Предел текучести металлов таблица
Обновлено: 16.06.2024
Таблица 9. Механические характеристики: для углеродистых и низколегированных сталей - табл.1 и 2, для теплоустойчивых хромистых сталей - табл.3 и 4, для жаропрочных, жаростойких и коррозионностойких сталей аустенитного и аустенито-ферритного класса - табл.5 и 6
| Расчетная температура стенки сосуда или аппарата, °С | Расчетное значение предела текучести Re, МПа (кгс/см 2 ), для сталей марок | |||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ВСт3 | 09Г2С, 16ГС | 20 и 20К | 10 | 10Г2, 09Г2 | 17ГС, 17Г1С, 10Г2С1 | |||
| толщина, мм | ||||||||
| до 20 | свыше 20 | до 32 | свыше 32 | до 160 | ||||
| 20 | 250 (2500) | 210 (2100) | 300 (3000) | 280 (2800) | 220 (2200) | 195 (1950) | 270 (2700) | 280 (2800) |
| 100 | 230 (2300) | 201 (2010) | 265,5 (2655) | 240 (2400) | 213 (2130) | 188 (1880) | 240 (2400) | 240 (2400) |
| 150 | 224 (2240) | 197 (1970) | 256,5 (2565) | 231 (2310) | 209 (2090) | 183 (1830) | 231 (2310) | 231 (2310) |
| 200 | 223 (2230) | 189 (1890) | 247,5 (2475) | 222 (2220) | 204 (2040) | 177 (1770) | 222 (2220) | 222 (2220) |
| 250 | 197 (1970) | 180 (1800) | 243 (2430) | 218 (2180) | 198 (1980) | 168 (1680) | 218 (2180) | 218 (2180) |
| 300 | 173 (1730) | 162 (1620) | 226,5 (2265) | 201 (2010) | 179 (1790) | 150 (1500) | 201 (2010) | 201 (2010) |
| 350 | 167 (1670) | 147 (1470) | 210 (2100) | 185 (1850) | 159 (1590) | 132 (1320) | 185 (1850) | 185 (1850) |
| 375 | 164 (1640) | 140 (1400) | 199,5 (1995) | 174 (1740) | 147 (1470) | 123 (1230) | 162 (1620) | 174 (1740) |
| 400 | - | - | 183 (1830) | 158 (1580) | - | - | - | 158 (1580) |
| 410 | - | - | - | 156 (1560) | - | - | - | 156 (1560) |
| 420 | - | - | - | 138 (1380) | - | - | - | 138 (1380) |
Таблица 10
| Расчетная температура стенки сосуда или аппарата, °С | Расчетное значение временного сопротивления Rm МПа (кгс/с 2 ), для сталей марок | ||||||
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| ВСт3 | 09Г2С, 16ГС | 20 и 20К | 10 | 10Г2, 09Г2, 17ГС, 17Г1С, 10Г2С1, | |||
| толщина, мм | |||||||
| до 20 | свыше 20 | до 32 | свыше 32 | до 160 | |||
| 20 | 460 (4600) | 380 (3800) | 470 (4700) | 440 (4400) | 410 (4100) | 340 (3400) | 440 (4400) |
| 100 | 435 (4350) | 360 (3600) | 425 (4250) | 385 (3850) | 380 (3800) | 310 (3100) | 385 (3850) |
| 150 | 460 (4600) | 390 (3900) | 430 (4300) | 430 (4300) | 425 (4250) | 340 (3400) | 430 (4300) |
| 200 | 505 (5050) | 420 (4200) | 439 (4390) | 439 (4390) | 460 (4600) | 382 (3820) | 439 (4390) |
| 250 | 510 (5100) | 435 (4350) | 444 (4440) | 444 (4440) | 460 (4600) | 400 (4000) | 444 (4440) |
| 300 | 520 (5200) | 440 (4400) | 445 (4450) | 445 (4450) | 460 (4600) | 374 (3740) | 445 (4450) |
| 350 | 480 (4800) | 420 (4200) | 441 (4410) | 441 (4410) | 430 (4300) | 360 (3600) | 441 (4410) |
| 375 | 450 (4500) | 402 (4020) | 425 (4250) | 425 (4250) | 410 (4100) | 330 (3300) | 425 (4250) |
Таблица 11
| Расчетная температура стенки сосуда или аппарата, °С | Расчетное значение предела текучести Rp0,2, МПа (кгс/см 2 ), для сталей марок | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 12МХ | 12ХМ | 15ХМ | 15Х5М | 15Х5М-У | |
| 20 | 220 (2200) | 220 (2200) | 233 (2330) | 220 (2200) | 400 (4000) |
| 100 | 219 (2190) | 219 (2190) | 230 (2300) | 210 (2100) | 352,5 (3525) |
| 150 | 218 (2180) | 218 (2180) | 229 (2290) | 207 (2070) | 345 (3450) |
| 200 | 217,5 (2175) | 217,5 (2175) | 228 (2280) | 201 (2010) | 337,5 (3375) |
| 250 | 217,5 (2175) | 217,5 (2175) | 228 (2280) | 190 (1900) | 330 (3300) |
| 300 | 212 (2120) | 212 (2120) | 220 (2200) | 180 (1800) | 315 (3150) |
| 350 | 206 (2060) | 206 (2060) | 213 (2130) | 171 (1710) | 300 (3000) |
| 375 | 202 (2020) | 202 (2020) | 210 (2100) | 164 (1640) | 270 (2700) |
| 400 | 198 (1980) | 198 (1980) | 205 (2050) | 158 (1580) | 255 (2550) |
| 410 | 195 (1950) | 195 (1950) | 204 (2040) | 155 (1550) | 240 (2400) |
| 420 | 194 (1940) | 194 (1940) | 202 (2020) | 152 (1520) | 225 (2250) |
Таблица 12
| Расчетная температура стенки сосуда или аппарата, °С | Расчетное значение временного сопротивления Rm, МПа (кгс/ см 2 ), для сталей марок | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 12МХ | 12ХМ | 15ХМ | 15Х5М | 15Х5М-У | |
| 20 | 450 (4500) | 450 (4500) | 450 (4500) | 400 (4000) | 600 (6000) |
| 100 | 440 (4400) | 440 (4400) | 440 (4400) | 380 (3800) | 572 (5720) |
| 150 | 434 (4340) | 434 (4340) | 434 (4340) | 355 (3550) | 555 (5550) |
| 200 | 430 (4300) | 430 (4300) | 430 (4300) | 330 (3300) | 535 (5350) |
| 250 | 440 (4400) | 437 (4370) | 437 (4370) | 320 (3200) | 520 (5200) |
| 300 | 454 (4540) | 445 (4450) | 445 (4450) | 318 (3180) | 503 (5030) |
| 350 | 437 (4370) | 442 (4420) | 442 (4420) | 314 (3140) | 492 (4920) |
| 375 | 427 (4270) | 436 (4360) | 436 (4360) | 312 (3120) | 484 (4840) |
| 400 | 415 (4150) | 426 (4260) | 426 (4260) | 310 (3100) | 472 (4720) |
| 410 | 413 (4130) | 424 (4240) | 424 (4240) | 306 (3060) | 468 (4680) |
| 420 | 410 (4100) | 421 (4210) | 421 (4210) | 300 (3000) | 462 (4620) |
Таблица 13
| Расчетная температура стенки сосуда или аппарата, °С | Расчетное значение предела текучести Rp0,2, МПа (кгс/см 2 ), для сталей марок | |||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| 08Х18Г8Н2Т (КО-3) | 07Х13АГ20 (ЧС-46) | 02Х8Н22С6 (ЭП-794) | 15Х18Н12С4ТЮ (ЭИ-654) | 08Х22Н6Т, 08Х21Н6М2Т | 06ХН28МДТ, 03ХН28МДТ | |
| 20 | 350 (3500) | 350 (3500) | 200 (2000) | 350 (3500) | 350 (3500) | 220 (2200) |
| 100 | 328 (3280) | 260 (2600) | 160 (1600) | 330 (3300) | 300 (3000) | 207 (2070) |
| 150 | 314 (3140) | 230 (2300) | 150 (1500) | 310 (3100) | 290 (2900) | 195 (1950) |
| 200 | 300 (3000) | 200 (2000) | 135 (1350) | 300 (3000) | 283 (2830) | 186 (1860) |
| 250 | 287 (2870) | 190 (1900) | 125 (1250) | 280 (2800) | 250 (2500) | 175 (1750) |
| 300 | 274 (2740) | 180 (1800) | 115 (1150) | 270 (2700) | 240 (2400) | 165 (1650) |
| 350 | - | 170 (1700) | - | - | - | 160 (1600) |
| 375 | - | 165 (1650) | - | - | - | 157,5 (1575) |
| 400 | - | 160 (1600) | - | - | - | 155 (1550) |
Таблица 14
| Расчетная температура стенки сосуда, или аппарата, °С | Расчетное значение временного сопротивления Rm, МПа (кгс/с 2 ), для сталей марок | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 08Х18Г8Н2Т (КО-3) | 07Х13АГ20 (ЧС-46) | 02Х8Н22С6 (ЭП-794) | 15Х18Н12СЧТЮ (ЭИ-654) | 06ХН28МДТ, 03ХН28МДТ | |
| 20 | 600 (6000) | 670 (6700) | 550 (5500) | 700 (7000) | 550 (5500) |
| 100 | 535 (5350) | 550 (5500) | 500 (5000) | 640 (6400) | 527,5 (5275) |
| 150 | 495 (4950) | 520 (5200) | 480 (4800) | 610 (6100) | 512,5 (5125) |
| 200 | 455 (4550) | 490 (4900) | 468 (4680) | 580 (5800) | 500 (5000) |
| 250 | 415 (4150) | 485 (4850) | 450 (4500) | 570 (5700) | 490 (4900) |
| 300 | 375 (3750) | 480 (4800) | 440 (4400) | 570 (5700) | 482,5 (4825) |
| 350 | - | 465 (4650) | - | - | 478 (4780) |
| 375 | - | 458 (4580) | - | - | 474 (4740) |
| 400 | - | 450 (4500) | - | - | 470 (4700) |
Таблица 15
| Расчетная температура стенки сосуда или аппарата, °С | Расчетное значение предела текучести Rp1,0, МПа (кгс/см 2 ), для сталей марок | ||||
|---|---|---|---|---|---|
| 12Х18Н10Т, 08Х18Н12Т*, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т | 08Х18Н10Т, 08Х18Н12Т*, 08Х17Н13М2Т, 08Х17Н15М3Т | 03Х21Н21М4ГБ | 03Х18Н11 | 03Х17Н14М3 | |
| 20 | 276 (2760) | 252 (2520) | 270 (2700) | 240 (2400) | 230 (2300) |
| 100 | 261 (2610) | 234 (2340) | 260 (2600) | 200 (2000) | 210 (2100) |
| 150 | 252 (2520) | 222 (2220) | 257 (2570) | 187,5 (1875) | 195 (1950) |
| 200 | 240 (2400) | 210 (2100) | 257 (2570) | 180 (1800) | 180 (1800) |
| 250 | 231 (2310) | 198 (1980) | 250 (2500) | 173 (1730) | 170 (1700) |
| 300 | 222 (2220) | 184,5 (1845) | 223 (2230) | 168 (1680) | 155 (1550) |
| 350 | 216 (2160) | 169,5 (1695) | 215 (2150) | 162 (1620) | 152 (1520) |
| 375 | 210 (2100) | 162 (1620) | 212 (2120) | 160 (1600) | 135 (1350) |
| 400 | 205,5 (2055) | 154,5 (1545) | 210 (2100) | 160 (1600) | 130 (1300) |
| 410 | 204 (2040) | 153 (1530) | - | 160 (1600) | 125 (1250) |
| 420 | 202,5 (2025) | 151,5 (1515) | - | 160 (1600) | 123 (1230) |
| 430 | 201 (2010) | 150,75 (1508) | - | 160 (1600) | 122 (1220) |
| 440 | 199,5 (1995) | 150 (1500) | - | 160 (1600) | 121 (1210) |
| 450 | 198 (1980) | 148,5 (1485) | - | 160 (1600) | 120 (1200) |
| 460 | 196,5 (1965) | 147 (1470) | - | - | - |
| 470 | 195 (1950) | 146 (1460) | - | - | - |
| 480 | 193,5 (1935) | 145,5 (1455) | - | - | - |
| 490 | 192 (1920) | 144 (1440) | - | - | - |
| 500 | 190,5 (1905) | 142,5 (1425) | - | - | - |
| 510 | 189 (1890) | 141 (1410) | - | - | - |
| 520 | 187,5 (1875) | 139,5 (1395) | - | - | - |
| 530 | 186 (1860) | 138 (1380) | - | - | - |
* Текст документа соответствует оригиналу. - Примечание изготовителя базы данных.
Примечание. Предел текучести для поковок, сортового проката и труб при 20 °С следует принимать:
- для поковок из стали марок 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т - для поковок и сортового проката из стали марки 08Х18Н10Т- для сортового проката из стали марок 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т - 1,15 R 20 р0,2 (сорта);
- для поковок из стали марок 03Х17Н14М3, 03Х18Н11 - для сортового проката из стали марки 03Х18Н11 - для труб из стали марки 03Х21Н21М4ГБ (ЗИ-35)- для поковок из стали марки 03Х21Н21М4ГБ (ЗИ-35) - 1,08 R 20 р0,2 (поковки), где Rр0,2 - предел текучести материала поковок определен по ГОСТ 25054 (по согласованию).
Таблица 16
_____________ * Для сталей 08Х17Н13М2Т, 08Х17Н15М3Т предел текучести при 20 °С равен 200 (2000) МПа (кгс/см 2 ).
**Вероятно ошибка оригинала. Следует читать: 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т. - Примечание изготовителя базы данных.
Примечания: 1. Для поковок из стали марок 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т пределы текучести, приведенные в табл.16, умножают на 0,83.
2. Для сортового проката из стали марок 12Х18Н10Т, 10Х17Н13М2Т, 10Х17Н13М3Т пределы текучести, приведенные в табл.16, умножают на отношение
где R*p0,2 - предел текучести материала сортового проката определен по ГОСТ 5949.
3. Для поковок и сортового проката из стали марки 08Х18Н10Т пределы текучести, приведенные в табл.16, умножают на 0,95.
4. Для поковок из стали марки 03Х17Н14М3 пределы текучести, приведенные в табл.16, умножают на 0,9.
5. Для поковок из стали марки 03Х18Н11 пределы текучести, приведенные в табл.16, умножают на 0,9; для сортового проката из стали марки 03Х18Н11 пределы текучести умножают на 0,8.
6. Для труб из стали марки 03Х21Н21М4ГБ (ЗИ-35) пределы текучести, приведенные в табл.16, умножают на 0,88.
7. Для поковок из стали марки 03Х21Н21М4ГБ (ЗИ-35) пределы текучести, приведенные в табл.16, умножают на отношение
где R*p0,2 - предел текучести материала поковок определен по ГОСТ 25054 (по согласованию).
Механические свойства металлов и сплавов
К основным механическим свойствам металлов относятся прочность , вязкость , пластичность , твердость , выносливость, ползучесть, износостойкость. Они являются главными характеристиками металла или сплава .
Рассмотрим некоторые термины, применяемые при характеристике механических свойств. Изменения размеров и формы, происходящие в твердом теле под действием внешних сил, называются деформациями, а процесс, их вызывающий,— деформированием. Деформации, исчезающие при разгрузке, называются упругими, а не исчезающие после снятия нагрузки — остаточными или пластическими.
Напряжением называется величина внутренних сил, возникающих в твердом теле под влиянием внешних сил.
Под прочностью материала понимают его способность сопротивляться деформации или разрушению под действием статических или динамических нагрузок. О прочности судят по характеристикам механических свойств, которые получают при механических испытаниях. К статическим испытаниям на прочность относятся растяжение, сжатие, изгиб, кручение, вдавливание. К динамическим относятся испытания на ударную вязкость, выносливость и износостойкость. Эластичностью называется способность материалов упруго деформироваться, а пластичностью — способность пластически деформироваться без разрушения.
Вязкость — это свойство материала, которое определяет его способность к поглощению механической энергии при постепенном увеличении пластической деформации вплоть до разрушения материала. Материалы должны быть одновременно прочными и пластичными.
Твердость — это способность материала сопротивляться проникновению в него других тел.
Выносливость — это способность материала выдерживать, не разрушаясь, большое число повторно-переменных нагрузок.
Износостойкость — это способность материала сопротивляться поверхностному разрушению под действием внешнего трения.
Ползучесть — это способность материала медленно и непрерывно пластически деформироваться (ползти) при постоянном напряжении (особенно при высоких температурах).
Поведение некоторых металлов (например, отожженной стали) при испытании на растяжение показано на рис. 3 . При увеличении нагрузки в металле сначала развиваются процессы упругой деформации, удлинение образца при этом незначительно. Затем наблюдается пластическое течение металла без повышения напряжения, этот период называется текучестью. Напряжение, при котором продолжается деформация образца без заметного увеличения нагрузки, называют пределом текучести. При дальнейшем повышении нагрузки происходит развитие в металле процессов наклепа (упрочнения под нагрузкой). Наибольшее напряжение, предшествующее разрушению образца, называют пределом прочности при растяжении.
Рис. 3. Диаграмма деформации при испытании металлов на растяжение.
Напряженное состояние — это состояние тела, находящегося под действием уравновешенных сил, при установившемся упругом равновесии всех его частиц. Остаточные напряжения — это напряжения, остающиеся в теле, после прекращения действия внешних сил, или возникающие при быстром нагревании и охлаждении, если линейное расширение или усадка слоев металла и частей тела происходит неравномерно.
Внутренние напряжения образуются при быстром охлаждении или нагревании в температурных зонах перехода от пластического к упругому состоянию металла. Эти температуры для стали соответствую 400—600°. Если образующиеся внутренние напряжения превышают предел прочности, то в деталях образуются трещины, если они превышают предел упругости, то происходит коробление детали.
Предел прочности при растяжении в кг/мм2 определяется на разрывной машине как отношение нагрузки Р в кГ, необходимой для разрушения стандартного образца ( рис. 4, а ), к площади поперечного сечения образца в мм 2 .
Рис. 4. Методы испытания прочности материалов: а - на растяжение; б - на изгиб; в - на ударную вязкость; г - на твёрдость
Предел прочности при изгибе в кГ/мм2 определяется разрушением образца, который устанавливаете» на двух опорах ( рис. 4, б ), нагруженного по середине сосредоточенной нагрузкой Р.
Для установления пластичности материала определяют относительное удлинение δ при растяжении или прогиб ƒ при изгибе.
Относительное удлиненней δ в % определяется на образцах, испытуемых на растяжение. На образец наносят деления (рис. 4, а) и измеряют между ними расстояние до испытания (l0) и после разрушения (l) и определяют удлинение
δ = l-l o / l o · 100%
Прогиб при изгибе в мм определяется при помощи прогибомера машины, указывающего прогиб ƒ, образующийся на образце в момент его разрушения (рис. 4, б).
Ударная вязкость в кГм/см 2 определяется на образцах ( рис. 4, в ), подвергаемых на копре разрушению ударом отведенного в сторону маятника. Для этого работу деформации в кГм делят на площадь поперечного сечения образца в см 2 .
Твердость по Бринелю (НВ) определяют на зачищенной поверхности образца, в которую вдавливают стальной шарик ( рис. 4, г ) диаметром 5 или 10 мм под соответствующей нагрузкой в 750 или 3000 кГ и замеряют диаметр d образовавшейся лунки. Отношение нагрузки в кГ к площади лунки πd2 / 4 в мм 2 дает число твердости.
Показатели для механических свойств для основных сплавов приведены в табл. 1 .
Предел текучести стали
Разные материалы по-разному реагируют на приложенную к ним внешнюю силу, вызывающую изменение их формы и линейных размеров. Такое изменение называют пластической деформация. Если тело после прекращения воздействия самостоятельно восстанавливает первоначальную форму и линейные размеры — такая деформация называется упругой. Упругость, вязкость, прочность и твердость являются основными механическими характеристиками твердых и аморфных тел и обуславливают изменения, происходящие с физическим телом при деформации под действием внешнего усилия и ее предельном случае — разрушении. Предел текучести материала — это значение напряжения (или силы на единицу площади сечения), при котором начинается пластическая деформация.
Поведение сталей при высоких температурах
Текучесть металла
Знание механических свойств материала чрезвычайно важно для конструктора, который использует их в своей работе. Он определяет максимальную нагрузку на ту или иную деталь или конструкцию в целом, при превышении которой начнется пластическая деформация, и конструкция потеряет с вою прочность, форму и может быть разрушена. Разрушение или серьезная деформация строительных конструкций или элементов транспортных систем может привести к масштабным разрушениям, материальным потерям и даже к человеческим жертвам.
Предел текучести — это максимальная нагрузка, которую можно приложить к конструкции без ее деформации и последующего разрушения. Чем выше его значения, тем большие нагрузки конструкция сможет выдержать.
На практике предел текучести металла определяет работоспособность самого материала и изделий, изготовленных из него, под предельными нагрузками. Люди всегда прогнозировали предельные нагрузки, которые могут выдержать возводимые ими строения или создаваемые механизмы. На ранних этапах развития индустрии это определялось опытным путем, и лишь в XIX веке было положено начало созданию теории сопротивления материалов. Вопрос надежности решался созданием многократного запаса по прочности, что вело к утяжелению и удорожанию конструкций. Сегодня необязательно создавать макет изделия определенного масштаба или в натуральную величину и проводить на нем опыты по разрушению под нагрузкой — компьютерные программы семейства CAE (инженерных расчетов) могут с точностью рассчитать прочностные параметры готового изделия и предсказать предельные значения нагрузок.
Величина предела текучести материала
С развитием атомной физики в XX веке появилась возможность рассчитать значение параметра теоретическим путем. Эту работы первым проделал Яков Френкель в 1924 году. Исходя из прочности межатомных связей, он путем сложных для того времени вычислений определил величину напряжения, достаточного для начала пластической деформации тел простой формы. Величина предела текучести материала будет равна
ττ=G/2π. , где G — модуль сдвига, как раз и определяющий устойчивость связей между атомами.
Расчет величины предела текучести
Гениальное допущение, сделанное Френкелем при расчетах, заключалось в том, что процесс изменения формы материала рассматривался как приводимый в действие напряжениями сдвига. Для начала пластической деформации полагалось достаточным, чтобы одна половина тела сдвинулась относительно другой до такой степени, чтобы не смогла вернуться в начальное положение под действием сил упругости.
График физического предела текучести
Френкель предположил, что испытываемый в мысленном эксперименте материал имеет кристаллическое или поликристаллическое строение, свойственно для большей части металлов, керамики и многих полимеров. Такое строение предполагает наличие пространственной решетки, в узлах которой в строго определенном порядке расположены атомы. Конфигурация этой решетки строго индивидуальны для каждого вещества, индивидуальны и межатомные расстояния и связывающие эти атомы силы. Таким образом, чтобы вызвать пластическую деформацию сдвига, потребуется разорвать все межатомные связи, проходящие через условную плоскость, разделяющую половины тела.
При некотором значении напряжения, равному пределу текучести, связи между атомами из разных половин тела разорвутся, и рады атомов сместятся друг относительно друга на одно межатомное расстояние без возможности вернуться в исходное положение. При продолжении воздействия такой микросдвиг будет продолжаться, пока все атомы одной половины тела не потеряют контакт с атомами другой половины
В макромире это вызовет пластическую деформацию, изменит форму тела и при продолжении воздействия приведет к его разрушению. На практике линия начала разрушений проходит не посередине физического тела, а находится в местах расположения неоднородностей материала.
Физический предел текучести
В теории прочности для каждого материала существует несколько значений этой важной характеристики. Физический предел текучести соответствует значению напряжения, при котором, не смотря на деформацию, удельная нагрузка не меняется вовсе или меняется несущественно. Иными словами, это значение напряжения, при котором физическое тело деформируется, «течет», без увеличения прилагаемого к образцу усилия
Условный предел текучести
Большое число металлов и сплавов при испытаниях на разрыв демонстрируют диаграмму текучести с отсутствующей или слабо выраженной «площадкой текучести». Для таких материалов говорят о условном пределе текучести. Его трактуют как напряжение, при котором происходит деформация в переделах 0,2%.
Условный предел текучести
К таким материалам относятся легированные и высокоуглеродистые стальные сплавы, бронза, дюралюминий и многие другие. Чем более пластичным является материал, тем выше для него показатель остаточных деформаций. Примером пластичных материалов могут служить медь, латунь, чистый алюминий и большинство низкоуглеродистых стальных сплавов.
Сталь, как самый популярный массовый конструкционный материал, находится под особо пристальным вниманием специалистов по расчету прочности конструкций и предельно допустимых нагрузок на них.
Стальные сооружения в ходе их эксплуатации подвергаются большим по величине и сложным по форме комбинированным нагрузкам на растяжение, сжатие, изгиб и сдвиг. Нагрузки могут быть динамическими, статическими и периодическими. Несмотря на сложнейшие условия использования, конструктор должен обеспечить у проектируемых им конструкций и механизмов долговечность, безотказность и высокую степень безопасности как для персонала, таки для окружающего населения.
Предел текучести стали
Поэтому к стали и предъявляются повышенные требования по механическим свойствам. С точки зрения экономической эффективности, предприятие стремится снизить сечение и другие размеры производимой им продукции, чтобы снизить материалоемкость и вес и повысить, таким образом, эксплуатационные характеристики. На практике это требование должно быть сбалансировано с требования ми по безопасности и надежности, зафиксированными в стандартах и технических условиях.
Предел текучести для стали является ключевым параметрам в этих расчетах, поскольку он характеризует способность конструкции выдерживать напряжения без необратимых деформаций и разрушения.
Влияние содержание углерода на свойства сталей
Согласно физико-химическому принципу аддитивности, изменение физических свойств материалов определяется процентным содержанием углерода. Повышение его доли до 1,2% дает возможности увеличить прочность, твердость, предел текучести и пороговую хладоемкость сплава. Дальнейшее повышение доли углерода приводит к заметному снижению таких технических показателей, как способность к свариваемости и предельная деформация при штамповочных работах. Стали с низким содержанием углерода демонстрируют наилучшую свариваемость.
Азот и кислород в сплаве
Эти неметаллы из начала таблицы Менделеева являются вредными примесями и снижают механические и физические характеристики стали, такие, например, как порог вязкости, пластичность и хрупкость. Если кислород содержится в количестве свыше 0,03%- это ведет к ускорению старения сплава, а азот увеличивает ломкость материала. С другой стороны, содержание азота повышает прочность, снижая предел текучести.
Микроструктура сплава, в составе которого присутствуют азот и кислород
Добавки марганца и кремния
Легирующая добавка в виде марганца применяется для раскисления сплава и компенсации отрицательного влияния вредных серосодержащих примесей. Ввиду своей близости по свойствам к железу существенного самостоятельного влияния на свойства сплава марганец не оказывает. Типовое содержание марганца – около 0,8%.
Кремний оказывает похожее воздействие, его добавляют в процессе раскисления в объемной доле, не превышающей 0,4%. Поскольку кремний существенно ухудшает такой технический показатель, как свариваемость стали. Для конструкционных сталей, предназначенных для соединения сваркой, его доля не должна превышать 0,25%. На свойства стальных сплавов кремний влияния не оказывает.
Примеси серы и фосфора
Сера является исключительно вредной примесью и отрицательно воздействует на многие физические свойства и технические характеристики.
Предельно допустимое содержание этого элемента в виде хрупких сульфитов– 0,06%
Сера ухудшает пластичность, предел текучести, ударную вязкость, износостойкость и коррозионную стойкость материалов.
Фосфор оказывает двоякое воздействие на физико-механические свойства сталей. С одной стороны, с повышением его содержания повышается предел текучести, однако с другой стороны, одновременно понижаются вязкость и текучесть. Обычно содержание фосфора находится в пределах от 0,025 до 0,044%. Особенно сильное отрицательное влияние фосфор оказывает при одновременном повышении объемных долей углерода.
Легирующие добавки в составе сплавов
Легирующими добавками называют вещества, намеренно введенные в состав сплав для целенаправленного изменения его свойств до нужных показателей. Такие сплавы называют легированными сталями. Лучших показателей можно добиться, добавляя одновременно несколько присадок в определенных пропорциях.
Влияние легирующих элементов на свойства стали
Распространенными присадками являются никель, ванадий, хром, молибден и другие. С помощью легирующих присадок улучшают значение предела текучести, прочности, вязкости, коррозионной стойкости и многих других физико-механических и химических параметров и свойств.
Текучесть расплава металла
Текучестью расплава металла называют его свойство полностью заполнять литейную форму, проникая в малейшие полости и детали рельефа. От этого зависит точность отливки и качество ее поверхности.
Жидкий металл для процессоров
Свойство можно усилить, если поместить расплав под избыточное давление. Это физическое явление используется в установках литья под давлением. Такой метод позволяет существенно повысить производительность процесса литья, улучшить качество поверхности и однородность отливок.
Испытание образца для определения предела текучести
Чтобы провести стандартные испытания, используют цилиндрический образец диаметром 20 мм и высотой 10 мм, закрепляют его в испытательной установке и подвергают растягиванию. Расстояние между нанесенными на боковой поверхности образца метками называют расчетной длиной. В ходе измерений фиксируют зависимость относительного удлинения образца от величины растягивающего усилия.
Зависимость отображают в виде диаграммы условного растяжения. На первом этапе эксперимента рост силы вызывает пропорциональное увеличение длины образца. По достижении предела пропорциональности диаграмма из линейной превращается в криволинейную, теряется линейная зависимость между силой и удлинением. На этом участке диаграммы образец при снятии усилия еще может вернуться к исходным форме и габаритам.
Для большинства материалов значения предела пропорциональности и предела текучести настолько близки, что в практических применениях разницу между ними не учитывают.
Читайте также: