией из газовой фазы; они имеют небольшие размеры: длина составляет несколько миллиметров, толщина — несколько микрометров. Однако увеличение размеров усов приводит к резкому снижению их прочности, поэтому их применение в технике ограничено. Что же касается реальных конструкций, то их прочность значительно ниже теоретической.

Рис. 8.35. Схема зависимости прочности кристаллических материалов от плотности дислокаций И.А. Одинга

Как видно из схемы, предложенной И.А. Одингом (см. рис. 8.35), прочность металлов существенно зависит от плотности дислокаций. Если кристалл бездислокационный (идеальный металл), то его прочность равна теоретической. При этом начало пластического сдвига в таком идеальном металле должно соответствовать напряжениям, значения которых на 3—4 порядка выше, чем в реальных металлических материалах (поскольку в первом случае сдвиг возможен только за счет одновременного смещения всей части кристалла как единого целого относительно другой его части, а во втором — сдвиг осуществляется за счет движения в кристалле дислокаций, см. гл. 2).

Как видно из рис. 8.35, прочность металлов является функцией плотности дислокаций р. Минимальная реальная прочность металлов соответствует значениям р « 10 7 — 10 s см -2 , характерным для реальных отожженных образцов.

С ростом р до 10 12 см -2 реальная прочность возрастает, происходит упрочнение металла. Одна из причин повышения прочности с возрастанием плотности дислокаций — рассмотренное ранее явление деформационного упрочнения кристаллических материалов.

При плотности дислокаций, превышающей

10 12 см -2 , в структуре появляются трещины, провоцирующие процесс разрушения металла.

На основе экспериментальных данных и теоретического анализа было установлено, что одна из важнейших прочностных характеристик материала — предел текучести ст_т связан с плотностью дислокаций р следующей зависимостью:

где ст — напряжение сдвига для отожженного металла; G — модуль сдвига; b — вектор Бюргерса; а — коэффициент, зависящий от природы металла, его кристаллической решетки и структуры (0,1 -*? 1).

Помимо деформационного упрочнения (наклепа) используются и другие способы упрочнения материалов: легирование (создание примесных атмосфер, упрочняющих выделений второй фазы — карбидов, нитридов, интерметаллидов), измельчение зерна, термическая и термомеханическая обработка, лазерное и радиационное упрочнение, упрочнение взрывом и др.

Основная идея различных способов упрочнения — создание барьеров для движения дислокаций, условий для их торможения, повышения сопротивления пластическому деформированию металла. Тем не менее при всех известных способах упрочнения прочность металлов не достигает теоретического значения.

В то же время ограничение подвижности дислокаций в материале уменьшает его пластичность, способствует хрупкому разрушению. Пластичность же, способность к технологической обработке (штамповке, волочению, вытяжке и т. д.), является одним из важнейших свойств конструкционного материала, а «запас пластичности» (разность между пределами прочности и текучести) определяет надежность материала, особенно при длительной эксплуатации конструкции в условиях постоянно действующей нагрузки.

Таким образом, способность к пластическому деформированию (пластичность) является, как и прочность, достоинством конструкционного материала. Примечательно, что наилучшим сочетанием прочностных и пластических свойств обладают стали, что обусловливает их доминирующее положение среди других конструкционных металлических сплавов.

Страницы работы

Содержание работы

ГЛАВА 1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ О МАТЕРИАЛАХ

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ — наука, изучающая способы воздействия на строение и свойства материалов

1.1. СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ

СВОЙСТВА МАТЕРИАЛОВ — экономические, технологические и эксплуатационные

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА определяют возможность обработки материала каким-либо методом: литьем, сваркой, резанием, давлением; жидкотекучесть, закаливаемость, способность к обработке резанием, свариваемость.

ЭКСПЛУАТАЦИОННЫЕ СВОЙСТВА характеризуют способность материала работать при различных условиях; физико-химические и механические

ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА -плотность, температура плавления, коррозионная стойкость, влагостойкость, радиационная стойкость, способность к работе в вакууме; электрические, магнитные, тепловые свойства.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА характеризуют способность материала сопротивляться внешнему силовому воздействию: упругость, жесткость, текучесть, прочность, пластичность и твердость; удельная прочность и удельная жесткость

КОНСТРУКЦИОННАЯ ПРОЧНОСТЬ — комплексная характеристика, сочетающая критерии прочности, надежности и долговечности.

УПРУГОСТЬ — способность материала восстанавливать форму (твердые тела) и объем (жидкости и газы) при снятии нагрузки

ПРЕДЕЛ УПРУГОСТИ — напряжение, после снятия которого остаточная деформация равна заранее оговоренной величине (обычно 0,002%)

ДЕФОРМАЦИЯ — изменение размеров и формы образца при нагружении; абсолютная и относительная; упругая и пластическая

АБСОЛЮТНАЯ ДЕФОРМАЦИЯ — разность между конечным и начальным размерами образца

ОТНОСИТЕЛЬНАЯ ДЕФОРМАЦИЯ — отношение абсолютной деформации к начальному или конечному размеру, выраженное в процентах

ОСТАТОЧНАЯ ДЕФОРМАЦИЯ -деформация, остающаяся после разгрузки образца

УПРУГАЯ ДЕФОРМАЦИЯ — составляющая часть полной деформации, исчезающая при разгрузке образца

ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ — необратимое изменение формы под воздействием внешних сил

ЖЕСТКОСТЬ — способность материала противостоять упругим деформациям; характеризуется величинами модулей упругости

ТЕКУЧЕСТЬ — способность материала деформироваться пластически

ПРЕДЕЛ ТЕКУЧЕСТИ — физический и условный

ПРЕДЕЛ ТЕКУЧЕСТИ ФИЗИЧЕСКИЙ — напряжение, при котором начинается пластическая деформация материала (используется для высокопластичных материалов)

ПРЕДЕЛ ТЕКУЧЕСТИ УСЛОВНЫЙ — напряжение, после снятия которого остаточная деформация равна заранее оговоренной величине (обычно 0,2%)

ПРОЧНОСТЬ — способность материала сопротивляться разрушению или пластической деформации

ВРЕМЕННОЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ — напряжение, при котором материал разрушается

УДЕЛЬНАЯ ПРОЧНОСТЬ — временное сопротивление, деленное на произведение плотности и ускорения свободного падения

СВОБОДНАЯ ДЛИНА — длина, при которой стержень постоянного сечения разрывается под действием собственного веса; синоним: удельная прочность

УДЕЛЬНАЯ ЖЕСТКОСТЬ — модуль упругости, деленный на произведение плотности и ускорения свободного падения

ТВЕРДОСТЬ — способность материала противостоять внедрению в него более твердого тела

НАДЕЖНОСТЬ — способность материала противостоять хрупкому разрушению

КРИТЕРИИ НАДЕЖНОСТИ — пластичность, ударная вязкость, трещиностойкость и порог хладноломкости

ПЛАСТИЧНОСТЬ — способность материала пластически деформироваться без разрушения; характеризуется относительными удлинением и сужением

ОТНОСИТЕЛЬНОЕ УДЛИНЕНИЕ — отношение абсолютного удлинения образца к его первоначальной длине, выраженное в процентах

ОТНОСИТЕЛЬНОЕ СУЖЕНИЕ — отношение абсолютного уменьшения площади поперечного сечения образца к ее исходному значению, выраженное в процентах

УДАРНАЯ ВЯЗКОСТЬ — свойство, характеризующее способность материала сопротивляться ударному воздействию; удельная работа разрушения призматического образца с концентратором напряжений посередине: КС=К/S

Прочность — это способность материала сопротивляться разрушению под влиянием внутренних напряжений, возникающих в результате действия внешних нагрузок или других факторов.

Внешние воздействия, которым подвергаются строительные материалы, могут вызывать у них напряжения сжатия, растяжения, изгиба, сдвига. Чаще всего строительные материалы работают на сжатие или изгиб.

Прочность строительных материалов при сжатии, растяжении и т. п. характеризуется пределом прочности. Пределом прочности при сжатии, растяжении называют напряжение, соответствующее нагрузке, при которой происходит разрушение материала.

Чтобы рассчитать предел прочности при сжатии R_с, надо величину разрушающей силы Р_разр разделить на первоначальную площадь сечения образца:

Прочность строительного материала при растяжении характеризуется пределом прочности при растяжении.

Чтобы рассчитать предел прочности при растяжении, следует величину разрушающей силы Р_разр разделить на первоначальную площадь сечения образца:

Величина предела прочности различных материалов при сжатии и растяжении меняется в широких границах.

«Материаловедение для штукатуров,
плиточников, мозаичников»,
А.В.Александровский

Теплоемкость — свойство материала поглощать определенное количество тепла при нагревании и выделять его при охлаждении. Теплоемкость характеризуется коэффициентом теплоемкости (обозначается латинской буквой с), который равен количеству тепла, необходимого для нагревания 1 кг материала на 1 °С. В таблице приведены значения коэффициентов теплоемкости для некоторых материалов. Коэффициент теплоемкости некоторых материалов Наименование материала Коэффициент теплоемкости в ккал…

Звукопроводность — это свойство материала пропускать звук. Для изоляции помещений от шумов важно, чтобы строительные конструкции имели низкую звукопроводность. Оштукатуривают стены, в частности, и для того, чтобы уменьшить их звукопроводность. Различают два рода шумов, передаваемых стенами и перекрытиями: ударные и воздушные. Ударные шумы хорошо поглощаются пористыми материалами, для погашения воздушных шумов (от радиоприемников, громкой речи)…

Под морозостойкостью понимают способность насыщенного водой материала выдерживать многократное попеременное замораживание и оттаивание без признаков разрушения, т. е. без образования трещин, выкрашивания, расслаивания и без значительной потери прочности и веса. Вода, находящаяся в порах материала, превратившись в лед, увеличивается в объеме примерно на 10%. При этом в материале возникают большие внутренние напряжения, которые постепенно его…

Свойства материалов определяются внутренним строением вещества, из которого они состоят. Согласно молекулярно-кинетической теории все тела, как твердые, так и жидкие и газообразные, состоят из мельчайших отдельных частиц — молекул, которые состоят из еще меньших частичек — атомов, а те в свою очередь из еще меньших, так называемых элементарных частиц (электронов, протонов, нейтронов и др.). Мельчайшей…

Предел прочности определяют в лабораториях на прессах или разрывных машинах. В таблице приведены значения пределов прочности при сжатии и растяжении для некоторых строительных материалов. Пределы прочности некоторых материалов при сжатии и растяжении Материалы Предел прочности в кг/см2 при сжатии при растяжении Бетон 25 — 800 3 — 30 Кирпич глиняный обыкновенный 75 — 200 —…