что такое удельная прочность стали
Ударная вязкость стали и металлов: что это такое, испытание, с какой целью определяют удельное обозначение
Иногда самый прочный материал, например, чугун, становится хрупким при воздействии определенных механических внешних нагрузок, в то время как мягкий алюминий (все мы гнули алюминиевые ложки в детском саду) в ряде случаев оказывается более приспособленным, не крошится и не ломается. В статье мы расскажем, почему так происходит, а также поговорим про испытания металлов на ударную вязкость – что это такое, характеристика для стали, в каких единицах измеряется и на что влияет.
Что такое ударопрочность и как её измеряют
Представим ситуацию. По дороге с быстрой скоростью едет автомобиль. Он постоянно на протяжении всего пути испытывает вибрации и осевую нагрузку на ряд деталей, подвеску. При этом все хорошо, все узлы работают правильно. Затем водитель не справляется с управлением и попадает в яму. Запчасти выходят из строя, так как внутренние напряжения и силы, во-первых, увеличиваются, во-вторых, получаются разнонаправленными.
Прочность в данной ситуации оказалась низкой, так как она деформировалась, вышла из строя. Так как разные сплавы неодинаково переносят механические и химические влияния, то для различных целей (автомобилестроение, станкостроение, обыкновенные штамповочные детали, гвозди и пр.) необходимо применять различные металлы.
Обозначение ударной вязкости – какую способность материала характеризует: что так называют
Определимся с терминологией. это способность воспринимать и поглощать кинетическую энергию. Часто такая приложенная сила ведем к разрушениям, но по отношению к этому веществу – только к пластичным или непластичным деформациям.
Обычно испытания проводятся в лаборатории опытным путем. Заготовки одинаковых размеров в нейтральных условиях (чтобы больше не оказывалось ни температурного, ни иного влияния) подвергают нагрузкам, увеличивая их. Затем наблюдают за поведением металла. Проверяют подверженность противодействию, поэтому последней проверкой является та, от которой на опытном образце появились трещины, отломалась часть.
Второй вариант – математические вычисления. Это более точный процесс, то при этом необходимо руководствоваться многочисленными нюансами – от размеров, угла приложения силы, до воздействий извне.
В чем измеряется и как обозначается
Физическое обозначение КС. Этими буквами подписывается параметр на схемах и чертежах, а также подставляется в формулы ударной вязкости. Единица измерения ударной вязкости в системе интернациональных – кДж/м2, но чаще используется значение, выраженное в Дж/см2.
Сейчас будет уместно привести формулу, по которой производится математический расчет.
Это упрощенный алгоритм вычисления, в то время как в лабораторных условиях учитываются толщину и массу, степень термической обработки, а также экспериментируют с другими показателями.
От чего зависит ударная вязкость и испытание материалов на удельное значение: зависимость от температуры
Первый параметр, который сильно меняет результаты исследований – это температурные условия. Еще раньше было известно, что при нагреве сплавы становятся более мягкими, податливыми к деформированию, именно по этой причине при ковке используют термообработку. А вот при очень низких градусах или при большом перепаде повышается хрупкость.
В связи с этим обычно определяется оптимальный температурный режим – те максимальные и минимальные значения эксплуатации, во время которых можно достичь лучших показателей. Затем постепенно исследователи снижают градусы вплоть до минуса 80 или 100. В каждый из этапов остывания заготовки подвергают проверке.
Получается диаграмма, согласно которой можно определить хладноломкость, ломкость, прочность, температуру пластичных деформаций. Второе значение – это химический состав компонентов – наличие легирующих веществ и величина углерода. согласно этому всю сталь разделяют на марки.
Если деталь подвергалась сварочному присоединению, то велика вероятность образования мартенсита. Такая металлическая микроструктура игольчатого типа может привести к снижению прочности. И последний показатель, который исследователи меняют, – это скорость проведения деформаций. От быстроты напряжений и их последовательности также зависит результат.
Испытание материалов на ударную вязкость: что это за процедура
Не все предметы можно подвергать тестированию. Так как есть идеально выверенный до тысячной эталон килограмма, так и в лабораторию поставляются только одинаковые, созданные по ГОСТ подопытные экземпляры. Они могут быть трех типов:
Есть несколько разновидностей процедур. Ее выбор зависит от того, с какой целью определяют ударную вязкость материала. От этого будет выбрано тестирование:
Маятниковый копер
Это один из наиболее регулярных экспериментов, поэтому мы опишем его начиная с подготовительного этапа, заканчивая оценкой. Первое и важное правило – все экспериментальные бруски должны быть полностью идентичны по размерам, а также следует их изготавливать одновременно, при одинаковых условиях – как с точки зрения химического состава сплава, так и со стороны металлообработки. Результативность может быть оценена по одной из характеристик:
Отбор образцов
Вся технология изготовления заготовок для опытов прописана в соответствующем нормативном документе – ГОСТ 7565. Следует полностью ориентироваться на нормативы в нем, но иногда поступает особый технический заказ, например, когда предопределены особые условия эксплуатации детали. Тогда можно проделать процедуру по требованиям, однако, важно, чтобы температурный режим оставался в границах неизменности кристаллической решетки.
Определение: в чем измеряется ударная вязкость металла
Первые испытания с маятником были предложены Жоржем Шарпи, именно по этой причине его метод используется до сих пор и назван его именем. Его мысль заключалась в следующем: надрез увеличивает чувствительность. Проверка сопровождается охлаждением окружающих условий, а вместе с тем переходом металла от пластичного состояния в хрупкое.
Метод Шарпи
Он заключается в двух последовательных действиях:
Соответственно приведем формулу по Шарпи КС = К / F, где:
Алгоритм проведения (схема) испытания на ударную вязкость
Методы определения ударной вязкости
Важны следующие нюансы:
Определение ударной вязкости и размерности металла при пониженных температурах
Мы уже объяснили, что после проведения ряда тестов, образуется определенная диаграмма. Кривая имеет два порога – минимум, хрупкость, которая наступает из-за переохлаждения, и максимум – когда нагрев изменяет кристаллическую решетку сплава.
Другие испытания
Вместо маятника может использоваться молот. Помимо ударной прочности заготовки из стали и металла требуется проверить на растяжку и кручение, на излом. Все это дает полную комплексную картину о том или ином материале для строительства.
Таблица с показателями
Каждый раз проводить эксперименты не требуется, так как большинство из них уже произведено. Достаточно только пользоваться предложенными ГОСТами. Вот показатели различных наиболее распространенных марок:
| Сталь | Толщина проката | Ударная вязкость, Дж/см2, не менее | ||||
|---|---|---|---|---|---|---|
| KCU | KCV | |||||
| Ст3пс | 3,0 — 5,0 | — | 49 | — | 9,8 | |
| Ст3сп | 5,1 — 10,0 | 108 | 34 | — | ||
| Ст3Гпс | 10,1 — 26,0 | 98 | 29 | — | ||
| Ст3Гсп | 26,1 — 40,0 | 88 | — | — | ||
| Для Ст3кс — не нормируется | ||||||
Определение порога хладноломкости
Для этого требуется продолжить проверки по методу Шарпи и зафиксировать ту отрицательную температуру, при которой увеличивается хрупкость. Порог не является моментальным, обычно он состоит из двух температурных точек – максимальной и минимальной.
Обработка полученных результатов
После тестирования будут получены либо разрушение, либо деформация. В первом случае это требуется зафиксировать, а затем продолжить тесты, но с использованием небольших усилий. А во втором следует подвергнуть итоги математическим вычислениям по указанной выше формуле.
В статье мы рассказали, как обозначается ударная вязкость и как ее узнать. В качестве завершения темы посмотрим видео:
На сайте компании «Рокта» вы сможете узнать о других свойствах металлов, а также найти широкий перечень оборудования для ленточного пиления. Переходите в наш каталог, чтобы узнать больше.
Чтобы уточнить интересующую вас информацию, свяжитесь с нашими менеджерами по телефонам 8 (908) 135-59-82; (473) 239-65-79; 8 (800) 707-53-38. Они ответят на все ваши вопросы.
Материалы с самой высокой удельной прочностью обычно представляют собой волокна, такие как углеродное волокно, стекловолокно и различные полимеры, которые часто используются для изготовления композитные материалы (например. углеродное волокно-эпоксидная смола). Эти и другие материалы, такие как титан, алюминий, магний и высокая прочность стальные сплавы широко используются в аэрокосмический и другие приложения, где снижение веса стоит более высоких затрат на материалы.
Обратите внимание, что сила и жесткость различны. Оба важны при проектировании эффективных и безопасных конструкций.
Содержание
Расчет разрывной длины
Примеры
| Материал | Предел прочности (МПа) | Плотность (грамм/см³) | Удельная сила (кН·м/кг) | Разрывная длина (км) | Источник |
|---|---|---|---|---|---|
| Конкретный | 2–5 | 2.30 | 5.22 | 0.44 | |
| Полиоксиметилен (ПОМ) | 69 | 1.42 | 4.95 | [1] | |
| Резинка | 15 | 0.92 | 16.3 | 1.66 | |
| Медь | 220 | 8.92 | 24.7 | 2.51 | |
| Полипропилен / PP | 25–40 | 0.90 | 28–44 | 2.8–4.5 | [2] |
| (Поли)акрилонитрил-бутадиен-стирол / ABS | 41–45 | 1.05 | 39–43 | [3] | |
| Полиэтилентерефталат / Полиэстер / ПЭТ | 80 | 1.3–1.4 | 57–62 | [4] | |
| Струна для фортепиано / Сталь ASTM 228 | 1590-3340 | 7.8 | 204-428 | [5] | |
| Полимолочная кислота / Полилактид / PLA | 53 | 1.24 | 43 | [6] | |
| Низкоуглеродистая сталь (AISI 1010) | 365 | 7.87 | 46.4 | 4.73 | [7] |
| Нержавеющая сталь (304) | 505 | 8.00 | 63.1 | 6.4 | [8] |
| Латунь | 580 | 8.55 | 67.8 | 6.91 | [9] |
| Нейлон | 78 | 1.13 | 69.0 | 7.04 | [10] |
| Титана | 344 | 4.51 | 76 | 7.75 | [11] |
| CrMo Сталь (4130) | 560–670 | 7.85 | 71–85 | 7.27–8.70 | [12] [13] |
| Алюминиевый сплав (6061-T6) | 310 | 2.70 | 115 | 11.70 | [14] |
| дуб | 90 | 0.78–0.69 | 115–130 | 12–13 | [15] |
| Инконель (Х-750) | 1250 | 8.28 | 151 | 15.4 | [16] |
| Магниевый сплав | 275 | 1.74 | 158 | 16.1 | [17] |
| Алюминиевый сплав (7075-T6) | 572 | 2.81 | 204 | 20.8 | [18] |
| Сосновый лес (Американская восточная белая) | 78 | .35 | 223 | 22.7 | [19] |
| Титановый сплав (Бета C) | 1250 | 4.81 | 260 | 26.5 | [20] |
| Бейнит | 2500 | 7.87 | 321 | 32.4 | [21] |
| Бальза | 73 | 0.14 | 521 | 53.2 | [22] |
| Углеродно-эпоксидный композит | 1240 | 1.58 | 785 | 80.0 | [23] |
| Паучий шелк | 1400 | 1.31 | 1069 | 109 | |
| Карбид кремния волокно | 3440 | 3.16 | 1088 | 110 | [24] |
| Миралон углеродная нанотрубка пряжа C-серия | 1375 | 0.7–0.9 | 1100 | 112 | [25] |
| Стекловолокно | 3400 | 2.60 | 1307 | 133 | [26] |
| Базальтовое волокно | 4840 | 2.70 | 1790 | 183 | [27] |
| 1 мкм утюг усы | 14000 | 7.87 | 1800 | 183 | [21] |
| Вектран | 2900 | 1.40 | 2071 | 211 | [26] |
| Углеродное волокно (AS4) | 4300 | 1.75 | 2457 | 250 | [26] |
| Кевлар | 3620 | 1.44 | 2514 | 256 | [28] |
| Dyneema (СВМПЭ) | 3600 | 0.97 | 3711 | 378 | [29] |
| Зилон | 5800 | 1.54 | 3766 | 384 | [30] |
| Углеродное волокно (Toray T1100G) | 7000 | 1.79 | 3911 | 399 | [31] |
| Углеродная нанотрубка (см. примечание ниже) | 62000 | 0.037–1.34 | 46268 – N / A | 4716 – N / A | [32] [33] |
| Колоссальная карбоновая трубка | 6900 | 0.116 | 59483 | 6066 | [34] |
| Графен | 130500 | 2.090 | 62453 | 6366 | [35] |
| Фундаментальный предел | 9 × 10 13 | 9.2 × 10 12 | [36] |
Данные этой таблицы взяты из лучших случаев и были установлены для получения приблизительных цифр.
Юрий и космические привязи
В Международный консорциум космических лифтов предложил «Юрий» в качестве названия единиц СИ, описывающих удельную силу. Удельная прочность имеет принципиальное значение при описании космический лифт кабельные материалы. Единица Юрий задумывается как единица СИ для предела текучести (или напряжения разрушения) на единицу плотности материала при растяжении. Итак, единицы на одного Юрия равны Па м 3 / кг. Эта единица эквивалентна одному N м / кг, который является разрушающим / уступающим сила на линейный плотность кабеля под натяжением. [38] [39] Функциональная Земля космический лифт потребуется трос 30–80 МегаЮри (что соответствует разрывной длине 3100–8200 км). [40]
Фундаментальный предел удельной прочности
Нулевой состояние энергии устанавливает фундаментальные ограничения на удельную прочность любого материала. [36] Удельная прочность не должна превышать c 2
Прочность (прочность ткани)
Что такое удельная прочность стали
Удельная прочность
Уде́льная про́чность — предел прочности материала, отнесённый к его плотности. Показывает, насколько прочной будет конструкция при заданной массе.
Особенно важна для авиастроения, ракетостроения, космических аппаратов.
Примечания
Смотреть что такое «Удельная прочность» в других словарях:
удельная прочность — — [Англо русский геммологический словарь. Красноярск, КрасБерри. 2007.] Тематики геммология и ювелирное производство EN specific tenacity … Справочник технического переводчика
Удельная прочность при растяжении — 171) удельная прочность при растяжении предел прочности при растяжении, выраженный в паскалях (что соответствует [Н/м2]), деленный на удельный вес в [Н/м3], измеренные при температуре (296 +/ 2) К (что соответствует (23 +/ 2) C) и относительной… … Официальная терминология
УДЕЛЬНАЯ ПРОЧНОСТЬ НА РАСТЯЖЕНИЕ — критическая прочность на разрыв, выраженная в паскалях или в Н/кв.м, деленная на удельный вес в Н/куб.м, измеренные при температуре (296 плюс минус 2) К [(23 плюс минус 2)о С] и относительной влажности (50 плюс минус 5) % … Словарь понятий и терминов, сформулированных в нормативных документах российского законодательства
Прочность авиационных конструкций — свойство конструкций летательного аппарата сохранять целостность (не разрушаться) во всех допускаемых условиях эксплуатации в течение заданного ресурса, обеспечивая необходимый уровень безопасности при удовлетворении требований надёжности и… … Энциклопедия техники
удельная диэлектрическая прочность — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN unit dielectric strength … Справочник технического переводчика
удельная электрическая прочность диэлектрика — — [Я.Н.Лугинский, М.С.Фези Жилинская, Ю.С.Кабиров. Англо русский словарь по электротехнике и электроэнергетике, Москва, 1999 г.] Тематики электротехника, основные понятия EN specific dielectric strength … Справочник технического переводчика
Прочность удельная — – равна отношению показателя прочности Rк относительной плотности. (МПа). Rу=R/d [Микульский В.Г. и др. Строительные материалы (Материаловедение, Строительные материалы): Учеб. издание. – М.: Издательство Ассоциации строительных вузов, 2004 … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
прочность — авиационных конструкций свойство конструкций летательного аппарата сохранять целостность (не разрушаться) во всех допускаемых условиях эксплуатации в течение заданного ресурса, обеспечивая необходимый уровень безопасности при… … Энциклопедия «Авиация»
прочность — авиационных конструкций свойство конструкций летательного аппарата сохранять целостность (не разрушаться) во всех допускаемых условиях эксплуатации в течение заданного ресурса, обеспечивая необходимый уровень безопасности при… … Энциклопедия «Авиация»
удельная диэлектрическая прочность — savitasis dielektrinis atsparumas statusas T sritis radioelektronika atitikmenys: angl. specific dielectric strength vok. spezifische Durchschlagsfestigkeit, f rus. удельная диэлектрическая прочность, f pranc. résistance diélectrique spécifique,… … Radioelektronikos terminų žodynas
Удельная прочность — Specific strength
Обратите внимание, что сила и жесткость различны. Оба важны при проектировании эффективных и безопасных конструкций.
СОДЕРЖАНИЕ
Расчет разрывной длины
L знак равно Т s / ρ грамм >>> 
где — длина, — предел прочности на разрыв, — плотность, — это ускорение свободного падения ( м / с ) L Т s ρ грамм > ≈ 9,8 2 >
Примеры
( МПа )
( г / см 3 )
( кН · м / кг )
( км )
Данные этой таблицы взяты из лучших случаев и были установлены для получения приблизительных цифр.
Юрий и космические привязи
Фундаментальный предел удельной прочности
Условие нулевой энергии накладывает фундаментальный предел на удельную прочность любого материала. Удельная прочность не должна превышать c 2