В при растяжении для сталей
Если подвергнуть образец растяжению, последовательно увеличивая нагрузку Р, и производить при этом замеры получающихся удлинений ∆l, то можно построить опытную диаграмму растяжения, откладывая удлинение в функции нагрузки.
Для удобства сравнения эту диаграмму выражают в напряжениях и относительных удлинениях:
где σ — нормальное напряжение;
F — первоначальная площадь сечения образца; ε — относительное удлинение в процентах;
l0 — первоначальная длина образца.
Величина относительного удлинения зависит от длины и поперечного сечения образца и увеличивается с уменьшением отношения
. Поэтому для сохранения сравнимости результатов испытаний установлены два типа образцов — длинный и короткий — с соотношениями между длиной и площадью сечения1
Опытная диаграмма растяжения малоуглеродистой стали марки Ст. 3 показана на фигуре.
Диаграмма растяжения стали марки Ст. 3
Вначале зависимость между напряжениями и относительными удлинениями определяется законом прямой линии, т. е. они пропорциональны между собой.
Это выражается линейным уравнением (зависимость Гука)
где Е — постоянный коэффициент пропорциональности, называемый модулем упругости при растяжении. Для стали Е = 2 100 000 кг/см2.
Пропорциональная зависимость между деформацией и напряжением имеет предел. То наибольшее напряжение в материале, при котором начинается отклонение от прямолинейной зависимости, называется пределом пропорциональности σпц.
Несколько выше этой точки лежит предел упругости σуп, соответствующий наибольшей деформации, которая полностью исчезает после разгрузки. Точное определение этой точки на кривой опытным путем затруднительно, поскольку она фиксируется моментом начала получения остаточных деформаций после снятия нагрузки, что означает переход материала в пластическую стадию.
Для малоуглеродистых сталей при нагружении выше предела пропорциональности кривая диаграммы растяжения отходит от прямой и, плавно поднимаясь, делает скачок (образуя характерный «зуб»), после чего с незначительными колебаниями идет параллельно горизонтальной оси. Образец удлиняется без приращения нагрузки, материал течет. То нормальное напряжение, практически постоянное, при котором происходит течение материала, называется пределом текучести σт.
Горизонтальный участок диаграммы, называемый площадкой текучести, для малоуглеродистых сталей находится в пределах относительных удлинений от ε = 0,2% до ε = 2,5%. Наличие у материала площадки текучести является положительным фактором в работе стальных конструкций.
В других сталях, не малоуглеродистых, переход в пластическую стадию происходит постепенно, без площадки текучести и без «зуба». Для них предел упругости и предел текучести, таким образом, принципиально не отличаются друг от друга. За предел текучести этих сталей принимается то напряжение, при котором остаточная деформация достигает 0,2%.
При снятии нагрузки с образца, получившего пластическую деформацию, диаграмма разгрузки идет по прямой С — D параллельно упругой прямой нагрузки.
Когда относительное удлинение достигает определенной величины (ε ≈ 2,5% для Ст. 3), материал прекращает течь и становится опять способным к сопротивлению. Он как бы самоупрочняется. Однако зависимость между напряжениями и деформациями подчиняется уже криволинейному закону, с быстрым нарастанием деформаций, после чего в образце образуется шейка и, наконец, происходит полное разрушение его.
Предельная сопротивляемость материала, которая характеризует его прочность, определяется наибольшим напряжением в процессе разрушения. Это напряжение называется пределом прочности σпч (временным сопротивлением); оно условно; поскольку при построении диаграммы растяжения напряжения, относят к первоначальной площади сечения образца, не учитывая сужения и образования шейки.
Полное остаточное удлинение, замеренное после разрушения, является мерой пластичности стали.
Таким образом, важнейшими показателями механических свойств, характеризующими работу стали, являются: предел текучести, предел прочности и относительное удлинение. Эти показатели, так же как и химический состав, указываются в сертификатах, которые сопровождают каждую партию поставляемого металла.
Государственным стандартом на поставку строительной стали гарантируются следующие ее механические характеристики.
Таблица Показатели механических свойств строительных сталей
1 Н. А. Шапошников, Механические испытания металлов, Машгиз, 1951.
«Проектирование стальных конструкций»,
К.К.Муханов
Источник
Допускаемые напряжения принимаем по нормам, систематизированных в виде таблиц, что удобнее для практического применения при проектировочных и проверочных прочностных расчетов.
Примечание. Условные обозначения термической обработки:
О — отжиг; Н — нормализация; У — улучшение; Ц — цементация; ТВЧ — закалка с нагревом т.в.ч.; В — закалка с охлаждением в воде; М — закалка с охлаждением в масле; НВ — твердость по Бринеллю. Число после М, В, Н или ТВЧ — среднее значение твердости по HRC.
*) Римскими цифрами обозначен вид нагрузки (см. таблицу 1): I — статическая; II — переменная, действующая от нуля до максимума и от максимума до нуля (пульсирующая), III — знакопеременная (симметричная).
Допускаемые напряжения для углеродистых сталей обыкновенного качества в горячекатаном состоянии
Марка стали по ГОСТ 380 | Допускаемые напряжения, кгс/см2 | |||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
При растяжении [ σ р ] | При изгибе [ σ из ] | При кручении [ τ кр ] | При срезе [ τ ср ] | При смятии [ σ см ] | ||||||||||
I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | |
Ст 2 | 1150 | 800 | 600 | 1400 | 1000 | 800 | 850 | 650 | 500 | 700 | 500 | 400 | 1750 | 1200 |
Ст 3 | 1250 | 900 | 700 | 1500 | 1100 | 850 | 950 | 650 | 500 | 750 | 500 | 400 | 1900 | 1350 |
Ст 4 | 1400 | 950 | 750 | 1700 | 1200 | 950 | 1050 | 750 | 600 | 850 | 650 | 500 | 2100 | 1450 |
Ст 5 | 1650 | 1150 | 900 | 2000 | 1400 | 1100 | 1250 | 900 | 700 | 1000 | 650 | 550 | 2500 | 1750 |
Ст 6 | 1950 | 1400 | 1100 | 2300 | 1700 | 1350 | 1450 | 1050 | 800 | 1150 | 850 | 650 | 2900 | 2100 |
наверх
Механические свойства и допустимые напряжения углеродистых качественных конструкционных сталей
Марка стали ГОСТ 1050 | Термо- обработка | Предел прочности при растяжении σ в | Предел текучести σ т | Предел выносливости при | Допускаемые напряжения *, кгс/см2, при | |||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
растяжении σ −1р | изгибе σ −1 | кручении τ −1 | растя- жении [σ р] | изгибе [σ из] | кручении [τ кр] | срезе [τ ср] | смятии [σ см] | |||||||||||||
кгс/мм 2 | I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | ||||||
8 | Н | 33 | 20 | 12 | 15 | 9 | 1100 | 800 | 600 | 1300 | 950 | 750 | 800 | 600 | 450 | 600 | 450 | 350 | 1650 | 1200 |
10 | Н | 34 | 21 | 12,5 | 15,5 | 9,5 | 1100 | 800 | 600 | 1450 | 1000 | 750 | 800 | 600 | 450 | 650 | 450 | 350 | 1650 | 1200 |
Ц-В59 | 40 | 25 | 14,5 | 18 | 11 | 1300 | 900 | 700 | 1550 | 1150 | 900 | 1000 | 650 | 550 | 700 | 500 | 400 | 1950 | 1350 | |
15 | Н | 38 | 23 | 13,5 | 17 | 10 | 1250 | 850 | 650 | 1500 | 1100 | 850 | 950 | 650 | 500 | 750 | 500 | 400 | 1850 | 1250 |
Ц-В59 | 45 | 25 | 16 | 20 | 12 | 1450 | 500 | 800 | 1750 | 1250 | 1000 | 1100 | 800 | 600 | 850 | 600 | 450 | 2100 | 750 | |
20 | Н | 42 | 25 | 15 | 19 | 11,5 | 1400 | 1150 | 950 | 1700 | 1200 | 950 | 1050 | 700 | 550 | 850 | 600 | 450 | 2100 | 1750 |
Ц-В59 | 50 | 30 | 18 | 22,5 | 13,5 | 1650 | 1150 | 900 | 2000 | 1400 | 1100 | 1250 | 750 | 550 | 1000 | 600 | 450 | 2400 | 1750 | |
25 | Н | 46 | 28 | 17 | 21 | 12,5 | 1500 | 1100 | 850 | 1800 | 1300 | 1050 | 1100 | 800 | 600 | 900 | 650 | 500 | 2200 | 1650 |
Ц-В58 | 55 | 35 | 20 | 25 | 15 | 1800 | 1300 | 1000 | 2100 | 1600 | 1250 | 1350 | 950 | 750 | 1100 | 800 | 600 | 2700 | 1950 | |
30 | Н | 50 | 30 | 18 | 22,5 | 13,5 | 1650 | 1150 | 900 | 2000 | 1400 | 1100 | 1250 | 900 | 700 | 1000 | 650 | 550 | 2400 | 1750 |
У | 60 | 35 | 21,5 | 27 | 16 | 2000 | 1400 | 1050 | 2400 | 1750 | 1350 | 1500 | 1050 | 800 | 1200 | 850 | 650 | 3000 | 2100 | |
35 | Н | 54 | 32 | 19 | 24 | 14,5 | 1800 | 1250 | 950 | 2100 | 1550 | 1200 | 1350 | 900 | 700 | 1100 | 750 | 550 | 2700 | 1900 |
У | 65 | 38 | 23 | 29 | 17,5 | 2100 | 1500 | 1150 | 2600 | 1850 | 1450 | 1600 | 1100 | 850 | 1300 | 900 | 700 | 5200 | 2200 | |
В35 | 100 | 65 | 36 | 45 | 27 | 3300 | 2300 | 1800 | 4000 | 2900 | 2200 | 2500 | 1650 | 1350 | 2000 | 1400 | 1100 | 5000 | 3500 | |
40 | Н | 58 | 34 | 21 | 26 | 15,5 | 1900 | 1300 | 1050 | 2300 | 1650 | 1300 | 1400 | 1000 | 750 | 1150 | 800 | 600 | 2800 | 2000 |
У | 70 | 40 | 25 | 31,5 | 19 | 2300 | 1600 | 1250 | 2700 | 2000 | 1550 | 1700 | 1200 | 950 | 1400 | 1000 | 800 | 3400 | 2400 | |
В35 | 100 | 65 | 36 | 45 | 27 | 3400 | 2300 | 1800 | 4000 | 2900 | 2200 | 2500 | 1750 | 1350 | 2000 | 1400 | 1100 | 5000 | 3500 | |
45 | Н | 61 | 36 | 22 | 27,5 | 16,5 | 2000 | 1400 | 1100 | 2400 | 1750 | 1350 | 1500 | 1050 | 800 | 1250 | 850 | 650 | 3000 | 2100 |
У | 75 | 45 | 27 | 34 | 20,5 | 2400 | 1700 | 1350 | 2900 | 2150 | 1700 | 1850 | 1300 | 1000 | 1450 | 1050 | 800 | 3600 | 2600 | |
М35 | 90 | 65 | 32,5 | 40,5 | 24,5 | 3000 | 2100 | 1600 | 3600 | 2600 | 2000 | 2300 | 1650 | 1200 | 1850 | 1250 | 950 | 4500 | 3100 | |
В42 | 90-120 | 70 | 32,5 | 40,5 | 24,5 | 3000 | 2100 | 1600 | 3600 | 2600 | 2000 | 2300 | 1600 | 1200 | 1850 | 1250 | 950 | 4500 | 3100 | |
В48 | 120 | 95 | 43 | 54 | 32,5 | 4000 | 2800 | 2100 | 4800 | 3400 | 2700 | 3000 | 2100 | 1600 | 2400 | 1700 | 1300 | 6000 | 4200 | |
ТВЧ56 | 75 | 45 | 27 | 34 | 20,5 | 2400 | 1700 | 1350 | 2900 | 2100 | 1700 | 1850 | 1300 | 1000 | 1450 | 1050 | 800 | 3600 | 2600 | |
50 | Н | 64 | 38 | 23 | 29 | 17,5 | 2100 | 1400 | 1150 | 2500 | 1850 | 1450 | 1600 | 1100 | 850 | 1250 | 850 | 650 | 3100 | 2200 |
У | 90 | 70 | 32,5 | 40,5 | 24,5 | 3000 | 2100 | 1600 | 3600 | 2600 | 2000 | 2300 | 1800 | 1200 | 1850 | 1250 | 950 | 4500 | 3100 | |
20Г | Н | 46 | 28 | 16,6 | 20,5 | 12,5 | 1500 | 1000 | 800 | 1800 | 1300 | 1000 | 1100 | 800 | 600 | 900 | 650 | 500 | 2200 | 1600 |
В | 57 | 42 | 20,5 | 25,5 | 15 | 1950 | 1300 | 1000 | 2300 | 1650 | 1250 | 1450 | 1000 | 750 | 1150 | 800 | 600 | 2900 | 1900 | |
30Г | Н | 55 | 32 | 20 | 25 | 15 | 1800 | 1300 | 1000 | 2100 | 1600 | 1250 | 1350 | 950 | 750 | 1100 | 800 | 600 | 2700 | 1900 |
В | 68 | 56 | 24,5 | 30,5 | 18 | 2300 | 1600 | 1200 | 2700 | 1950 | 1500 | 1700 | 1200 | 900 | 1400 | 1000 | 750 | 3400 | 2400 | |
40Г | Н | 60 | 36 | 22 | 27 | 16 | 2000 | 1400 | 1100 | 2400 | 1750 | 1350 | 1500 | 1050 | 800 | 1200 | 850 | 650 | 3000 | 2100 |
В45 | 84 | 59 | 35 | 38 | 23 | 2800 | 1900 | 1500 | 3300 | 2400 | 1900 | 2100 | 1500 | 1150 | 1700 | 1200 | 950 | 4200 | 2900 | |
50Г | Н | 66 | 40 | 23,5 | 29,5 | 17,5 | 2100 | 1500 | 1150 | 2600 | 1850 | 1450 | 1600 | 1100 | 750 | 1300 | 900 | 700 | 3200 | 2200 |
В | 82 | 56 | 30 | 37 | 22 | 2700 | 1900 | 1500 | 3300 | 2500 | 1850 | 2500 | 1550 | 1100 | 1650 | 1050 | 750 | 4100 | 2900 | |
65Г | Н | 75 | 44 | 27 | 34 | 20 | 2400 | 1750 | 1350 | 2900 | 2100 | 1700 | 1850 | 1300 | 1000 | 1450 | 1050 | 800 | 3600 | 2600 |
У | 90 | 70 | 32,5 | 40,5 | 24,5 | 3000 | 2100 | 1600 | 3600 | 2600 | 2000 | 2300 | 1600 | 1200 | 1850 | 1250 | 950 | 4500 | 3100 | |
М45 | 150 | 125 | 53 | 67 | 40 | 5000 | 3500 | 2600 | 6000 | 4300 | 3300 | 3800 | 2600 | 2000 | 3000 | 2100 | 1600 | 7600 | 5200 |
Примечание:
Марки стали 20Г; 30Г; 40Г; 50Г; 65Г — старые марки стали, действующие до 1988 г. Буква Г в них обозначала содержание марганца около 1 %.
наверх
Механические свойства и допускаемые напряжения легированных конструкционных сталей
Марка стали ГОСТ 1050 | ГОСТ | Термо- обработка | Предел прочности при растяжении σ в | Предел текучести σ т | Предел выносливости при | Допускаемые напряжения *, кгс/см2, при | |||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
растя- жении σ −1р | изгибе σ −1 | кручении τ −1 | растя- жении [σ р] | изгибе [σ из] | кручении [τ кр] | срезе [τ ср] | смятии [σ см] | ||||||||||||||
кгс/мм 2 | I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | |||||||
10Г2 | 4543 | Н | 43 | 25 | 17,5 | 22 | 12,5 | 1400 | 1100 | 900 | 1700 | 1350 | 1100 | 1050 | 750 | 600 | 850 | 650 | 500 | 2100 | 1650 |
09Г2С | 19282 | — | 50 | 35 | 19 | 24 | 14 | 1700 | 1200 | 950 | 2000 | 1500 | 1200 | 1250 | 900 | 700 | 1000 | 700 | 550 | 2500 | 1800 |
10ХСНД | 19282 | — | 54 | 40 | 21,5 | 27 | 15,5 | 1850 | 1400 | 1100 | 2200 | 1600 | 1350 | 1400 | 1000 | 800 | 1100 | 800 | 650 | 2800 | 2100 |
20Х | 4543 | Н | 60 | 30 | 21 | 26 | 15 | 1900 | 1350 | 1050 | 2300 | 1650 | 1300 | 1400 | 1000 | 750 | 1150 | 850 | 600 | 2800 | 2000 |
У | 70 | 50 | 28 | 35 | 20 | 2400 | 1750 | 1400 | 2900 | 2200 | 1750 | 1800 | 1300 | 1000 | 1450 | 1050 | 800 | 3600 | 2600 | ||
М59 | 85 | 63 | 34 | 42 | 24 | 2900 | 2100 | 1700 | 3500 | 1450 | 2100 | 2200 | 1550 | 1200 | 1750 | 1250 | 950 | 4300 | 3200 | ||
40Х | Н | 63 | 33 | 25 | 31 | 18 | 2000 | 1550 | 1250 | 2400 | 1900 | 1550 | 1500 | 1150 | 900 | 1200 | 950 | 750 | 3000 | 2300 | |
У | 80 | 65 | 32 | 40 | 23 | 2700 | 2000 | 1600 | 3200 | 2500 | 2000 | 2000 | 1500 | 1150 | 1600 | 1150 | 900 | 4000 | 3000 | ||
М39 | 110 | 90 | 44 | 55 | 32 | 3800 | 2800 | 2200 | 4500 | 3400 | 2700 | 2800 | 2000 | 1600 | 2300 | 1650 | 1300 | 5600 | 4200 | ||
М48 | 130 | 110 | 52 | 65 | 38 | 4400 | 3300 | 2600 | 5300 | 4100 | 3200 | 3300 | 2400 | 1900 | 2700 | 1950 | 1500 | 6700 | 4900 | ||
45Х | Н | 65 | 35 | 26 | 32 | 18,5 | 2100 | 1600 | 1300 | 2500 | 1950 | 1600 | 1550 | 1150 | 900 | 1250 | 950 | 750 | 3100 | 2400 | |
У | 95 | 75 | 38 | 47 | 27 | 3200 | 2400 | 1900 | 3800 | 2900 | 2300 | 2400 | 1750 | 1350 | 1900 | 1350 | 1050 | 4800 | 3600 | ||
М48 | 140 | 120 | 56 | 70 | 40 | 4800 | 3500 | 2800 | 5700 | 4300 | 3500 | 3600 | 2600 | 2000 | 2900 | 2000 | 1600 | 7200 | 5200 | ||
50Х | Н | 65 | 35 | 26 | 32,5 | 18,5 | 2100 | 1600 | 1300 | 2500 | 2000 | 1600 | 1600 | 1200 | 900 | 1250 | 900 | 700 | 3100 | 2400 | |
М48 | 150 | 130 | 60 | 75 | 43 | 5000 | 3700 | 3000 | 6000 | 4600 | 3700 | 3700 | 2700 | 2100 | 3000 | 2200 | 1700 | 7500 | 5500 | ||
35Г2 | Н | 63 | 37 | 25 | 31,5 | 18 | 2000 | 1550 | 1250 | 2400 | 1900 | 1600 | 1500 | 1150 | 900 | 1200 | 950 | 750 | 3300 | 2300 | |
В, НВ249 | 80 | 65 | 32 | 40 | 23 | 2700 | 2000 | 1600 | 3200 | 2500 | 2000 | 2000 | 1450 | 1150 | 1600 | 1150 | 900 | 4000 | 3000 | ||
40Г2 | Н | 67 | 39 | 27 | 33,5 | 19,5 | 2200 | 1700 | 1350 | 2600 | 2100 | 1700 | 1650 | 1200 | 950 | 1300 | 950 | 750 | 3300 | 2500 | |
М, НВ331 | 112 | 95 | 54 | 66 | 38 | 3800 | 3100 | 2700 | 4600 | 3800 | 3300 | 2900 | 2300 | 1900 | 2300 | 1900 | 1500 | 5800 | 4600 | ||
45Г2 | Н | 70 | 41 | 28 | 35 | 20 | 2300 | 1750 | 1400 | 2700 | 2100 | 1750 | 1750 | 1250 | 1000 | 1400 | 1000 | 800 | 3400 | 2600 | |
М, НВ295 | 85 | 70 | 34 | 42,5 | 24,5 | 2900 | 2100 | 1700 | 3500 | 1450 | 2100 | 2200 | 1550 | 1200 | 1750 | 1250 | 950 | 4400 | 3300 | ||
33ХС | Н | 60 | 30 | 21 | 26 | 15 | 1900 | 1350 | 1050 | 2300 | 1650 | 1300 | 1400 | 1000 | 750 | 1150 | 650 | 600 | 2800 | 2000 | |
М | 90 | 70 | 36 | 45 | 26 | 3000 | 2200 | 1800 | 3600 | 2800 | 2200 | 2300 | 1650 | 1300 | 1800 | 1350 | 1050 | 4500 | 3300 | ||
38ХС | У | 95 | 75 | 37 | 47 | 28 | 3200 | 2300 | 1850 | 3900 | 2900 | 2300 | 2400 | 1750 | 1400 | 1900 | 1400 | 1100 | 4800 | 3500 | |
18ХГТ | Н | 70 | 43 | 28 | 35 | 20 | 2300 | 1750 | 1400 | 2700 | 2100 | 1750 | 1700 | 1250 | 1000 | 1400 | 1000 | 800 | 3400 | 2600 | |
Ц-М59 | 100 | 80 | 40 | 50 | 29 | 3300 | 2500 | 2000 | 4000 | 3100 | 2500 | 2500 | 1850 | 1450 | 2000 | 1450 | 1150 | 4900 | 3800 | ||
30ХГТ | М43 | 125 | 105 | 50 | 62 | 36 | 4300 | 3100 | 2500 | 5100 | 3900 | 3100 | 3200 | 2300 | 1800 | 2600 | 1850 | 1400 | 6400 | 4600 | |
Ц-М59 | 110 | 80 | 44 | 55 | 32 | 3700 | 2700 | 2200 | 4400 | 3400 | 2700 | 2800 | 2000 | 1600 | 2200 | 1600 | 1250 | 5500 | 4100 | ||
20ХГНР | М40 | 130 | 120 | 52 | 65 | 37,5 | 4500 | 3300 | 2600 | 5400 | 4100 | 3200 | 3400 | 2300 | 1700 | 2700 | 1800 | 1350 | 6800 | 5000 | |
М50 | 145 | 140 | 58 | 72,5 | 42 | 5000 | 3600 | 2900 | 6000 | 4500 | 3600 | 3800 | 2700 | 2100 | 3000 | 2150 | 1700 | 7500 | 5400 | ||
40ХФА | М30 | 90 | 75 | 36 | 45 | 26 | 3200 | 2300 | 1800 | 3800 | 2800 | 2200 | 2400 | 1700 | 1300 | 1900 | 1350 | 1050 | 4800 | 3400 | |
М50 | 160 | 130 | 64 | 80 | 48 | 5500 | 4100 | 3200 | 6600 | 5000 | 4000 | 4100 | 3100 | 2400 | 3300 | 2400 | 1950 | 8200 | 6100 | ||
30ХМ | М | 95 | 75 | 38 | 47,5 | 23 | 3200 | 2400 | 1900 | 3900 | 3000 | 2400 | 2400 | 1550 | 1150 | 1900 | 1250 | 900 | 4800 | 3600 | |
35ХМ | М, НВ270 | 100 | 85 | 40 | 50 | 29 | 3400 | 2500 | 2000 | 4100 | 3100 | 2500 | 2600 | 1850 | 1450 | 2000 | 1300 | 950 | 5200 | 3800 | |
М50 | 160 | 140 | 64 | 80 | 48 | 5500 | 4100 | 3200 | 6600 | 5000 | 4000 | 4200 | 3100 | 2400 | 3300 | 2500 | 2000 | 8200 | 6100 | ||
40ХН | Н | 78 | 46 | 31 | 39 | 22,5 | 2600 | 1950 | 1600 | 3100 | 2400 | 1950 | 1900 | 1400 | 1100 | 1550 | 1150 | 900 | 3900 | 2900 | |
М43 | 120 | 100 | 48 | 60 | 34,5 | 4100 | 3100 | 2400 | 4900 | 3700 | 3000 | 3100 | 2200 | 1700 | 2500 | 1750 | 1350 | 6200 | 4600 | ||
12ХН2 | М | 80 | 60 | 32 | 40 | 23 | 2700 | 2000 | 1600 | 3200 | 2500 | 2000 | 2000 | 1450 | 1150 | 1600 | 1150 | 900 | 4000 | 3000 | |
Ц-М59 | 80 | 60 | 32 | 40 | 23 | 2700 | 2000 | 1600 | 3200 | 2500 | 2000 | 2000 | 1450 | 1150 | 1600 | 1150 | 900 | 4000 | 3000 | ||
12ХН3А | У | 95 | 70 | 38 | 47 | 27 | 3200 | 2400 | 1900 | 3800 | 2800 | 2300 | 2400 | 1750 | 1400 | 1900 | 1400 | 1100 | 4800 | 3000 | |
ТВЧ59 | 100 | 85 | 40 | 50 | 30 | 3400 | 2600 | 2000 | 4100 | 3100 | 2500 | 2500 | 1900 | 1500 | 2000 | 1500 | 1200 | 5100 | 3800 | ||
20Х2Н4А | ТВЧ59 | 68 | 45 | 27 | 34 | 20 | 2300 | 1700 | 1350 | 2700 | 2100 | 1700 | 1700 | 1250 | 1000 | 1400 | 1000 | 800 | 3400 | 2600 | |
Ц-М59 | 110 | 85 | 44 | 55 | 32 | 3700 | 2700 | 2200 | 4400 | 3400 | 2700 | 2800 | 2000 | 1600 | 2200 | 1600 | 1250 | 5500 | 4100 | ||
М | 130 | 110 | 52 | 65 | 37,5 | 4400 | 3300 | 2600 | 5300 | 4000 | 3200 | 3300 | 2400 | 1900 | 2600 | 1900 | 1500 | 6600 | 5000 | ||
20ХГСА | М | 80 | 65 | 32 | 40 | 23 | 2700 | 2000 | 1600 | 3300 | 2500 | 2000 | 2000 | 1450 | 1150 | 1600 | 1150 | 900 | 4100 | 3000 | |
30ХГС | О | 60 | 36 | 24 | 30 | 17 | 2000 | 1500 | 1200 | 2400 | 1850 | 1500 | 1500 | 1100 | 850 | 1200 | 900 | 700 | 3000 | 2200 | |
30ХГСА | У | 110 | 85 | 44 | 55 | 32 | 3700 | 2700 | 2200 | 4400 | 3400 | 2700 | 2800 | 2000 | 1600 | 2200 | 1600 | 1250 | 5500 | 4100 | |
М46 | 150 | 130 | 60 | 75 | 43 | 5100 | 3800 | 3000 | 6200 | 4700 | 3800 | 3900 | 2700 | 2100 | 3100 | 2200 | 1700 | 7600 | 5700 | ||
38Х210 | М | 80 | 70 | 32 | 40 | 23 | 2800 | 2000 | 1600 | 3300 | 2500 | 2000 | 2000 | 1500 | 1150 | 1700 | 1200 | 950 | 4100 | 3000 | |
М | 90 | 75 | 36 | 45 | 26 | 3100 | 2400 | 1900 | 3700 | 2900 | 2400 | 2300 | 1700 | 1350 | 1850 | 1400 | 1100 | 4600 | 3600 | ||
50ХФА | 14959 | М | 130 | 110 | 52 | 65 | 34 | 4400 | 3300 | 2600 | 5400 | 4000 | 3200 | 3400 | 2200 | 1700 | 2600 | 1800 | 1350 | 6600 | 5000 |
М46 | 150 | 130 | 60 | 75 | 36 | 5200 | 3800 | 3000 | 6200 | 4700 | 3800 | 3900 | 2400 | 1800 | 3100 | 2000 | 1450 | 7700 | 5700 | ||
60С2 | М, НВ269 | 130 | 120 | 52 | 65 | 34 | 4400 | 3300 | 2600 | 5400 | 4000 | 3200 | 3400 | 2200 | 1700 | 2600 | 1800 | 1350 | 6700 | 5000 | |
60С2А | М, НВ269 | 160 | 140 | 64 | 80 | 46,5 | 5500 | 4000 | 3200 | 6600 | 5000 | 4000 | 4100 | 3000 | 2300 | 3300 | 2400 | 1850 | 8200 | 6000 | |
ШХ15 | 801 | О | 60 | 38 | 24 | 30 | 18 | 2000 | 1500 | 1200 | 2400 | 1800 | 1500 | 1500 | 1100 | 900 | 1200 | 900 | 750 | 3000 | 2200 |
М62 | 220 | 170 | 46 | 66 | 33 | 7400 | 3500 | 2300 | 8900 | 4800 | 3300 | 5500 | 2500 | 1650 | 4400 | 2000 | 1300 | 11000 | 5200 |
наверх
Механические свойства и допускаемые напряжения для отливок из углеродистых и легированных сталей
Марка стали ГОСТ 1050 | ГОСТ | Термо- обработка | Предел прочности при растяжении σ в | Предел текучести σ т | Предел выносливости при | Допускаемые напряжения *, кгс/см2, при | |||||||||||||||
---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|---|
растяжении σ −1р | изгибе σ −1 | кручении τ −1 | растя- жении [σ р] | изгибе [σ из] | кручении [τ кр] | срезе [τ ср] | смятии [σ см] | ||||||||||||||
кгс/мм 2 | I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | |||||||
20Л | 977 | Н | 42 | 22 | 12 | 17 | 10 | 900 | 630 | 480 | 1100 | 840 | 680 | 630 | 500 | 400 | 500 | 400 | 320 | 1350 | 950 |
25Л | 45 | 24 | 12,5 | 18 | 11 | 950 | 650 | 500 | 1150 | 900 | 720 | 650 | 520 | 440 | 520 | 420 | 350 | 1450 | 1050 | ||
30Л | 48 | 26 | 13,5 | 19 | 11,5 | 1000 | 700 | 530 | 1200 | 930 | 760 | 700 | 550 | 460 | 550 | 440 | 360 | 1500 | 1100 | ||
35Л | 50 | 28 | 14 | 20 | 12 | 1100 | 740 | 560 | 1300 | 1000 | 800 | 750 | 600 | 480 | 600 | 470 | 380 | 1650 | 1200 | ||
45Л | 55 | 32 | 15,5 | 22 | 13 | 1250 | 840 | 630 | 1500 | 1100 | 880 | 870 | 650 | 520 | 700 | 530 | 420 | 1900 | 1250 | ||
55Л | 60 | 35 | 17 | 24 | 14,5 | 1400 | 920 | 680 | 1700 | 1250 | 960 | 1000 | 740 | 580 | 750 | 550 | 430 | 2100 | 1500 | ||
20ГЛ | 55 | 30 | 15,5 | 22 | 13 | 1200 | 830 | 630 | 1450 | 1100 | 880 | 850 | 650 | 520 | 650 | 500 | 400 | 1800 | 1250 | ||
35ГЛ | О | 60 | 40 | 17 | 24 | 14,5 | 1600 | 950 | 680 | 1900 | 1300 | 960 | 1100 | 760 | 580 | 880 | 600 | 460 | 2400 | 1500 | |
Н | 55 | 30 | 15,5 | 22 | 13 | 1200 | 830 | 630 | 1450 | 1050 | 880 | 850 | 650 | 520 | 650 | 500 | 400 | 1800 | 1250 | ||
В | 60 | 35 | 17 | 24 | 14,5 | 1400 | 920 | 680 | 1700 | 1250 | 960 | 1000 | 740 | 580 | 750 | 550 | 430 | 2100 | 1500 | ||
30ГСЛ | Н | 60 | 35 | 17 | 24 | 14,5 | 1400 | 920 | 680 | 1700 | 1250 | 960 | 1000 | 740 | 580 | 750 | 550 | 430 | 2100 | 1500 | |
В | 65 | 40 | 18 | 26 | 15,5 | 1600 | 1000 | 720 | 1900 | 1350 | 1050 | 1100 | 790 | 620 | 880 | 640 | 500 | 2400 | 1550 | ||
40ХЛ | Н | 85 | 53 | 24 | 34 | 20,5 | 1750 | 1250 | 950 | 2100 | 1550 | 1250 | 1250 | 1100 | 820 | 950 | 750 | 620 | 2600 | 2000 | |
М | 65 | 50 | 18 | 26 | 16 | 1650 | 1000 | 720 | 2000 | 1400 | 1050 | 1150 | 820 | 640 | 900 | 640 | 500 | 2500 | 1650 | ||
35ХГСЛ | Н | 60 | 35 | 17 | 24 | 14,5 | 1400 | 920 | 680 | 1700 | 1250 | 960 | 1000 | 740 | 580 | 750 | 550 | 430 | 2100 | 1500 | |
В | 80 | 60 | 22,5 | 32 | 19 | 2000 | 1250 | 900 | 2400 | 1700 | 1300 | 1400 | 980 | 760 | 1100 | 780 | 600 | 3000 | 2000 | ||
35ХМЛ | У | 82 | 69 | 23 | 33 | 20 | 2300 | 1300 | 920 | 2700 | 1750 | 1300 | 1600 | 1050 | 800 | 1250 | 830 | 620 | 3500 | 2100 | |
Н | 60 | 40 | 17 | 24 | 14,5 | 1600 | 950 | 680 | 1900 | 1300 | 960 | 1100 | 760 | 580 | 880 | 600 | 460 | 2400 | 1500 |
Источник
Машина для испытаний на растяжение с электромеханическим приводом
Статическое растяжение — одно из наиболее распространённых видов испытаний для определения механических свойств материалов.
Основные характеристики, определяемые при испытании[править | править код]
При статическом растяжении, как правило, определяются следующие характеристики материала.
- Характеристики прочности:
- предел пропорциональности,
- предел текучести,
- предел прочности (временное сопротивление разрушению),
- истинное сопротивление разрыву.
- Характеристики пластичности:
- относительное остаточное удлинение,
- относительное остаточное сужение.
- Характеристики упругости:
- модуль упругости (модуль Юнга).
- Прочие характеристики:
- коэффициент механической анизотропии
- коэффициент (модуль) упрочнения
Основные типы материалов[править | править код]
Принято разделять пластичные и хрупкие материалы. Основное отличие состоит в том, что первые деформируются в процессе испытаний с образованием пластических деформаций, а вторые практически без них вплоть до своего разрушения. За критерий для условной классификации материалов можно принять относительное остаточное удлинение δ = (lк − l0)/l0, где l0 и lк — начальная и конечная длина рабочей части образца), обычно вычисляемое в процентах. В соответствии с величиной остаточного удлинения материалы можно разделить на:
- пластичные (δ ≥ 10 %);
- малопластичные (5 % < δ < 10 %);
- хрупкие (δ ≤ 5 %).
Существующие материалы могут быть изотропными или анизотропными. В последнем случае из-за различия характеристик в различных направлениях необходимо произвести не одно, а несколько испытаний.
Образцы для испытаний на статическое растяжение[править | править код]
Цилиндрический пятикратный образец
Цилиндрический пятикратный образец после разрушения
Для испытаний на статическое растяжение используют образцы как с круглым, так и с прямоугольным сечением. Предъявляются повышенные требования к изготовлению образцов, как с точки зрения геометрии, так и с точки зрения обработки резанием. Требуется высокая однородность диаметра образца по его длине, соосность и высокое качество поверхности (малая шероховатость, отсутствие царапин и надрезов). При изготовлении образцов следует избегать перегрева материала и изменений его микроструктуры.
Образцы круглого сечения, как правило, имеют рабочую длину, равную четырём или пяти диаметрам — т. н. короткие образцы или десяти диаметрам — т. н. нормальные образцы. Перед началом испытания замеряется диаметр образца (обычно 6, 10 или 20 мм) для вычисления напряжения σ и для расчёта относительного остаточного сужения после разрушения образца. В случае использования экстензометра, длина рабочей части образца не замеряется, а деформация ε и относительное удлинение при разрушении регистрируются автоматически с помощью компьютера или измеряются по диаграмме σ — ε. При отсутствии экстензометра (не рекомендуется стандартом), отмечается рабочая длина образца, деформация ε рассчитывается по перемещениям конца образца (захвата), а относительное удлинение при разрушении рассчитывается путём замера разрушенного образца.
Диаграмма растяжения пластичного материала[править | править код]
Рис. 1. Типичная диаграмма σ — ε для малоуглеродистой стали
1. Предел прочности (временное сопротивление разрушению)
2. Предел текучести (верхний)
3. Точка разрушения
4. Область деформационного упрочнения
5. Образование шейки на образце
Рис. 2. Типичная диаграмма σ — ε для алюминиевых сплавов
1. Предел прочности (временное сопротивление разрушению)
2. Условный предел текучести (σ0.2)
3. Предел пропорциональности
4. Точка разрушения
5. Деформация при условном пределе текучести (обычно, 0,2 %)
Микроструктура доэвтектоидной стали (0,7 % углерода)
Обычно диаграмма растяжения является зависимостью приложенной нагрузки P от абсолютного удлинения Δl. Современные машины для механических испытаний позволяют записывать диаграмму в величинах напряжения σ (σ = P/A0, где A0 — исходная площадь поперечного сечения) и линейной деформации ε (ε = Δl/l0 ). Такая диаграмма носит название диаграммы условных напряжений, так как при этом не учитывается изменение площади поперечного сечения образца в процессе испытания.
Начальный участок является линейным (т. н. участок упругой деформации). На нём действует закон Гука:
Затем начинается область пластической деформации. Эта деформация остаётся и после снятия приложенной нагрузки. Переход в пластическую область обнаруживается не только по проявлению остаточных деформаций, но и по уменьшению наклона кривой с увеличением степени деформации. Данный участок диаграммы обычно называют площадкой (зоной) общей текучести, так как пластические деформации образуются по всей рабочей длине образца. С целью изучения и точного анализа диаграммы деформации, современные испытательные машины оснащены компьютеризированной записью результатов.
По наклону начального участка диаграммы рассчитывается модуль Юнга. Для малоуглеродистой стали наблюдается т. н. «зуб текучести» и затем площадка предела текучести. Явление «зуба» текучести связано с дислокационным механизмом деформации. На начальном участке плотность дислокаций является недостаточной для обеспечения более высокой степени деформации. После достижения точки верхнего предела текучести начинается интенсивное образование новых дислокаций, что приводит к падению напряжения. Дальнейшая деформация при пределе текучести происходит без роста напряжения . Зависимость предела текучести, от размера зерна, d, выражена соотношением Холла-Петча:
После достижения конца площадки текучести (деформация порядка 2 — 2,5 %) начинается деформационное упрочнение (участок упрочнения), видимое на диаграмме, как рост напряжения с ростом деформации. В этой области до достижения максимальной нагрузки (напряжения (σВ) макродеформация остаётся равномерной по длине испытуемого образца. После достижения точки предела прочности начинает образовываться т. н. «шейка» — область сосредоточенной деформации. Расположение «шейки» зависит от однородности геометрических размеров образца и качества его поверхности. Как правило, «шейка» и, в конечном счёте, место разрушения расположено в наиболее слабом сечении. Кроме того, важное значение имеет одноосность напряжённого состояния (отсутствие перекосов образца в испытательной машине). Для пластичных материалов при испытании на статическое растяжение одноосное напряжённое состояние сохраняется лишь до образования т. н. «шейки» (до достижения максимальной нагрузки и начала сосредоточенной деформации).
Вид диаграммы деформации, приведённый на рис. 1 является типичным для О.Ц.К. материалов с низкой исходной плотностью дислокаций.
Для многих материалов, например, с Г. Ц. К. кристаллической решёткой, а также для материалов с высокой исходной плотностью дефектов, диаграмма имеет вид, показанный на рис. 2. Основное отличие — отсутствие явно выраженного предела текучести. В качестве предела текучести выбирается значение напряжения при остаточной деформации 0,2 % (σ0.2).
После достижения максимума нагрузки происходит падение нагрузки (и, соответственно, напряжения σ) за счёт локального уменьшения площади поперечного сечения образца. Соответствующий (последний) участок диаграммы называют зоной местной текучести, так как пластические деформации продолжают интенсивно развиваться только в области шейки.
Иногда используется диаграмма истинных напряжений, S — e (истинное напряжение S = P/A, где A — текущая площадь поперечного сечения образца; истинная деформация e = ln(l+Δl/l), где l — текущая длина образца). В этом случае, после достижения максимальной нагрузки не происходит падения напряжения, истинное напряжение растёт за счёт локального уменьшения сечения в «шейке» образца. Поэтому различие между диаграммами истинных и условных напряжений наблюдается только после предела прочности — до точки 1 они практически совпадают друг с другом.
Образцы из пластичного материала разрушаются по поперечному сечению с уменьшением диаметра в месте разрыва из-за образования «шейки».
Диаграмма растяжения хрупкого материала[править | править код]
Диаграмма растяжения и диаграмма условных напряжений хрупких материалов по виду напоминает диаграмму, показанную на рис. 2 за тем исключением, что не наблюдается снижения нагрузки (напряжения) вплоть до точки разрушения. Кроме того, данные материалы не получают таких больших удлинений как пластичные и по времени разрушаются гораздо быстрее. На диаграмме хрупких материалов уже на первом участке имеется ощутимое отклонение от прямолинейной зависимости между нагрузкой и удлинением (напряжением и деформацией), так что о соблюдении закона Гука можно говорить достаточно условно. Так как пластических деформаций хрупкий материал не получает, то в ходе испытания не определяют предела текучести. Не имеет особенного смысла также рассчитывать и относительное сужение образца, так как шейка не об