Важнейшей характеристикой материалов, применяемых и машиностроении, меняется их прочность. Прочность определяется способностью сопротивления материала внешним силам (нагрузкам), не разрушаясь и не изменяя в допустимых пределах своей формы.
Под воздействием внешних сил в материале возникают внутренние силы, уравновешивающие внешние. Эти силы называются силами упругости. Сила упругости (Р), приходящаяся на единицу площади (F) поперечного сечении тела (относительно направления действия приложенной нагрузки), натыпается напряжением σ = P/F (кгс/мм2).
Основные механические характеристики материалов даются в значениях напряжений. Значения напряжений получают в результате испытаний образцов материалов на растяжение, сжатие, кручение (чистый сдвиг) и др.
При испытании на растяжение определяют:
- предел прочности (временное сопротивление) σв= P/F0 (МПа или кгс/мм2) — отношение наибольшей нагрузки Pmax, предшествовавшей разрушению образца, к площади F0 его поперечного сечения до испытания;
- предел текучести σт, (МПа или кгс/мм2) — напряжение, при котором остаточная деформация (не исчезающая после снятия нагрузки) εост или, иначе, остаточное удлинение образца составляет 0,2 % от его начальной расчетной длины l0 (За предел текучести обыкновенно принимается наибольшее напряжение, соответствующее моменту, предшествовавшему течению материала испытываемого образца. Течение материала — это удлинение образца без увеличения нагрузки. Однако в практике часто встречаются такие металлы, у которых не наблюдаются резкие переходы, соответствующие пределу текучести. Чтобы устранить такие затруднения, принято определять их условно. Условным пределом текучести называют напряжение, при котором удлинения образца достигают 0,2 % его начальной расчетной длины.);
- предел упругости σу — напряжение, при котором начинают возникать остаточные деформации, достигающие εост= 2·10-5.
Относительное удлинение δ= Δl0/l0 — отношение остаточного удлинения Δl0 образца после разрыва к его начальной расчешой длине l0.
При испытании на сжатие определяют:
- предел прочности при сжатии σсж — для хрупких материалов;
- предел текучести на сжатие σт. сж.— для пластичных материалов
Допустимые напряжения при изгибе σи обычно устанавливают близкими к допустимым напряжениям на растяжение. Однако допустимые напряжения изгиба должны быть различны в зависимости от способа приложения нагрузки и частоты нагружений. Принято различать постоянную, меняющуюся в одном направлении н знакопеременную нагрузки.
Твердость характеризует сопротивление смятию на ограниченной площадке материала. Наиболее распространенными методами измерений твердости являются метод Бринелля и метод Роквелла.
Метод Бринелля устанавливает условные числа твердости НВ по Бринеллю путем вдавливания в поверхность испытываемого материала шарика установленного диаметра (например, d = 10 мм) при определенной нагрузке (например, Р = 29,42 кН, ≈3000 кгс).
Метод Роквелла устанавливает числа твердости трех градаций HRA, HRB и HRC соответственно шкалам А и В путем вдавливания в поверхность испытываемого материала стальных шариков, а по шкале С — вдавливания алмазного конуса при определенных нагрузках (например, по шкале С Р=1,5кН, «150 кгс/мм2). Шкала С применяется при определении твердости упрочненных и закаленных металлов.
