Предел прочности (по ГОСТ 1497-2023)

Понятие предела прочности.

Предел прочности (временное сопротивление) – важнейшая механическая характеристика прочности металлов, показывающая максимальное значение напряжения при нагрузке, после увеличения которого металл начинает разрушаться. Другими словами – это способность металла сопротивляться деформирующим или разрушающим нагрузкам с сохранением своей первоначальной структуры.

От прочности металла зависят эксплуатационные характеристики изделий – срок службы конструкции, безопасность ее эксплуатации и др.

Виды пределов прочности.

По способу воздействия пределы прочности подразделяются на статический, при котором нагрузки увеличиваются медленно, а по достижении своего пика остаются на постоянном уровне и динамический – когда нагрузка увеличивается быстро (например, при ударе) и превышает пиковое значение. При этом происходит разрушение целостности металла.

Числовое значение определяется математическими расчетами, либо экспериментальным путем с использованием диаграммы напряжений (см. рис. 1), где временным сопротивлением является точка σпч (σв).

По видам прилагаемых усилий пределы прочности подразделяются на следующие виды:

• Сжатия (сдавливающие силы уменьшают исходный объем элемента, детали);
• Растяжения (увеличение тела при растягивающем виде прилагаемой нагрузки);
• Кручения (воздействие сил, направленных в разные стороны);
• Изгиба (изменение формы тела под влиянием внешних сил).

Для увеличения предела прочности проводят нагартовку, наклеп, дробеструйную обработку, накат поверхности детали (элемента). Положительный результат дает легирование, а в некоторых случаях наоборот, удаление из металлов ненужных примесей. Заметно повышает твердость закалка металла с целью улучшения его свойств.

Кроме этого, разрабатываются новые составы металлов с измененной структурой кристаллической решетки, где кристаллы имеют нитевидную форму. Они прочнее обычных в десятки раз.

Самыми прочными принято считать вольфрам, цирконий, молибден, титан и никель. Они имеют показатель прочности от 1200 до 450 МПа, в то же время как наиболее известные железо – 250 МПа, алюминий – 80 МПа, свинец – 18 МПа.

Предел прочности определяется согласно требованиям ГОСТ 1497-2023.

Определение предела прочности.

Образцы для испытаний вырезаются на металлорежущих станках или методом штамповки. При изготовлении должна быть обеспечена сохранность структуры и свойств металла. Стандарт допускает проведение испытаний на образцах, отобранных от металлопродукции однородного сечения. Испытания проводятся на двух образцах. Форма, типы и размеры образцов указаны в приложениях А, Б и В настоящего стандарта.

Пример таблицы размеров (в мм) для цилиндрического образца I типа:

Аппаратура. Испытания обеспечивают разрывные и универсальные машины МИМ по ГОСТ 28840-90 с погрешностью измерений не более 1 %. Штангенциркули подбираются по ГОСТ 166-89, микрометры – по ГОСТ 6507-90. Измерительные инструменты предназначены для измерения размеров образцов. Экстензометр класса 0,2; 0,5 или 1 – для определения величины растяжения до 5 %.

Подготовка к испытаниям включает определение начальной площади поперечного сечения образца. Измерение осуществляется с точностью до ± 0,5 %. Здесь же производится определение и маркировка расчетной длины образца, выбор базы и крепление экстензометра, установка нулевой точки силоизмерительного устройства и фиксация образца в захватах испытательной машины.

Процесс испытаний. Образец испытывается на статическое растяжение до полного разрушения. После выбора скорости деформации машина запускается и к образцу прикладывается определенная нагрузка.

Максимальное усилие, предшествующее разрушению Pmax принимается как усилие, соответствующее пределу прочности (см. рис. 2).

Затем по показаниям контрольных приборов машины высчитывается числовое значение предела прочности. Расчет производят по формуле:

σ_в = P_max/F₀, где F₀ – площадь поперечного сечения рабочей части образца, мм².

Результаты испытаний оформляются протоколом.