какое свойство материала характеризует его сопротивление упругому и пластическому деформированию при

Какое свойство материала характеризует его сопротивление упругому и пластическому деформированию при вдавливании в него другого, более твердого тела?

Вопросы теста с ответами.

Какое свойство материала характеризует его сопротивление упругому и пластическому деформированию при вдавливании в него другого, более твердого тела?

a) выносливость; b) прочность; c) упругость; d) твердость

а) выносливостью называют способность материала противостоять усталости;

b) прочностью называют способность материала сопротивляться деформации и разрушению;

c) упругостью называют способность материала ОБРАТИМО деформироваться под действием приложенной нагрузки;

При испытании на растяжение образец нагрузили до напряжения R после чего нагрузку сняли. Какова величина относительного удлинения образца?

a) 6%;b) 4%;c) 3%;d) 8%

a) неверно, в ответе не учтена упругая деформация образца

b) не точно определена величина упругой деформации

На рисунке изображена диаграмма растяжения для условных напряжений. Поведение каких материалов она отражает?

a) пластичных;

b) она может принадлежать любому металлу;

c) металлы не могут иметь такую диаграмму. Это неметаллический материал;

d) хрупких

a) при растяжении пластичных образцов перед разрушением деформация сосредоточивается в одной зоне, что приводит к появлению на диаграмме ниспадающего участка

b) при растяжении пластичных образцов перед разрушением деформация сосредоточивается в одной зоне, что приводит к появлению на диаграмме ниспадающего участка

Какие факторы строения реальных кристаллов вызывают пластические деформации при напряжениях меньших, чем рассчитанные для идеальной модели кристаллической решетки?

a) точечные дефекты; b) дислокации;

c) поверхностные дефекты; d) дефекты кристаллического строения

a) конечно, эти дефекты оказывают некоторое разупрочняющее действие, но не они, в этом смысле, наиболее эффективны

c) конечно, эти дефекты оказывают некоторое разупрочняющее действие, но не они, в этом смысле, наиболее эффективны

d) безусловно, дефекты кристаллического строения оказывают разупрочняющее действие, но какой вид дефектов, в этом смысле, наиболее эфективен?

При каком виде излома в зоне разрушения хорошо просматриваются форма и размер зерен?

a) при транскристаллитном; b) при хрупком;

c) при вязком; d) при усталостном

a) форма и размер зерен в зоне излома при транскристаллитном разрушении могут быть как искаженными, так и ненарушенными

c) при вязком изломе форма и размер зерен в зоне разрушения сильно искажены

d) усталостный излом имеет две зоны: зону предварительного разрушения (в ней зерна сильно искажены) и зону долома, в которой форма и размер зерен не нарушены

6. При каком виде излома в области разрушения видны две зоны (предварительного разрушения и долома)?

a) при интеркристаллитном; b) при усталостном;

c) при транскристаллитном; d) при вязком

a) при интеркристаллитном разрушении в зоне излома хорошо просматриваются форма и размер зерен

c) форма и размер зерен в зоне излома при транскристаллитном разрушении могут быть как искаженными, так и ненарушенными

d) при вязком изломе форма и размер зерен в зоне разрушения сильно искажены

Что такое живучесть?

a) продолжительность работы детали от момента зарождения первой макроскопической трещины усталости размером 0,5. 1,0 до разрушения

b) способность сопротивляться развитию постепенного разрушения, обеспечивая работоспособность деталей в течение заданного времени

c) способность оказывать в определенных условиях трения сопротивление изнашиванию

d) способность противостоять хрупкому разрушению

b) такое свойство материала называют ДОЛГОВЕЧНОСТЬЮ

c) такое свойство материала называют ИЗНОСОСТОЙКОСТЬЮ

d) способность материала противостоять хрупкому разрушению называют НАДЕЖНОСТЬЮ

Что такое хладоломкость?

a) максимальная ударная вязкость при температурах хрупкого состояния

b) максимальная прочность при температурах хрупкого состояния

c) относительное снижение ударной вязкостью при переходе из вязкого состояния в хрупкое

d) температура перехода в хрупкое состояние

Что такое рекристаллизация?

Это группа явлений, происходящих при нагреве деформированного металла и охватывающих.

a) процессы образования субзерен с малоугловыми границами, возникающими при скольжении и переползании дислокаций

b) все изменения кристаллического строения и связанных с ним свойств

c) процессы зарождения и роста новых зерен с меньшим количеством дефектов строения

d) изменение тонкой структуры (главным образом уменьшение количества точечных дефектов)

a) выбранный ответ характеризует одну из стадий возврата, называемую ПОЛИГОНИЗАЦИЕЙ

b) выбранный ответ характеризует ВОЗВРАТ

d) выбранный ответ характеризует одну из стадий возврата, называемую ОТДЫХОМ

Что такое отдых?

Это группа явлений, происходящих при нагреве деформированного металла и охватывающих.

a) процессы зарождения и роста новых зерен с меньшим количеством дефектов строения

b) процессы образования субзерен с малоугловыми границами, возникающими при скольжении и переползании дислокаций

c) изменение тонкой структуры (главным образом уменьшение количества точечных дефектов)

d) все изменения кристаллического строения и связанных с ним свойств

a) выбранный ответ характеризует РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЮ

b) выбранный ответ характеризует одну из стадий возврата, называемую ПОЛИГОНИЗАЦИЕЙ

d) выбранный ответ характеризует ВОЗВРАТ, отдых является одной из стадий возврата

Что такое возврат?

Это группа явлений, происходящих при нагреве деформированного металла и охватывающих.

a) процессы образования субзерен с малоугловыми границами, возникающими при скольжении и переползании дислокаций

b) изменение тонкой структуры (главным образом уменьшение количества точечных дефектов)

c) процессы зарождения и роста новых зерен с меньшим количеством дефектов строения

d) все изменения кристаллического строения и связанных с ним свойств

a) выбранный ответ характеризует одну из стадий возврата, называемую ПОЛИГОНИЗАЦИЕЙ

b) выбранный ответ характеризует одну из стадий возврата, называемую ОТДЫХОМ

c) выбранный ответ характеризует РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЮ

Что такое полигонизация?

Это группа явлений, происходящих при нагреве деформированного металла и охватывающих.

a) процессы зарождения и роста новых зерен с меньшим количеством дефектов строения

b) процессы образования субзерен с малоугловыми границами, возникающими при скольжении и переползании дислокаций

c) изменение тонкой структуры (главным образом уменьшение количества точечных дефектов)

d) все изменения кристаллического строения и связанных с ним свойств

a) выбранный ответ характеризует РЕКРИСТАЛЛИЗАЦИЮ

c) выбранный ответ характеризует одну из стадий возврата, называемую ОТДЫХОМ

d) выбранный ответ характеризует ВОЗВРАТ, полигонизация является одной из стадий возврата

Вопросы теста с ответами.

Какое свойство материала характеризует его сопротивление упругому и пластическому деформированию при вдавливании в него другого, более твердого тела?

a) выносливость; b) прочность; c) упругость; d) твердость

а) выносливостью называют способность материала противостоять усталости;

b) прочностью называют способность материала сопротивляться деформации и разрушению;

c) упругостью называют способность материала ОБРАТИМО деформироваться под действием приложенной нагрузки;

Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.

Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.

Источник

Ответы к тесту по химии материаловедение 370 (Часть 1)

№ 22. Как называется характеристика кристаллической решетки, определяющая число атомов, находящихся на наименьшем равном расстоянии от любого данного атома?
А) Базис решетки. В) Параметр решетки. С) Коэффициент компактности. +D) Координационное число.
№ 23. Каково координационное число кристаллической решетки, элементарная ячейка которой представлена на рис. 5?
А)К8. В) К12. +C)К 6. D)Г 12
№ 24, Почему вещества, обладающие кристаллической решеткой, представленного на рис. 6 типа, не образуют растворов внедрения с высокой концентрацией растворенного компонента?
А) Из-за наличия в решетке доли ковалентной связи. +В) В решетке нет крупных пор для размещения атомов примеси. С) Решетка обладает высокой степенью компактности. D) Подобные решетки образуют высококонцентрированные растворы.
№ 25, Какое из изменений характеристик кристаллической решетки приведет к росту плотности вещества?
А) Увеличение параметров решетки. В) Уменьшение количества пор в элементарной ячейке. С) Увеличение числа атомов в ячейке.
+D) Увеличение координационного числа.

№ 26. Как называется характеристика кристаллической решетки, определяющая отношение объема атомов, приходящихся на элементарную ячейку, к объему ячейки?
+А) Коэффициент компактности. В) Координационное число. С) Базис решетки. D) Параметр решетки.
№ 27. Каковы индексы кристаллографического направления ОВ (рис. 7)?
+А) (121). В) [-121]. С) [122]. D) [0,5; I; 0,5].
№ 28. Каковы кристаллографические индексы заштрихованной плоскости (рис. 8)?
А) (111). +В) (011). С) (220). D) (100).
№ 29. Каковы кристаллографические индексы плоскости ABC (рис. 9)?
+А) (2 1 4). В) (2 4 1). С) (1 2 1/2). D) (1 1/2 2).
№ 30. Как называется явление, заключающееся в неоднородности свойств материала в различных кристаллографических направлениях?
А) Изотропность. +В) Анизотропия. С) Текстура. D) Полиморфизм.
№31. Какие тела обладают анизотропией?
+А) Текстурованные поликристаллические материалы.
В) Ферромагнитные материалы. С) Поликристаллические вещества. D) Аморфные материалы.
№ 32. Какие тела обладают анизотропией?
А) Парамагнетики. +В) Монокристаллы. С) Вещества, обладающие полиморфизмом. D) Переохлаждённые жидкости.
№ 33. К какой группе дефектов кристаллических структур можно отнести дефект представленного на рис. 10 фрагмента кристаллической решетки?
+А) К точечным. В) К линейным. С) К поверхностным. D) К объемным.

1.3 Виды сплавов
№ 49. Микроструктура какого сплава представлена на рис. 17?
А) Твердого раствора внедрения. В) Твердого раствора замещения.
+С) Механической смеси. D) Химического соединения.
№ 50. Микроструктура какого сплава представлена на рис. 18?
А) Механической смеси. В) Чистого металла. С) Химического соединения.
+D) Твердого раствора.

№ 56. Для каких сплавов компонентов А и В характерно равенство А(+В) = В(+А)?
А) Для твердых растворов внедрения. В) Для механических смесей. С) Для химических соединений. D) Для неограниченных твердых растворов.
№ 57. Возможна ли 100-процентная концентрация растворяемого компонента в решетке растворителя?
А) Возможна в системе с химическими соединениями. В) Нет. С) Возможна в системе механических смесей. +D) Возможна в системе неограниченных твердых растворов.

№ 58. Какой вид имеет уравнение правила фаз?
А) С = К + F – 1. В) С = F + K + 1. С) С = F – K + 1. +D) С = K – F + 1.
№ 59. Каким отрезком определяется концентрация компонента А в точке т диаграммы состояния (рис. 24)?
A) Am. B)fm. +С) тВ. D) сf
№ 60. Какая диаграмма состояния представлена на рис. 25?
+А)Однокомпонентная диаграмма. В) Диаграмма с химическим соединением.
С) Диаграмма с отсутствием растворимости компонентов в твердом состоянии.
D) На рисунке представлена не диаграмма, а лишь ее температурная ось.
№ 61. Какая диаграмма состояния представлена на рис. 26?
A) С неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии.
B) С химическим соединением. +С)_С отсутствием растворимости компонентов в твердом состоянии. D) С ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии.
№ 62. Что такое эвтектика?
А) Вещество, образующееся при некотором соотношении компонентов и имеющее кристаллическую решетку, отличную от решеток, составляющих эвтектику веществ.
В) Механическая смесь двух компонентов. С) Неограниченный твердый раствор компонентов друг в друге. +D) Механическая смесь, образующаяся в результате одновременной кристаллизации компонентов или твердых растворов из жидкого раствора.

№ 77. В какой диаграмме (каких диаграммах) состояния есть полиморфное превращение (рис. 36)?
A)D. B)A.+C)C. D)B И C.
№78. Каков состав сплава в точке z (рис. 37) тройной системы ABC?
А) А = 30 %, В = 60 %, С = 10 %. +В)А = 10 %, В = 60 %, С = 30 %. С) А = 60 %, В = 10 %, С = 30 %. D) А = 10 %, В = 30%, С = 60 %.

1.4.Механические свойства, деформация и рекристаллизация металлов.

Источник

Механические свойства материалов

Механи́ческие свойства материалов

Совокупность показателей, характеризующих сопротивление материала воз действующей на него нагрузке, его способность деформироваться при этом, а также особенности его поведения в процессе разрушения. В соответствии с этим М. с. м. измеряют напряжениями (обычно в кгс/мм 2 или Мн/м 2 ), деформациями (в %), удельной работой деформации и разрушения (обычно в кгс․м/см 2 или Мдж/м 2 ), скоростью развития процесса разрушения при статической или повторной нагрузке (чаще всего в мм за 1 сек или за 1000 циклов повторений нагрузки, мм/кцикл). М. с. м. определяются при механических испытаниях образцов различной формы.

В общем случае материалы в конструкциях могут подвергаться самым различным по характеру нагрузкам (рис. 1): работать на Растяжение, сжатие, Изгиб, Кручение, срез и т. д. или подвергаться совместному действию нескольких видов нагрузки, например растяжению и изгибу. Также разнообразны условия эксплуатации материалов и по температуре, окружающей среде, скорости приложения нагрузки и закону её изменения во времени. В соответствии с этим имеется много показателей М. с. м. и много методов механических испытаний. Для металлов и конструкционных пластмасс наиболее распространены испытания на растяжение, Твёрдость, ударный изгиб; хрупкие конструкционные материалы (например, керамику, металлокерамику) часто испытывают на сжатие и статический изгиб; механические свойства композиционных материалов важно оценивать, кроме того, при испытаниях на сдвиг.

Диаграмма деформации. Приложенная к образцу нагрузка вызывает его деформацию (См. Деформация). Соотношения между нагрузкой и деформацией описываются т. н. диаграммой деформации (рис. 2). Вначале деформация образца (при растяжении — приращение длины Δl ) пропорциональна возрастающей нагрузке Р, затем в точке n эта пропорциональность нарушается, однако для увеличения деформации необходимо дальнейшее повышение нагрузки Р; при Δl > Δl_в деформация развивается без приложения усилия извне, при постепенно падающей нагрузке. Вид диаграммы деформации не меняется, если по оси ординат откладывать напряжение

а по оси абсцисс — относительное удлинение

(F₀ и l₀ — соответственно начальная площадь поперечного сечения и расчётная длина образца).

Сопротивление материалов измеряется напряжениями, характеризующими нагрузку, приходящуюся на единицу площади поперечного сечения образца

при котором нарушается пропорциональный нагрузке рост деформации, называется пределом пропорциональности. При нагрузке Р

У конструкционных неметаллический материалов (пластмассы, резины) приложенная нагрузка может вызвать упругую, высокоэластическую и остаточную деформации. В отличие от упругой, высокоэластическая деформация исчезает не сразу после разгрузки, а с течением времени. Высокопрочные армированные полимеры (стеклопластики, углепластики и др.) разрушаются при удлинении 1—3%. На последних стадиях нагружения у некоторых армированных полимеров появляется высокоэластическая деформация. Высокоэластический модуль ниже модуля упругости, поэтому диаграмма деформации в этом случае имеет тенденцию отклоняться к оси абсцисс.

Упругие свойства. В упругой области напряжение и деформация связаны коэффициентом пропорциональности. При растяжении σ = Еδ, где Е — т. н. модуль нормальной упругости, численно равный тангенсу угла наклона прямолинейного участка кривой σ = σ(δ) к оси деформации (рис. 2). При испытании на растяжение цилиндрического или плоского образца одноосному (σ₁>0; (σ₂ = σ₃ = 0) напряжённому состоянию соответствует трёхосное деформированное состояние (приращение длины в направлении действия приложенных сил и уменьшение линейных размеров в двух других взаимно перпендикулярных направлениях): δ₁>0; δ₂ = δ₃

в пределах упругости для основных конструкционных материалов колеблется в довольно узких пределах (0,27—0,3 для сталей, 0,3—0,33 для алюминиевых сплавов). Коэффициент Пуассона является одной из основных расчётных характеристик. Зная μ и Е, можно расчётным путём определить и модуль сдвига

и модуль объёмной упругости

Для определения Е, G, и μ пользуются Тензометрами.

Сопротивление пластической деформации. При нагрузках Р > Р_в наряду со всё возрастающей упругой деформацией появляется заметная необратимая, не исчезающая при разгрузке пластическая деформация. Напряжение, при котором остаточная относительная деформация (при растяжении — удлинение) достигает заданной величины (по ГОСТ — 0,2 %), называется условным пределом текучести и обозначается

Практически точность современных методов испытания такова, что σ_п и σ_е определяют с заданными допусками соответственно на отклонение от закона пропорциональности [увеличение ctg(90 — α) на 25—50 %] и на величину остаточной деформации (0,003—0,05 %) и говорят об условных пределах пропорциональности и упругости. Кривая растяжения конструкционных металлов может иметь максимум (точка в на рис. 2) или обрываться при достижении наибольшей нагрузки Р_в’. Отношение

характеризует временное сопротивление (предел прочности) материала. При наличии максимума на кривой растяжения в области нагрузок, лежащих на кривой левее в, образец деформируется равномерно по всей расчётной длине l₀, постепенно уменьшаясь в диаметре, но сохраняя начальную цилиндрическую или призматическую форму. При пластической деформации металлы упрочняются, поэтому, несмотря на уменьшение сечения образца, для дальнейшей деформации требуется прикладывать всё возрастающую нагрузку. σ_в, как и условные σ_0,2, σ_n и σ_е, характеризует сопротивление металлов пластической деформации. На участке диаграммы деформации правее в форма растягиваемого образца изменяется: наступает период сосредоточенной деформации, выражающейся в появлении «шейки». Уменьшение сечения в шейке «обгоняет» упрочнение металлов, что и обусловливает падение внешней нагрузки на участке Р_в — P_k.

У многих конструкционных материалов сопротивление пластической деформации в упруго-пластической области при растяжении и сжатии практически одинаково. Для некоторых металлов и сплавов (например, магниевые сплавы, высокопрочные стали) характерны заметные различия по этой характеристике при растяжении и сжатии. Сопротивление пластической деформации особенно часто (при контроле качества продукции, стандартности режимов термической обработки и в др. случаях) оценивается по результатам испытаний на твёрдость путём вдавливания твёрдого наконечника в форме шарика (твёрдость по Бринеллю или Роквеллу), конуса (твёрдость по Роквеллу) или пирамиды (твёрдость по Виккерсу). Испытания на твёрдость не требуют нарушения целостности детали и потому являются самым массовым средством контроля механических свойств. Твёрдость по Бринеллю (HB) при вдавливании шарика диаметром D под нагрузкой Р характеризует среднее сжимающее напряжение, условно вычисляемое на единицу поверхности шарового отпечатка диаметром d:

Характеристики пластичности. Пластичность при растяжении конструкционных материалов оценивается удлинением

при сжатии — укорочением

(где h₀ и h_k — начальная и конечная высота образца), при кручении — предельным углом закручивания рабочей части образца Θ, рад или относительным сдвигом γ = Θr (где r — радиус образца). Конечная ордината диаграммы деформации (точка k на рис. 2) характеризует сопротивление разрушению металла S_k, которое определяется

(F_k — фактическая площадь в месте разрыва).

Характеристики разрушения. Разрушение происходит не мгновенно (в точке k), а развивается во времени, причём начало в разрушения может соответствовать какой-то промежуточной точке на участке вк, а весь процесс заканчиваться при постепенно падающей до нуля нагрузке. Положение точки к на диаграмме деформации в значительной степени определяется жёсткостью испытательной машины и иннерционностью измерительной системы. Это делает величину S_k в большой мере условной.

Многие конструкционные металлы (стали, в том числе высокопрочные, жаропрочные хромоникелевые сплавы, мягкие алюминиевые сплавы и др.) разрушаются при растяжении после значительной пластической деформации с образованием шейки. Часто (например, у высокопрочных алюминиевых сплавов) поверхность разрушения располагается под углом примерно 45° к направлению растягивающего усилия. При определенных условиях (например, при испытании хладноломких сталей в жидком азоте или водороде, при воздействии растягивающих напряжений и коррозионной среды для металлов, склонных к коррозии под напряжением) разрушение происходит по сечениям, перпендикулярным растягивающей силе (прямой излом), без макропластической деформации.

Прочность материалов, реализуемая в элементах конструкций, зависит не только от механических свойств самого металла, но и от формы и размеров детали (т. н. эффекты формы и масштаба), упругой энергии, накопленной в нагруженной конструкции, характера действующей нагрузки (статическая, динамическая, периодически изменяющаяся по величине), схемы приложения внешних сил (растяжение одноосное, двухосное, с наложением изгиба и др.), рабочей температуры, окружающей среды. Зависимость прочности и пластичности металлов от формы характеризуется т. н. чувствительностью к надрезу, оцениваемой обычно по отношению пределов прочности надрезанного и гладкого образцов

(у цилиндрических образцов надрез обычно выполняют в виде круговой выточки, у полос — в виде центрального отверстия или боковых вырезов). Для многих конструкционных материалов это отношение при статической нагрузке больше единицы, что связано со значительной местной пластической деформацией в вершине надреза. Чем острее надрез, тем меньше локальная пластическая деформация и тем больше доля прямого излома в разрушенном сечении. Хорошо развитый прямой излом можно получить при комнатной температуре у большинства конструкционных материалов в лабораторных условиях, если растяжению или изгибу подвергать образцы массивного сечения (тем толще, чем пластичнее материал), снабдив эти образцы специальной узкой прорезью с искусственно созданной трещиной (рис. 3). При растяжении широкого, плоского образца пластическая деформация затруднена и ограничивается небольшой областью размером 2r_y (на рис. 3, б заштрихована), непосредственно примыкающей к кончику трещины. Прямой излом обычно характерен для эксплуатационных разрушений элементов конструкций.

Широкое распространение получили предложенные американским учёным Дж. Р. Ирвином в качестве констант для условий хрупкого разрушения такие показатели, как критический коэффициент интенсивности напряжений при плоской деформации K_1C и вязкость разрушения

При этом процесс разрушения рассматривается во времени и показатели K_1C(G_1C) относятся к тому критическому моменту, когда нарушается устойчивое развитие трещины; трещина становится неустойчивой и распространяется самопроизвольно, когда энергия, необходимая для увеличения её длины, меньше энергии упругой деформации, поступающей к вершине трещины из соседних упруго напряжённых зон металла.

При назначении толщины образца t и размеров трещины 2l_тр исходят из следующего требования

Коэффициент интенсивности напряжений К учитывает не только значение нагрузки, но и длину движущейся трещины:

Для оценки качества металла весьма распространены испытания на ударный о изгиб призматических образцов, имеющих на одной стороне надрез. При этом оценивают ударную вязкость (См. Ударная вязкость) (в кгс․м/см 2 или Мдж/м 2 ) — работу деформации и разрушения образца, условно отнесённую к поперечному сечению в месте надреза. Широкое распространение получили испытания на ударный изгиб образцов с искусственно полученной в основании надреза трещиной усталости. Работа разрушения таких образцов а_ту находится в целом в удовлетворительном соответствии с такой характеристикой разрушения, как K_1C, и ещё лучше с отношением

Временна́я зависимость прочности. С увеличением времени действия нагрузки сопротивление пластической деформации и сопротивление разрушению понижаются. При комнатной температуре у металлов это становится особенно заметным при воздействии коррозионной (коррозия под напряжением) или др. активной (эффект Ребиндера) среды. При высоких температурах наблюдается явление ползучести (См. Ползучесть), т. е. прироста пластической деформации с течением времени при постоянном напряжении (рис. 4, а). Сопротивление металлов ползучести оценивают условным пределом ползучести — чаще всего напряжением, при котором пластическая деформация за 100 ч достигает 0,2 %, и обозначают его σ_0,2/100. Чем выше температура t, тем сильнее выражено явление ползучести и тем больше снижается во времени сопротивление разрушению металла (рис. 4, б). Последнее свойство характеризуют т. н. пределом длительной прочности, т. е. напряжением, которое при данной температуре вызывает разрушение материала за заданное время (например, σ t ₁₀₀, σ t ₁₀₀₀ и т. д.). У полимерных материалов температурно-временная зависимость прочности и деформации выражена сильнее, чем у металлов. При нагреве пластмасс наблюдается высокоэластическая обратимая деформация; начиная с некоторой более высокой температуры развивается необратимая деформация, связанная с переходом материала в вязкотекучее состояние. С ползучестью связано и др. важное механическое свойство материалов — склонность к релаксации напряжений, т. е. к постепенному падению напряжения в условиях, когда общая (упругая и пластическая) деформация сохраняет постоянную заданную величину (например, в затянутых болтах). Релаксация напряжений обусловлена увеличением доли пластической составляющей общей деформации и уменьшением её упругой части.

Если на металл действует нагрузка, периодически меняющаяся по какому-либо закону (например, синусоидальному), то с увеличением числа циклов N нагрузки его прочность уменьшается (рис. 4, в) — металл «устаёт». Для конструкционной стали такое падение прочности наблюдается до N = (2—5) ․10 6 циклов. В соответствии с этим говорят о пределе усталости конструкционной стали, понимая под ним обычно амплитуду напряжения

ниже которой сталь при повторно-переменной нагрузке не разрушается. При |σ_min| = |σ_max| предел усталости обозначают символом σ_-1. Кривые усталости алюминиевых, титановых и магниевых сплавов обычно не имеют горизонтального участка, поэтому сопротивление усталости этих сплавов характеризуют т. н. ограниченными (соответствующими заданному N) пределами усталости. Сопротивление усталости зависит также от частоты приложения нагрузки. Сопротивление материалов в условиях низкой частоты и высоких значений повторной нагрузки (медленная, или малоцикловая, усталость) не связано однозначно с пределами усталости. В отличие от статической нагрузки, при повторно-переменных нагрузках всегда проявляется чувствительность к надрезу, т. е. предел усталости при наличии надреза ниже предела усталости гладкого образца. Для удобства чувствительность к надрезу при усталости выражают отношением

характеризует асимметрию цикла). В процессе уставания можно выделить период, предшествующий образованию очага усталостного разрушения, и следующий за ним, иногда довольно длительный, период развития трещины усталости. Чем медленнее развивается трещина, тем надёжнее работает материал в конструкции. Скорость развития трещины усталости dl/dN связывают с коэффициентом интенсивности напряжений степенной функцией:

Различают сопротивление термической усталости, когда появляющиеся в материале напряжения обусловлены тем, что в силу тех или иных причин, например из-за формы детали или условий её закрепления, возникающие при циклическом изменении температуры тепловые перемещения не могут быть реализованы. Сопротивление термической усталости зависит и от многих других свойств материала — коэффициентов линейного расширения и температуропроводности, модуля упругости, предела упругости и др.

Лит.: Давиденков Н. Н., Динамические испытания металлов, 2 изд., Л. — М., 1936; Ратнер С. И., Разрушение при повторных нагрузках, М., 1959; Серенсен С. В., Когаев В. П., Шнейдерович Р. М., Несущая способность и расчеты деталей машин на прочность, 2 изд., М., 1963; Прикладные вопросы вязкости разрушения, пер. с англ., М., 1968; Фридман Я. Б., Механические свойства металлов, 3 изд., М., 1974; Методы испытания, контроля и исследования машиностроительных материалов, под ред. А. Т. Туманова, т. 2, М., 1974.

Рис. 1. Схемы деформации при разных способах нагружения: а — растяжение, б — сжатие, в — изгиб, г — кручение (пунктиром показана начальная форма образцов).

Рис. 2. Типичная диаграмма деформации при растяжении конструкционных металлов.

Рис. 3. Образец со специально созданной в вершине надреза трещиной усталости для определения K_1C. Испытания на внецентренное (а) и осевое (б) растяжение.

Рис. 4. Изменение механических свойств конструкционных материалов в функции времени (или числа циклов).

Источник