Межі плинності речовин. Як визначити межу текучості

Межею плинності називають напруга, відповідне залишковим значенням подовження після зняття навантаження. Визначення цієї величини необхідно для вибору металів, використовуваних у виробництві. Якщо не врахувати розглянутий параметр, то це може призвести до інтенсивного процесу розвитку деформації в неправильно вибраному матеріалі. Дуже важливо враховувати межі текучості при конструюванні різних металевих конструкцій.

Фізична характеристика

Межі плинності відносяться до показників міцності. Вони являють собою макропластіческую деформацію з досить малим зміцненням. Фізично цей параметр можна представити як характеристику матеріалу, а саме: напруга, яка відповідає нижньому значенням майданчики плинності в графіку (діаграмі) розтягування матеріалів. Це ж можна представити у вигляді формули: sigma-_Т= P_Т/ F₀, де P_Т означає навантаження межі текучості, а F₀ відповідає первісної площі поперечного перерізу розглянутого зразка. ПТ встановлює так звану межу між пружно-пластичної і пружною зонами деформування матеріалу. Навіть незначне збільшення напруги (вище ПТ) викличе суттєву деформацію. Межі плинності металів прийнято вимірювати в кг / мм² або Н / м². На величину даного параметра впливають різні чинники, наприклад, режим термообробки, товщина зразка, наявність легуючих елементів і домішок, тип, мікроструктура і дефекти кристалічної решітки та інше. Межа плинності значно змінюється при зміні температури. Розглянемо приклад практичного значення даного параметра.

Межа плинності труб

Найбільш наочним є вплив даної величини при будівництві трубопроводів систем високого тиску. У таких конструкціях повинна використовуватися спеціальна сталь, у якої досить великі межі плинності, а також мінімальні показники розриву між даними параметром і межею міцності. Чим більше у сталі межа, тим, природно, більш високим повинен бути показник допустимої величини робочої напруги. Даний факт робить прямий вплив на значення міцності сталі, і відповідно, всієї конструкції в цілому. У зв`язку з тим що параметр допустимої розрахункової величини системи напруг безпосередньо впливає на необхідне значення товщини стін у використовуваних трубах, то важливо максимально точно розраховувати характеристики міцності сталі, яка буде використовуватися при виготовленні труб. Одним з найбільш автентичних методів визначення даних параметрів є проведення дослідження на розривних зразку. У всіх випадках потрібно враховувати різницю значень аналізованого показника, з одного боку, і допустимими значеннями напружень - з іншого.

Крім того, слід знати, що межа плинності металу завжди встановлюється в результаті проведення детальних багаторазових вимірів. А ось систему допустимих напружень в переважній більшості приймають виходячи з нормативів або взагалі в результаті проведених технічних умов, а також спираючись на особистий досвід виробника. У системах магістральних трубопроводів весь нормативний збірник описаний в СНиП II-45-75. Отже, установка коефіцієнта запасу міцності - досить складна і дуже важлива практична задача. Коректне визначення цього параметра цілком залежить від точності розрахованих величин напруги, навантаження, а також межі текучості матеріалу.

При виборі теплоізоляції систем трубопроводів також спираються на даний показник. Це пов`язано з тим, що ці матеріали безпосередньо вступають в контакт з металевою основою труби, і, відповідно, можуть брати участь в електрохімічних процесах, згубно впливають на стан трубопроводу.

Розтягування матеріалів

Межа текучості при розтягуванні визначає, при якій величині напругу залишиться незмінним або знизиться, незважаючи на подовження. Тобто даний параметр досягне критичної позначки тоді, коли відбудеться перехід від пружної до пластичної області деформації матеріалу. Виходить, що межа плинності можна визначити шляхом проведення тестування стрижня.

Розрахунок ПТ

В опорі матеріалів межею плинності є напруга, при якому починається розвиватися пластична деформація. Давайте розглянемо, яким чином проводиться розрахунок цієї величини. У дослідах, проведених з циліндричними зразками, визначають значення нормальної напруги в поперечному перерізі в момент виникнення необоротної деформації. Таким же методом в дослідах з крутінням трубчастих зразків проводять визначення межі текучості при зсуві. Для більшості матеріалів цей показник визначається формулою sigma-_Т= Tau-_sradic-3. У деяких екземплярах безперервне подовження циліндричного зразка на діаграмі залежності нормальних напружень від відносного подовження призводить до виявлення так званого зуба плинності, тобто різкого зниження напруги перед освітою пластичної деформації.

Більше того, подальше зростання такого спотворення до певного значення відбувається при постійній напрузі, яке називають фізичним Пт Якщо майданчик плинності (горизонтальний ділянку графіка) має велику протяжність, то такий матеріал називають ідеально-пластичним. Якщо діаграма не має площадки, то зразки називають зміцнюється. У такому випадку неможливо точно вказати значення, при якому виникне пластична деформація.

Що таке умовний межа плинності?

Давайте розберемося, що ж це за параметр. У тих випадках, коли діаграма напруг не має виражених майданчиків, потрібно визначати умовний Пт Отже, це значення напруги, при якому відносна залишкова деформація дорівнює 0,2 відсотка. Для його обчислення на діаграмі напружень по осі визначення epsilon- необхідно відкласти величину, рівну 0,2. Від цієї точки проводиться пряма, паралельна початковій ділянці. В результаті точка перетину прямої з лінією діаграми визначає значення умовної межі текучості для конкретного матеріалу. Також даний параметр називають технічним Пт Крім того, окремо виділяють умовні межі текучості при крученні і вигині.

Плинність розплаву

Цей параметр визначає здатність розплавлених металів заповнювати лінійні форми. Плинність розплаву для металевих сплавів і металів має свій термін у металургійній промисловості - вологотекучість. По суті, це величина, зворотна динамічної в`язкості. Міжнародна система одиниць (СІ) висловлює плинність рідини в Па^-1* З^-1.

Тимчасовий опір на розрив

Давайте розглянемо, яким чином визначається дана характеристика механічних властивостей. Міцністю називають здатність матеріалу при певних межах і умовах сприймати різні впливи, не руйнуючись. Механічні властивості прийнято визначати за допомогою умовних діаграм розтягнень. Для випробувань слід використовувати стандартні зразки. Прилади для випробувань оснащуються пристроєм, який записує діаграму. Підвищення навантажень понад норму викликає істотну пластичну деформацію у виробі. Межа плинності і тимчасовий опір на розрив відповідають найбільшому навантаженню, що передує повного руйнування зразка. У пластичних матеріалів деформація зосереджується на одній ділянці, де з`являється місцеве звуження поперечного перерізу. Його ще називають шийкою. В результаті розвитку множинних ковзань в матеріалі утворюється велика щільність дислокацій, а також виникають так звані зародкові несплошності. Внаслідок їх укрупнень у зразку виникають пори. Зливаючись між собою, вони утворюють тріщини, які поширюються в поперечному напрямку до осі розтягнення. І в критичний момент зразок повністю руйнується.

Що являє собою ПТ для арматури?

Ці вироби є невід`ємною складовою частиною залізобетону, що призначаються, як правило, для опору розтягуючим зусиллям. Зазвичай використовують сталеву арматуру, але бувають і винятки. Ці вироби повинні працювати спільно з масою бетону на всіх без винятку стадіях завантаження даної конструкції, володіти пластичними і міцними властивостями. А також відповідати всім умовам індустріалізації даних видів робіт. Механічні властивості сталі, використовуваної при виготовленні арматури, встановлені відповідним ГОСТом і технічними умовами. ГОСТ 5781-61 передбачає чотири класи даних виробів. Перші три призначені для звичайних конструкцій, а також ненапружуваних стрижнів у попередньо напружених системах. Межа текучості арматури залежно від класу виробу може досягати 6000 кг / см². Так, у першого класу цей параметр становить приблизно 500 кг / см², у другого - 3000 кг / см², у третього 4000 кг / см², а у четвертого - 6000 кг / см².

Межа текучості сталей

Для сортового прокату в базовому виконанні ГОСТ 1050-88 передбачається наступні значення ПТ: марка 20 - 25 кгс / мм², марка 30 - 30 кгс / мм², марка 45 - 36 кгс / мм². Однак для цих же сталей, що виготовляються за попереднім погодженням споживача і виробника, межі плинності можуть мати інші значення (той же ГОСТ). Так, сталь марки 30 матиме ПТ в розмірі від 30 до 41 кгс / мм², а марки 45 - в межах 38-50 кгс / мм².

Висновок

При проектуванні різних сталевих конструкцій (будівель, мостів та інших) межа плинності використовують як показника стандарту міцності при проведенні розрахунків значень допустимих навантажень відповідно вказаною коефіцієнту запасу міцності. А ось для посудин, що знаходяться під тиском, величину допустимого навантаження розраховують на основі ПТ, а також міцності на розрив, з урахуванням специфікації умов експлуатації.