接地

シグマ 0 とは 2. 金属の機械的性質。 鋼の機械的性質。 合金の機械的性質。 硫黄とリンの不純物

機械的特性は、変形、破壊に対する材料の耐性、または破壊プロセス中の材料の挙動の特殊性を特徴付けます。 この特性グループには、強度、剛性 (弾性)、延性、硬度、粘度の指標が含まれます。 このような指標の主なグループは、標準サイズのサンプルの実験室条件で決定される機械的特性の標準特性で構成されます。 このような試験中に得られる機械的特性の指標は、部品の設計や動作条件を考慮せずに、外部負荷の下での材料の挙動を評価します。 さらに、特定の製品の使用特性と最も大きな相関関係にある構造強度指標を決定し、動作条件下での材料の性能を評価します。

2.2.1. 静荷重下で測定される機械的特性

静的テストでは、テストサンプルに加えられる負荷をゆっくりと徐々に増加させます。 荷重を加える方法に応じて、静的試験は引張、圧縮、曲げ、ねじり、せん断、せん断などに区別されます。 最も一般的なのは引張試験 (GOST 1497-84) で、機械的特性のいくつかの重要な指標を決定することができます。

引張試験

断面積のある標準試験片を伸ばす場合 F0 加工(計算)長さ L0 を使用して、サンプルの荷重 - 伸びの座標で引張線図が作成されます(図 2.1)。 この図では 3 つのセクションが区別されます。荷重 P(制御) 前の弾性変形。 P(control) から P(max) までの均一な塑性変形と、P(max) から P(critical) までの集中塑性変形。 直線部は比例限界P(pc)に相当する荷重まで維持されます。 直線部分の傾斜角の正接は、第 1 種弾性率を特徴付けます。 E.

P(pc)からP(upr)までの小さな領域では、格子欠陥に関連する材料の弾性欠陥により、PとδLとの間の線形関係が崩れる。

金属は変形中に強化されるため、P(制御)を超える塑性変形は荷重が増加すると発生します。 変形中に金属が強化されることを「強化」といいます。 硬化

金属の硬化はサンプルが破損するまで増加しますが、引張荷重は P(max) から P(critical) に減少します。 . これは、サンプル内の局所的な薄化、つまり塑性変形が主に集中するネックの出現によって説明されます。 荷重の減少にもかかわらず、ネックの引張応力はサンプルが破断するまで増加します。

引き伸ばされると、サンプルは伸び、その断面積は連続的に減少します。 真の応力は、特定の瞬間に作用する荷重をその瞬間にサンプルが持つ面積で割ることによって求められます。 日常の実践では、真の応力は決定されませんが、断面が次のように仮定される条件付き応力が使用されます。 F0 サンプルは変更されません。 応力σCont、σT、σBは標準的な強度特性です。 それぞれは対応する負荷 P(urp) を除算して得られ、 P(T)および初期断面積あたりの P(max) F0.

弾性限界 (シグマ) は、塑性変形が条件によって定められた所定の値に達する応力です。 通常、0.005 の残留ひずみ値が使用されます。 0.02%と0.05%。 対応する弾性限界は、σ0.005、σ0.02、σ0.05で表される。 弾性限界は、弾性装置や機械に使用されるばね材料の重要な特性です。

条件付き降伏強度は、0.2% の塑性変形に相当する応力です。 それはσ0.2と指定されます。 物理的降伏強さ (シグマ) T は、降伏領域がある場合の引張線図から決定されます。 ただし、ほとんどの合金の引張試験では、図に降伏プラトーはありません。 選択された 0.2% の塑性変形は、弾性変形から塑性変形への移行を非常に正確に特徴付けており、引張線図に降伏プラトーがあるかどうかに関係なく、試験中に応力 (シグマ) 0.2 を簡単に決定できます。

計算に使用する許容電圧はσ0.2(通常は1.5倍)以下、σB以下を選択します。 (2.4倍)。

可塑性が低い材料の場合、引張試験は非常に困難になります。 サンプルを取り付ける際のわずかな歪みは、破壊荷重の決定に重大な誤差をもたらします。 このような材料は通常、曲げ試験を受けます。

曲げ試験

曲げ試験中、サンプルには引張応力と圧縮応力の両方が発生します。 このため、曲げは張力よりも穏やかな荷重方法です。 鋳鉄、工具鋼、表面硬化後の鋼、セラミックなどの低塑性材料の曲げ試験が行われます。 試験は、2 つのサポートに取り付けられた円筒形または長方形の長いサンプル (l / h > 10) で実行されます。 集中力 (この方法がより頻繁に使用されます) と 2 つの対称力 (純粋な曲げ試験) の 2 つの荷重スキームが使用されます。 決定される特性は、引張強さとたわみです。

プラスチック材料の場合、サンプルは両端が接触するまで破壊することなく曲げられるため、曲げ試験は使用されません。

硬さ試験

硬度は、固体 (圧子) の表面への侵入に抵抗する材料の能力として理解されます。 焼入れ鋼球または円錐形または角錐形のダイヤモンドチップが圧子として使用されます。 へこむと、材料の表面層に大きな塑性変形が生じます。 荷重を除去した後、表面に痕跡が残ります。 発生する塑性変形の特徴は、全周圧縮に近い複雑な応力状態が先端付近で発生するため、小さな体積で発生し、大きな接線方向応力の作用によって引き起こされることです。 このため、延性だけでなく脆性材料でも塑性変形が起こります。 したがって、硬度は、材料の塑性変形に対する耐性を特徴づけます。 ネック領域でどの集中変形が発生するかを判断する際、同じ抵抗が引張強度によって評価されます。 したがって、多くの材料において、硬度と引張強さの数値は比例します。 この特徴と測定の容易さにより、硬度試験を最も一般的なタイプの機械試験の 1 つとみなすことができます。 実際には、4 つの硬度測定方法が広く使用されています。

ブリネル硬度。この標準的な硬度測定方法では、直径 10 の硬化鋼球が使用されます。 5,000 N ~ 30,000 N の荷重下で 5 または 2.5 mm。荷重を取り除いた後、直径 d。 穴の直径は虫眼鏡で測定され、接眼レンズには目盛りが付いています。

実際には、硬度を測定する場合、上記の式を使用して計算は行われませんが、くぼみの直径と選択された荷重に応じて HB 値を示す、あらかじめ作成されたテーブルが使用されます。 プリントの直径が小さいほど硬度は高くなります。

ブリネル測定方法は普遍的なものではありません。 低硬度および中硬度の材料:硬度のある鋼に使用されます。< 450 НВ, цветных металлов с твердостью < 200 НВ и т.п.

ビッカース硬度。標準的なビッカース硬度試験では、頂角 136 度の四面体ダイヤモンド ピラミッドがサンプルの表面に押し込まれます。 インプリントは正方形の形で得られ、その対角線は荷重を取り除いた後に測定されます。

ビッカース法は主に硬度の高い材料や、小さな部分や表層の薄い部分の硬さを試験するために使用されます。 原則として、10、30、50、100、200、500 N の小さな荷重が使用されます。調査対象の部品または層の断面が薄いほど、選択される荷重は小さくなります。

ロックウェル硬度。硬度を測定するこの方法は、最も汎用的であり、労力も最小限です。 ここでは、硬度数値が硬度計のスケールから直接読み取られるため、プリントのサイズを測定する必要はありません。 硬さの数値は、頂角 120 度のダイヤモンド円錐または直径 1.588 mm の鋼球として使用される先端のくぼみの深さに依存します。 チップ材質に応じて負荷を選択します。

微小硬度。微小硬度は、小さな荷重 (0.05 ~ 5 N) でサンプルの表面にダイヤモンド ピラミッドを押し込み、くぼみの対角線を測定することによって決定されます。 微小硬度を決定する方法では、個々の粒子、構造コンポーネント、薄層または薄い部品の硬度を評価します。

降伏強度の概念を簡単に特徴付けると、材料の強度は次のようになります。 降伏強さ塑性変形が進行し始める応力です。 降伏強度とは強度特性を指します。

によると 、 流動性- これは非常に小さなマクロプラスチック変形です。 硬化 dτ/dγ。

物理的な 降伏強さ- これは材料の機械的特性です。低い位置に対応する応力です。 ターンオーバーエリア V ストレッチダイアグラムこのパッド(図)を備えたマテリアルの場合、 σ T = Pた/ F 0 。 ここで 0 はサンプルの元の断面積です。

降伏強さ弾性変形ゾーンと弾塑性変形ゾーンの間の境界を確立します。 わずかな電圧上昇(負荷)でも大きくなる 降伏強さ大きな変形を引き起こします。

収量の証明

収量の証明(技術的な降伏強度とも呼ばれます)。 図にない材質については ターンオーバーエリア、 受け入れる 耐力- サンプルの残留変形が技術仕様で定められた特定の値(弾性限界で定められた値より大きい)に達する応力。 耐力とは通常、残留変形が0.2%となる応力を指します。 したがって、引張降伏強さは通常 σ 0.2 で表されます。

また、区別されます 条件付き曲げ降伏強さそして ねじり降伏強さ.

金属降伏強さ

上記の特性は、主に金属の降伏強度に当てはまります。 金属の降伏強度は kg/mm 2 または N/m 2 で測定されます。 金属の降伏強さの値は、サンプルの厚さ、熱処理モード、特定の不純物や合金元素の存在、微細構造、結晶格子の種類や欠陥など、さまざまな要因によって影響されます。金属の強度は温度によって大きく変化します。

鋼の降伏強さ

鋼の降伏強さ GOSTでは「それ以上」というマークで示され、測定単位はMPaです。 例として、いくつかの一般鋼の降伏強さσ T の規制値を挙げてみましょう。

直径または厚さが最大 ​​80 mm の基本的な長尺製品 (GOST 1050-88、高品質構造用炭素鋼) の場合、鋼の降伏強さの次の値が有効です。

  • 鋼の降伏強さ 20(St20、20) T=20°C、圧延、正規化後 - 245 N/mm 2 または 25 kgf/mm 2 以上。
  • 鋼の降伏強さ 30(St30、30) T=20°C、圧延、正規化後 - 295 N/mm 2 または 30 kgf/mm 2 以上。
  • 鋼の降伏強さ 45(St45、45) T=20°C、圧延、正規化後 - 355 N/mm 2 または 36 kgf/mm 2 以上。

消費者と製造者の合意に基づいて製造された同じ鋼材については、GOST 1050-88 により他の特性が規定されています。 特に、注文時に指定されたサイズの熱処理された鋼ブランクから切断されたサンプルで測定される鋼の正規化降伏強さは、次の値になります。

  • 鋼の降伏強さ 30(St30、焼き入れ+焼き戻し): 16 mm までの圧延製品 - 400 N/mm 2 または 41 kgf/mm 2 以上。 サイズが 16 ~ 40 mm の圧延製品 - 355 N/mm 2 または 36 kgf/mm 2 以上。 40 ~ 100 mm のサイズ範囲の圧延製品 - 295 N/mm 2 または 30 kgf/mm 2 以上。
  • 鋼の降伏強さ 45(St45、焼き入れ+焼き戻し): サイズ 16 mm までの圧延製品 - 490 N/mm 2 または 50 kgf/mm 2 以上。 サイズが 16 ~ 40 mm の圧延製品 - 430 N/mm 2 または 44 kgf/mm 2 以上。 40 ~ 100 mm のサイズ範囲の圧延製品 - 375 N/mm 2 または 38 kgf/mm 2 以上。

*鋼 30 の機械的特性は、サイズが 63 mm までの圧延製品に適用されます。

鋼の降伏強度 40Х(St 40X、合金構造用鋼、クロム、GOST 4543-71): 熱処理 (硬化 + 焼き戻し) 後のサイズ 25 mm の圧延製品の場合 - 鋼 40X の降伏強さは 785 N/mm 2 以上です。 80kgf/mm2。

鋼09G2Sの降伏強さ(GOST 5520-79、シート、溶接構造用低合金構造用鋼 09G2S、シリコンマンガン)。 圧延鋼材の鋼09G2Sの降伏強さの最小値は、板厚に応じて265 N/mm 2 (27 kgf/mm 2)から345 N/mm 2 (35 kgf/mm 2)まで変化します。 高温の場合、鋼 09G2S の降伏強さの最小必要値は次のとおりです。 T=250°C の場合 - 225 (23)。 T=300℃の場合 - 196 (20); T=350℃-176(18); T=400℃-157(16)。

鋼の降伏強さ3。 鋼 3 (通常品質の炭素鋼、GOST 380-2005) は、St3kp、St3ps、St3sp、St3Gps、St3Gsp のグレードで製造されます。 鋼 3 の降伏強さは、グレードごとに個別に規定されています。 たとえば、St3kp の降伏強さの要件は、圧延製品の厚さに応じて、195 ~ 235 N/mm 2 (それ以上) と変化します。

メルトフロー

金属溶湯の流動性溶融金属が鋳型を満たす能力です。 メルトフロー金属および合金の場合 - と同じ 流動性。 (合金の鋳造特性を参照)。

一般に液体、特に溶融物の流動性は動粘度の逆数です。 国際単位系 (SI) では、液体の流動性は Pa -1 *s -1 で表されます。

作成者: Kornienko A.E. (ICM)

点灯:

  1. シュトレメル MA 合金の強度。 パート II。 デフォルメ:大学の教科書。 - M.: *MISIS*、1997. - 527 p.
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  4. ボビレフ A.V. 金属の機械的および技術的特性。 ディレクトリ。 - M.: 冶金学、1980. 296 p.
  5. ベリャンキン F.P. 金属のエネルギー降伏強度。 // ウクライナ・ソビエト社会主義共和国科学アカデミー構造力学研究所のコレクション。 No. 9、1948.152

断面積のある標準試験片を伸ばす場合 F0加工(計算)長さ L0 を使用して、サンプルの荷重 - 伸びの座標で引張線図が作成されます(図 2.1)。 この図では 3 つのセクションが区別されます。荷重 P(制御) 前の弾性変形。 P(control) から P(max) までの均一な塑性変形と、P(max) から P(critical) までの集中塑性変形。 直線部は比例限界P(pc)に相当する荷重まで維持されます。 直線部分の傾斜角の正接は、第 1 種弾性率を特徴付けます。 E.

P(pc)からP(upr)までの小さな領域では、格子欠陥に関連する材料の弾性欠陥により、PとδLとの間の線形関係が崩れる。

金属は変形中に強化されるため、P(制御)を超える塑性変形は荷重が増加すると発生します。 変形中に金属が強化されることを「強化」といいます。 硬化

金属の硬化はサンプルが破損するまで増加しますが、引張荷重は P(max) から P(critical) に減少します。 . これは、サンプル内の局所的な薄化、つまり塑性変形が主に集中するネックの出現によって説明されます。 荷重の減少にもかかわらず、ネックの引張応力はサンプルが破断するまで増加します。

引き伸ばされると、サンプルは伸び、その断面積は連続的に減少します。 真の応力は、特定の瞬間に作用する荷重をその瞬間にサンプルが持つ面積で割ることによって求められます。 日常の実践では、真の応力は決定されませんが、断面が次のように仮定される条件付き応力が使用されます。 F0サンプルは変更されません。 応力σCont、σT、σBは標準的な強度特性です。 それぞれは対応する負荷 P(urp) を除算して得られ、 P(T)および初期断面積あたりの P(max) F0.

弾性限界 (シグマ) は、塑性変形が条件によって定められた所定の値に達する応力です。 通常、0.005 の残留ひずみ値が使用されます。 0.02%と0.05%。 対応する弾性限界は、σ0.005、σ0.02、σ0.05で表される。 弾性限界は、弾性装置や機械に使用されるばね材料の重要な特性です。

条件付き降伏強度は、0.2% の塑性変形に相当する応力です。 それはσ0.2と指定されます。 物理的降伏強さ (シグマ) T は、降伏領域がある場合の引張線図から決定されます。 ただし、ほとんどの合金の引張試験では、図に降伏プラトーはありません。 選択された 0.2% の塑性変形は、弾性変形から塑性変形への移行を非常に正確に特徴付けており、引張線図に降伏プラトーがあるかどうかに関係なく、試験中に応力 (シグマ) 0.2 を簡単に決定できます。

計算に使用される許容電圧は、σ0.2未満(通常1.5倍)またはσB未満(2.4倍)となるように選ばれます。

可塑性が低い材料の場合、引張試験は非常に困難になります。 サンプルを取り付ける際のわずかな歪みは、破壊荷重の決定に重大な誤差をもたらします。 このような材料は通常、曲げ試験を受けます。

塑性が最初に現れる断面の応力 ss 。 (不可逆的な)変形。 同様に、薄壁の管状サンプルのねじり実験では、PT はせん断 ts で決定されます。 ほとんどの金属では ss=ts?3。

一部の材料では、連続的に伸び、円筒形になります。 通常の電圧 o の相対依存性の図のサンプル。 伸び 8 はいわゆるによって検出されます。 降伏歯、つまり可塑性が現れる前の応力の急激な減少。 変形(図、a)、および一定の値までの変形(塑性)のさらなる成長は、いわゆる一定の応力で発生します。 f i h e s k i m P. t. st.

s-e線図の水平断面を といいます。 収量面積。 その範囲が大きい場合、そのマテリアルが呼び出されます。 理想的にはプラスチック(非硬化性)です。 他の材料では、 硬化後は降伏プラトーがなく(図、b)、塑性が最初に現れる応力を正確に示します。 変形はほぼ不可能です。

条件付き P. t. ss の概念は、除荷時にサンプル内で最初に検出される大きさ D の残留 (塑性) 変形が応力として導入されており、D 未満の残留変形は従来無視できるものと考えられています。 たとえば、D=0.2% の公差で測定された P.t. は、s0.2 と指定されます。 (「可塑性」を参照)。

物理的な百科事典。 - M.: ソビエト百科事典. . 1983 .

材料の抵抗 - 可塑性が発現し始める応力。 変形。 円筒引張り実験で サンプルは、塑性が最初に現れる断面の法線応力によって決定されます。 (不可逆的な)変形。 同様に、薄壁の管状サンプルのねじり実験では、せん断下の PT が決定されます。

一部の材料では、連続的に伸び、円筒形になります。 通常の電圧の相対依存性の図のサンプル。 伸び e はいわゆるによって検出されます。 降伏歯、つまり可塑性が現れる前の応力の急激な減少。 変形(図、c)、および特定の値までの変形(塑性)のさらなる成長は、いわゆる一定の応力で発生します。 物理 P. t. 図の水平セクションと呼ばれます。 収量面積。 その範囲が大きい場合、そのマテリアルが呼び出されます。 理想的にはプラスチック(非硬化性)です。 他の材料では、 硬化すると、降伏プラトーがありません (図. b)、塑性が最初に現れる電圧を正確に示します。 変形はほぼ不可能です。 条件付き P. の概念は、除荷時に応力として導入され、サンプル内で大きさ D の残留 (塑性) 変形が最初に検出されます。D 未満の残留変形は従来、無視できるものと考えられていました。 たとえば、D = 0.2% の公差で測定された P. t. は次のように指定されます。 プラスチック。


で。

物理百科事典。 全5巻。 - M.: ソビエト百科事典. 編集長 A.M. プロホロフ. 1988 .


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  • 電圧を研究するための光学的方法。 、Coker E.. Coker と Failon の著書「応力を研究するための光学的方法」は、科学的かつ実践的に非常に興味深いものです。 この本の著者は弾性理論の分野の著名な専門家です。

主な機械的特性は次のとおりです。 強度、弾力性、、。 機械的特性を理解した上で、設計者は最小限の重量で構造の信頼性と耐久性を確保する適切な材料を合理的に選択します。 機械的特性は、外部荷重下での変形および破壊時の材料の挙動を決定します。

荷重条件に応じて、機械的特性は次のように決定されます。

  1. 静的荷重– サンプルへの負荷はゆっくりとスムーズに増加します。
  2. 動的ロード– 高速で負荷が増加し、衝撃特性を持ちます。
  3. 繰り返し、変動または周期的な荷重– 試験中の荷重は、大きさ、または大きさと方向が何度も変化します。

同等の結果を得るために、サンプルと機械試験の方法は GOST によって規制されています。

金属、鋼、合金の機械的特性。 強さ。

強さ– 変形や破壊に抵抗する材料の能力。

試験は、サンプルの伸びΔの依存性を表す引張図を記録する特別な機械で実行されます。 実効荷重Pから(mm)、つまりΔ l = f(P)。 しかし、機械的特性に関するデータを取得するために、彼らは次のことを再構築します: 相対伸び Δ の依存性 電圧δから。

材料の引張線図

図 1: a – 絶対、b – 相対的。c – 条件付き降伏強度を決定するためのスキーム

負荷が増加するにつれてサンプル材料内で発生するプロセスを分析してみましょう: セクション ああ図中の は、フックの法則が観察されたときの材料の弾性変形に対応します。 ある点における弾性限界ひずみに対応する応力 、と呼ばれる 比例の限界。

金属、鋼、合金の機械的特性。 比例の限界。

比例制限 (σ pts) – ひずみと応力の間の線形関係が維持される最大応力。

比例限界を超える応力では、均一な塑性変形 (断面の伸びまたは狭まり) が発生します。 各応力は、伸び図の対応する点から平行線を引いて得られる残留伸びに対応します。 ああ.

非弾性状態への遷移点を確立することは事実上不可能であるため、次のように確立されます。 条件付き弾性限界, – サンプルが弾性変形のみを受ける最大応力。 残留変形が非常に小さい応力 (0.005...0.05%) が考慮されます。 表記は残留変形量(σ 0.05)の値を示します。

金属、鋼、合金の機械的特性。 収量制限。

降伏強さ 小さな塑性変形に対する材料の耐性を特徴付けます。 材料の性質に応じて、物理的降伏強さまたは条件付き降伏強さが使用されます。

物理降伏強度 σm– これは、一定の荷重下で変形の増加が発生する応力です (引張図に水平領域が存在します)。 非常にプラスチックな材料に使用されます。

しかし、大部分の金属や合金には歩留まりがありません。

収量の証明σ0.2– これは残留変形 δ = 0.20% を引き起こす応力です。

物理応力または耐力は、材料の重要な設計特性です。 部品に作用する応力は降伏強度を下回る必要があります。 引張強度値まで全体にわたって均一が続きます。 時点で V最も弱い部分では、ネックが形成され始めます。これは、サンプルの局所的な深刻な疲労です。

金属、鋼、合金の機械的特性。 抗張力。

抗張力 σでサンプルが破損する前に耐えることができる最大荷重に相当する応力 (一時的な引張強さ)。

ネックの形成は、最大値を持つ引張線図を持つプラスチック材料で一般的です。 極限強度は、強度を、重大な均一な塑性変形に対する抵抗として特徴付けます。 B 点を超えると、ネックの発達により荷重が低下し、C 点で破壊が発生します。

破壊に対する真の抵抗力 – これは、サンプルが破壊される前の瞬間に材料が耐えることができる最大応力です (図 2)。

真の耐破壊性は、サンプルの最終断面積に応じて決定されるため、極限強度よりも大幅に大きくなります。

トゥルーテンションチャート

米。 2

Fから - サンプルの最終断面積。

真の応力 S i は、特定の時点での荷重と断面積の比として定義されます。

引張試験では、塑性特性も決定されます。

金属、鋼、合金の機械的特性。 プラスチック。

プラスチック材料が塑性変形を受ける能力、つまり、連続性を損なうことなく形状とサイズの残留変化を得る能力。 この性質は金属成形に利用されます。

特徴:

  • 相対的な拡張 :

l o および l k – サンプルの最初と最後の長さ。