Последствия подвергания металла нагрузке

Последствия подвергания металла нагрузке

Если металл подвергается действию циклически меняющихся напряжений (например. чередующихся растяжения и сжатия), то при достаточно большом числе никлое разрушение может произойти при напряжении меньше временного сопротивления и даже предела текучести. Это явление называется усталостью металла. Склонность металла к усталостному разрушению устанавливается на основании результатов вибрационных испытании1. Мерой пластичности материала служит относительное остаточное удлинение при разрыве Ь. Перед разрушением в образце в месте разрыва образуется «шейка», поперечное сечение образца уменьшается и в зоне шейки развиваются большие местные пластические деформации. Относительное удлинение при разрыве складывается из равномерного удлинения на всей длине образца и локального удлинения в зоне шейки Последнее зависит от размеров и формы образца, наличия местных дефектов и других случайных факторов, поэтому более показательной характеристикой пластичности является равномерное относительное удлинение Мерой пластичности может служить также относительное сужение при разрыве, %: Л-Д, У А где А и А0 — первоначальная и конечная после разрыва площади сечения образца. Упругие свойства материала определяются модулем упругости Е - igcx, где а — угол наклона линии деформирования металла к оси абсцисс, и пределом упругости of, т.е. таким максимальным напряжением, при котором деформации после снятия на!рузки исчезают. Несколько ниже of находится предел пропорциональности afi — напряжение, до которого материал работает линейно по закону Гука o=£t. (1.1) В известной степени ог и ор являются условными напряжениями, значения которых зависят от точности определения. Обычно принимают, что предел пропорциональности соответствует напряжениям, при которых Е- tga уменьшается в 1.5 раза, а предел упругости — напряжениям, при которых относительная деформация составляет 0.05% (рис. 1.1, в). Склонность металла к хрупкому разрушению оценивается по результатам испытания на ударную вязкость на специальных маятниковых копрах (рис. 1.2). Под действием удара молота копра образец разрушается. Ударная вязкость КС определяется затраченной на разрушение образца работой, отнесенной к площади поперечного сечения, и измеряется в Дж/см2. Для сопоставимости результатов испытания проводятся на стандартных образцах при определенных температурах. Для тонкого металла используют образцы толщиной 5 мм. Один и тот же материал может разрушаться как вязко, т.е. с развитием значительных пластических деформаций, так и хрупко, в зависимости от целого ряда факторов (см. гкхиразд. 1.2.1). Для ужесточения условий испытаний и повышения концентрации напряжений в образцах делают надрез (U- или V-образный) или трешину. В местах надреза напряжения резко повышаются (возникает концентрация напряжений), что способствует переходу металла в хрупкое состояние. Таким образом, ударная вязкость является комплексным показателем, характеризующим состояние металла (хрупкое или вязкое), сопротивление динамическим (ударным) воздействиям и чувствительность к концентрации напряжений, и служит для сравнительном оценки качества материала. В ссчении разрушенного образна можно выделить две зоны; первая зона с волокнистой структурой характеризует пластическую составляющую, вторая зона с кристаллиРис. 1.2. Типы образцов для испытаний на ударную вязкость а — тип I с U-образным надрезом (образец Мемаже); 6 — тип 2 с V-образным надрезом (образец Шарпи); в — образец с трещиной; г — схема испытаний; / — трещина; 2 — образец ческим изломом — хрупкую. Чем более пластичен материал, тем больше пластическая составляющая. Качественной характеристикой состояния материала служит процент волокнистости в изломе В, %. Помимо испытаний на ударную вязкость для оценки склонности металла к хрупкому разрушению используются и другие методы'. Ползучесть в металлах, применяемых в строительных конструкциях, проявляется в основном при высоких температурах, а также для термообработанных высокопрочных сталей. Оценка степени ползучести производится по результатам длительных испытаний образцов на растяжение. Основной способ соединения элементов металлических конструкций — сварка, поэтому важнейшим требованием, предъявляемым к металлам строительных конструкций, является свариваемость. Оценка свариваемости производится по химическому составу (углеродному эквиваленту), а также путем применения специальных технологических проб2.