В чем измеряется пластичность

В чем измеряется пластичность

Прочность — это способность материала сопротивляться пластической деформации.

Показатели прочности:

1. Предел пропорциональности — это напряжение, ниже которого соблюдается прямая пропорциональная зависимость между напряжением и относительной деформацией:

,

где Р_пц — нагрузка при пределе пропорциональности.

2. Предел упругости s_0,05 — это условное напряжение, при котором остаточная деформация составляет 0,05% расчетной длины. Ввиду малости величины остаточной деформации на пределе упругости его иногда принимают равным пределу пропорциональности.

3. Предел текучести физический — это наименьшее напряжение при котором образец деформируется без увеличения растягивающей нагрузки:

,

Если на кривой деформации отсутствует четко выраженная площадка текучести (рис. 7, а), то определяют предел текучести условный.

4. Условный предел текучести s_0,2 — это напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,2% длины участка образца на его рабочей части, удлинение которого принимается в расчет при определении указанной характеристики:

,

5. Сопротивление значительным пластическим деформациям (для пластичных материалов) характеризуется пределом прочности.

Предел прочности (временное сопротивление) s_В — это условное напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке Р_МАХ , предшествовавшей разрыву образца:

.

Пластичность — это способность материала проявлять, не разрушаясь, остаточную деформацию.

Показатели пластичности:

1. Относительное удлинение после разрыва d — это отношение приращения расчетной длины образца (l_K – l ) после разрушения (рис. 8) к начальной расчетной длине l , выраженное в процентах:

Для определения длины расчетной части l_K после разрыва части образца плотно прикладывают друг к другу (рис. 8) и измеряют расстояние между метками, которые ограничивали начальную расчета длину.

Относительное сужение y — это отношение абсолютного уменьшения площади поперечного сечения в шейке образца (F – F_K ) к начальной площади сечения F выраженное в процентах:

где F и F_K — площади поперечного сечения образца до и после испытания соответственно.

Способы определения твердости материалов.

Твердость — способность материала сопротивляться упругой и пластической деформации при внедрении в него более твердого тела (индентора).

Определение твердости по методу Роквелла

При измерении твердости по Роквеллу индентор — алмазный конус с углом при вершине 120° (ГОСТ 9013-59) и радиусом закругления 0,2 мм или стальной шарик диаметром 1,5875 мм (1/16 дюйма) — вдавливается в образец под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок: предварительной Р и общей Р = Р + Р₁ , где Р₁ — основная нагрузка.

Схема измерения твердости по Роквеллу

Сначала индентор вдавливается в поверхность образца под предварительной нагрузкой Р = 100 Н, которая не снимается до конца испытания, что позволяет повысить точность испытаний, т.к. исключает влияние вибраций и тонкого поверхностного слоя. Под нагрузкой Р индентор погружается в образец на глубину h . Затем на образец подается полная нагрузка Р = Р + Р₁ , глубина вдавливания увеличивается. Последняя после снятия основной нагрузки Р₁ (на индентор вновь действует только предварительная нагрузка Р ) определяет число твердости по Роквеллу (HR). Чем больше глубина вдавливания h, тем меньше число твердости HR.

Твердомер Роквелла автоматически показывает значения числа твердости в условных единицах по одной из трех шкал — А, В и С и соответственно они обозначаются как HRA, HRB и HRC. Выбор шкалы производится по предварительно известной твердости материала по Бринеллю из табл.3. Если сведений о твердости материала образца нет, то после ориентировочных замеров необходимо обратиться к табл.5 и затем произвести окончательные замеры твердости.

Существенное значение имеет толщина испытуемого образца. После замера твердости на обратной стороне образца не должно быть следов отпечатка.

Во всех случаях измерений значение предварительной нагрузки постоянно и равно Р = 100 Н.

Число твердости выражается формулами:

, (3)

, (4)

где (0,002 — цена деления шкалы индикатора твердомера Роквелла).

Таким образом, единица твердости по Роквеллу безразмерная величина, соответствующая осевому перемещению индентора на 0,002 мм.

Существует несколько типов приборов для измерения твердости по Роквеллу, но принципиальные схемы их работы аналогичны.

Определение твердости по методу Виккерса

При стандартном измерении твердости по Виккерсу (ГОСТ 2999-75) в поверхность образца вдавливается алмазный индентор в форме четырехгранной пирамиды с углом при вершине a»136°. После удаления нагрузки P (10¸1000 Н), действовавшей определенное время (10-15 с), измеряют диагональ отпечатка d, оставшегося на поверхности образца.

Число твердости HV определяют по формуле:

(5)

где Р — нагрузка в кгс, d — длина диагонали отпечатка в мм.

Число твердости записывается без единиц измерения, например 230 HV. Если число твердости выражают в МПа, то после него указывают единицу измерения, например HV = 3200 МПа.

Относительно небольшие нагрузки и малая глубина вдавливания индентора обуславливают необходимость более тщательной подготовки поверхности, чем при измерении твердости по Бринеллю. Образцы, как правило, полируют, с поверхности снимается наклеп.

Измерения осуществляют на приборах марки ТП. Прибор смонтирован на станине 1. Образец помещают на опорный столик 5. Нагрузка прилагается к индентору 6 через установленный на призмах рычаг. Рычаг с подвеской 14 без сменных грузов 15 обеспечивает минимальную нагрузку 50 Н.

Схема прибора ТП для определения твердости по Виккерсу:

1 — станина; 2 — педаль грузового привода; 3 — маховичок; 4 — винт подъемный; 5 — столик опорный; 6 — индентор; 7 — рукоятка; 8 — шпин-дель; 9 — шпиндель промежуточный; 10 — микроскоп измерительный; 11 — призма; 12 — рычаг; 13 — штырь; 14 — подвеска; 15 — грузы сменные; 16 — шпиндель пустотелый; 17 — ры-чаг ломанный; 18 — винт регулиро-вочный; 19 — амортизатор масляный; 20 — груз; 21 и 22 — рычаги; 23 — руко-ятка.

После установки образца на столик 5 совмещают перекрестие окуляра микроскопа 10 с тем местом на образце, твердость которого необходимо измерить. Наводят на резкость, устанавливают индентор над образцом, включают механизм грузового привода. Пока образец находится под нагрузкой, горит сигнальная лампочка, расположенная в верхней части передней панели твердомера.

После снятия нагрузки поворотную головку переводят в такое положение, чтобы полученный отпечаток вновь был виден в микроскоп. Затем с помощью барабанчика окуляр-микрометра замеряют длину диагонали отпечатка.

Физический смысл числа твердости по Виккерсу аналогичен НВ, величина HV тоже является усредненным условным напряжением в зоне контакта индентор — образец и характеризует обычно сопротивление материала значительной пластической деформации.

Числа HV и НВ близки по абсолютной величине только до 400-450 НV. Выше этих значений метод Бринелля дает искаженные результаты из-за остаточной деформации стального шарика. Алмазная же пирамида в методе Виккерса позволяет определять твердость практически любых металлических материалов. Еще более важное достоинство этого метода — геометрическое подобие отпечатков при любых нагрузках, поэтому возможно строгое количественное сопоставление чисел твердости НV любых материалов, испытанных при различных нагрузках.

Хрупкое и вязкое разрушение материала.

При хрупком разрушении макропластическая деформация отсутствует. В металле возникает только упругая деформация. Разрушение происходит путем отрыва или скола, когда плоскость разрушения перпендикулярна действующим напряжениям. Разрушение начинается от дефекта (микротрещины), вблизи которого концентрируются напряжения, превосходящие теоретическую прочность металла.

При вязком разрушении металл претерпевает значительную пластическую деформацию. У пластичных материалов, благодаря релаксации напряжений, их концентрация вблизи несплошностей оказывается недостаточной и развитие трещин скола (т.е. хрупких) не происходит. Вязкое разрушение происходит путем сдвига.

Пластичность (физика)

Пласти́чность — способность материала без разрушения получать большие остаточные деформации. Свойство пластичности имеет решающее значение для таких технологических операций, как штамповка, вытяжка, волочение, изгиб и др. Мерой пластичности являются относительное удлинение δ и относительное сужение ψ, определяемые при проведении испытаний на растяжение. Чем больше δ, тем более пластичным считается материал. По уровню относительного сужения ψ можно делать вывод о технологичности материала. К числу весьма пластичных материалов относятся отожженная медь, алюминий, латунь, золото, малоуглеродистая сталь и др. Менее пластичными являются дюраль и бронза. К числу слабо пластичных материалов относятся многие легированные стали.

У пластичных материалов прочностные характеристики на растяжение и сжатие сопоставляют по пределу текучести. Принято считать, что σ_т.р≈σ_т.с.

Деление материалов на пластичные и хрупкие является условным не только потому, что между теми и другими не существует резкого перехода в значениях δ и ψ. В зависимости от условий испытания многие хрупкие материалы способны вести себя как пластичные, а пластичные — как хрупкие.

Очень большое влияние на проявление свойств пластичности и хрупкости оказывают скорость натяжения и температура. При быстром натяжении более резко проявляется свойство хрупкости, а при медленном — свойство пластичности. Например, хрупкое стекло способно при длительном воздействии нагрузки при нормальной температуре получать остаточные деформации. Пластичные же материалы, такие как малоуглеродистая сталь, под воздействием резкой ударной нагрузки проявляют хрупкие свойства.

Литература

Феодосьев В.И. Сопротивление материалов. — М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 1999. С. 86. ISBN 5-7038-1340-9

См. также

Wikimedia Foundation . 2010 .

Смотреть что такое «Пластичность (физика)» в других словарях:

Пластичность (свойство твёрдых тел) — Пластичность (от греч. plastikós ‒ годный для лепки, податливый, пластичный), свойство твёрдых тел необратимо изменять свои размеры и форму (т. е. пластически деформироваться) под действием механических нагрузок. П. кристаллических тел (или… … Большая советская энциклопедия

ФИЗИКА. — ФИЗИКА. 1. Предмет и структура физики Ф. наука, изучающая простейшие и вместе с тем наиб. общие свойства и законы движения окружающих нас объектов материального мира. Вследствие этой общности не существует явлений природы, не имеющих физ. свойств … Физическая энциклопедия

Пластичность — I Пластичность (от греч. plastikós годный для лепки, податливый, пластичный) свойство твёрдых тел необратимо изменять свои размеры и форму (т. е. пластически деформироваться) под действием механических нагрузок. П. кристаллических тел… … Большая советская энциклопедия

Физика твёрдого тела — Физика твёрдого тела раздел физики конденсированного состояния, задачей которого является описание физических свойств твёрдых тел с точки зрения их атомарного строения. Интенсивно развивалась в XX веке после открытия квантовой механики.… … Википедия

Атомная физика — раздел физики, в котором изучают строение и состояние атомов. А. ф. возникла в конце 19 начале 20 вв. В 10 х гг. 20 в. было установлено, что атом состоит из ядра и электронов, связанных электрическими силами. На первом этапе своего… … Большая советская энциклопедия

Твёрдое тело — одно из четырёх агрегатных состояний вещества, отличающееся от др. агрегатных состояний (жидкости (См. Жидкость), Газов, плазмы (См. Плазма)) стабильностью формы и характером теплового движения атомов, совершающих малые колебания около… … Большая советская энциклопедия

ТВЁРДОЕ ТЕЛО — агрегатное состояние в ва, характеризующееся стабильностью формы и хар ром теплового движения атомов, к рые совершают малые колебания вокруг положений равновесия. Различают крист. и аморфные Т. т. Кристаллы характеризуются пространств.… … Физическая энциклопедия

Механика — (греч. μηχανική искусство построения машин) область физики, изучающая движение материальных тел и взаимодействие между ними. Движением в механике называют изменение во времени взаимного положения тел или их частей в пространстве[1].… … Википедия

Гидродинамика — Механика сплошных сред … Википедия

Теория упругости — Механика сплошных сред … Википедия

Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Измерение — пластичность

Измерение пластичности по Дефо производится на специальной установке, которая представляет собой сложный автоматизированный и электрифицированный агрегат, позволяющий производить весь комплекс операций: вырезку образцов, их предварительный прогрев в камере, подачу на транспортере в термостат, сжатие их регулируемым по величине грузом, измерение деформации и автоматическую сигнализацию времени. Устройство установки показано на рис. 177, а на рис. 178 дана схема измерительной части пластометра. [1]

Измерение пластичности осуществляется на быстродействующем пластометре Уоллеса. Наличие специального малоинерционного термостата, настольных микровальцев и потребность в малом количестве каучука ( 20 г) для анализа привлекают особое внимание к этому методу. Стандартный метод определения индекса сохранения пластичности ( ISO2930), разработанный в 1960 г., состоит в измерении пластичности ( по Уоллесу) стандартного образца каучука ( толщиной 3 0 — 3 8 мм) до и после старения в течение 30 мин при 140 С в термостате с контролируемой вентиляцией. [2]

Измерение пластичности методом Бернса основано на одновременном выдавливании пресс-массы через 7 цилиндрических каналов различного диаметра. [3]

Для измерения пластичности по принципу определения деформируемости каучука при сжатии консистометр снабжен двумя штемпелями, между которыми сжимается испытываемый образец в виде цилиндра того же диаметра. Площадь торцов штемпелей равна 1 см., удельная нагрузка при этом может изменяться от 0 25 до 50 кг / смг. [4]

Для измерения пластичности и & ТХ затвердевающего сварного шва предложен ряд методик [4, 36, 42, 46], отличающихся формой и размерами образцов. [6]

Для измерения пластичности и вообще реологических свойств веществ наряду с вязкостью необходимо определять предельные напряжения сдвига и модули упругости. Принципиально такие измерения могут производиться в вискозиметрах всех перечисленных групп, но в то время как при вискозиметрии измеряют значительные деформации ( например, протекание всего исследуемого объема жидкости через капилляр), при определении модуля упругости и предельного напряжения сдвига наблюдают малые деформации. Для измерений малых деформаций более удобны вискозиметры с взаимно смещающимися цилиндрами или пластинками и ротационные вискозиметры. [7]

Принцип измерения пластичности методом вдавливания и сжатия между двумя нуансонами является наиболее подходящим для осуществления экспресс-испытаний, которые можно производить непосредственно в процессе пластикации или смешения. Этот принцип имитирует пробу на ощупь, которой не без успеха пользовались когда-то опытные мастера, но позволяет оценивать результаты объективными показателями. [8]

При измерении пластичности по Дефо образец диаметром и высотой в 10 мм сжимается между двумя пуансонами такого же диаметра. Однако, в отличие от пластометра, описанного выше ( рис. 176, где деформация производится в тех же условиях, но показателем пластичности служит деформация при постоянном грузе, в качестве меры деформируемости принимают число Дефо, которое равно весу груза в граммах, сжимающего в течение 30 секунд 10-миллиметровый цилиндрик каучука или смеси при температуре 80 до высоты 4 мм. [9]

Из приведенных рассуждений становится ясным, какие факторы должны быть учтены при измерении пластичности каучука . [10]

Известно [63], что если определение пределов длительной прочности по результатам испытаний гладких образцов сопровождать измерением пластичности при длительном разрыве, то можно значительно повысить оценки работоспособности материалов паросиловых установок. [12]

Наряду с определением свойств длительной прочности вольфрамовых проволок в [38] проведены металлографические исследования, испытания микротвердости и измерения пластичности разрушенных проволочных образцов . Обнаружена корреляция между рекристаллизацией вольфрамовой проволоки ( между 982 и 1093 С) и изменениями, наблюдаемыми в значениях долговечности выше этих температур. [14]

Анализируя приведенный в данной главе материал, можно заметить, что, пожалуй, ни один из видов механических испытаний, практикуемых в резиновой промышленности, не представлен столь многочисленными приборами и методами, как измерение пластичности . Тем не менее, до сих пор еще не создана такая конструкция пластометра для каучука и невулканизованных смесей, которую можно было бы считать наиболее рациональной. [15]

Механические свойства

Механические свойства характеризуют поведение материалов под действием нагрузки. В рамках данной статьи рассмотрим 5 основных механических свойств материалов: прочность, упругость, пластичность, хрупкость и твердость.

Что такое Прочность?

Прочностью называется способность разнообразных материалов без разрушения воспринимать напряжение под внешним воздействием различных сил. Прочность зависит не только от того, какой материал, но и имеет зависимость от типа состояния напряжения — например, это может быть сжатие, растяжение или изгиб. Также непосредственное влияние на прочность оказывают условия, при которых материал эксплуатируется — воздействия извне, температура окружающей среды.

Испытания на прочность

Существует понятие предела прочности, который является основной количественной характеристикой прочности и численно равен разрушающему напряжению для конкретного материала. Предел прочности для каждого материала определяется средним результатом серии испытаний, так как основные материалы, используемые в строительстве, характеризуются неоднородностью.

Если происходит статическая нагрузка для выявления прочности проводится испытание образцов определенного стандарта (как правило речь идет об образцах, имеющих сечение круглой формы, реже прямоугольной), диаграмма таким образом отражает зависимость относительного удлинения от величины действующего на образец напряжения.
Прочность материала различных конструкций обосновывается при сравнении тех напряжений, которые возникают в конструкции при внешнем воздействии, также с учетом таких показателей как пределы прочности и текучести.
О так называемой усталости материала (в частности, металла) говорят если при большом числе циклически повторяющихся внешних напряжений разрушение происходит даже при напряжениях меньших чем предел прочности. В этом случае рассчитывается циклическая прочность, т.е. обоснование прочности материала, проводящееся с учетом нагрузки, которая меняется с определенным циклом.

Упругость

Если материал самопроизвольно восстанавливает форму, после того как внешняя сила прекращает действовать, то такое механическое свойство называется упругостью материала. Если после снятия внешней нагрузки, деформация полностью исчезает, то следует говорить об обратимой упругой деформации.

От чего зависит упругость?

Упругость материала непосредственно связана с силами взаимодействия, происходящими между отдельными атомами. В твёрдых телах при температуре равной абсолютному нулю и при отсутствии какого-либо внешнего воздействия атомы занимают положения, называемые равновесными. Потенциальная энергия тела увеличивается при воздействии внешнего напряжения, и атомы смещаются из равновесного положения. Соответственно, когда прекращается внешнее напряжение, конфигурация неравновесных атомов деформированного материала постепенно становится неустойчивой и возвращается в равновесное состояние. Помимо силы притяжения и отталкивания, которые действуют на каждый атом материала со стороны остальных, существуют и угловые силы, они непосредственно связаны с валентными углами, наблюдающимися между прямыми, которые соединяют атомы между собой. Естественно, это характерно исключительно для макроскопических тел и молекул, содержащих много атомов. Угловые силы уравновешиваются при равновесных значениях валентных углов. Когда говорят о количественной характеристике упругости материала, то используется модуль упругости, зависящий от напряжения воздействующего на материал и определяется производной зависимости напряжения от деформации, что применимо для области упругой деформации.

Пластичность

Пластичностью называется механическое свойство материалов под влиянием внешней нагрузки изменять форму и размер, а после того как нагрузка перестает действовать — сохранять ее в измененном виде.
Пластичность является важным свойством, учитывающееся когда происходит выбор материала несущей конструкции, либо же определения технологии (методики) изготовления разнообразных изделий. Для конструкций важно сочетание высокой пластичности материала и большого показателя упругости. Эта комбинация свойств предотвращает внезапное разрушение материала. В целом пластичность в физике материалов противопоставляется как упругости, так и хрупкости — пластичный материал сохраняет форму, которую придают ему внешние воздействия.

Пластичность — важное механическое свойство

Изучение пластичности важно при прогнозировании долговечности и прочности какой-либо конструкции, так как пластичность зачастую предшествует разрушению и важно рассмотреть деформационные процессы, возникающие в материале. Измерение пластичности, являющейся важным свойством металлов, очень важно при обработке под давлением — ковке и прокатке. Это свойство металлов непосредственно зависит от тех условий, в которых происходит деформирование — температуры, давления и т.д. Пластичность металлов влияет на такие характеристики как удлинение (абсолютное и относительное) и сужение материала. При удлинении происходит увеличение длины образца под воздействием происходящего растяжения, а при сужении, соответственно, от растяжения образца происходит уменьшение площади поперечного сечения.

Хрупкость

Хрупкость относится к механическим свойствам материалов противоположным пластичности. Те процессы, которые повышают пластичность, соответственно, снижают хрупкость, и наоборот. Материалы, отличающиеся хрупкостью при статическом испытании разрушаются без пластической деформации. Это характерно, например, для стекла. Если при статическом испытании материал характеризуется пластичностью, но при динамическом испытании разрушается, то речь идет о так называемой ударной хрупкости. Причиной ударной хрупкости могут быть пределы текучести (то есть зависимость скорости деформации и сопротивления) и пределы прочности (изменение сопротивления разрушению). Хрупкое разрушение материала происходит если сопротивление деформации равно или больше сопротивления отрыву. Соответственно, пластичность материала уменьшается, если рост сопротивления деформации происходит быстрее роста сопротивления разрушению.

Фактором, от которого непосредственно зависит хрупкое состояние материала является однородность напряженного состояния. Материал переходит от пластичности к хрупкости при неоднородном напряженном состоянии. Расчет сопротивления хрупкому разрушению является важным обоснованием прочности конструкции.

Твёрдость

Механическое свойство материала при внешнем воздействии не испытывать пластической деформации называется твёрдостью. В первую очередь оно зависит от механических характеристик материала, в частности структуры, модуля упругости, предела прочности и т.д. Количественную связь твердости от данных характеристик устанавливает общая физическая теория упругости.

Методы, с помощью которых экспериментально устанавливают твердость бывают как статическими (например, в поверхность вдавливается твердый предмет или же она царапается), так и динамическими. К статическим методам также относятся измерения твёрдости по Бринеллю (вдавление шарика в поверхность), Виккерсу (вдавление алмазного наконечника) и Роквеллу (для материалов с высокой твердостью используется алмазный конус, с низкой — шарик из стали). Также к статическим методам относится склерометрия — царапание алмазной структурой в виде конуса, пирамиды, или же карандашом различной твердости — оценивается нагрузка, которую необходимо приложить, чтобы создать царапину, а также размеры созданной царапины.

При динамических методах установления твердости материала благодаря ударной нагрузке наносится отпечаток шариком (по принципу маятника) и величина твердости характеризуется тем, как материал сопротивляется деформации от удара или же параметрами отскока шарика от поверхности, в том числе затуханию маятниковых колебаний.