Механические характеристики материала и их зависимость от разнообразных факторов
Механические характеристики материалов во многом зависят от таких параметров, как химический состав последних, внешние условия и условия нагружения, при этом данная зависимость может иметь самый разнообразный характер. Отметим несколько наиболее значимых, типичных и характерных условий использования конструкций.
Воздействие содержание углерода. Путем введения в металлы разнообразных легирующих добавок возможно существенно повысить характеристики прочности получаемых сплавов. Если говорить о влиянии на свойства механического характера конструкционной стали процентного содержания в ней углерода, то можно отметить, что при увеличении данного процента происходит многократное повышение временного сопротивления, но в то же время наблюдается уменьшение таких показателей, как относительное сужение и удлинение.
Температура окружающей среды. В связи с повышением температуры окружающей среды происходит существенное изменение следующих механических характеристик конструкционных материалов: длительной прочности и ползучести. Термин «ползучесть» используется для обозначения медленно протекающего непрерывного увеличения пластической, или же остаточной деформации, происходящей под влиянием нагрузок постоянного характера. Длительная прочность являет собой зависимость разрушающего напряжения (то есть так называемого временного сопротивления) от периода эксплуатации. В углеродистых сталях данные свойства начинают проявляться при температурах, превышающих отметку в триста градусов, что же касается легированных сталей, то для них данный предел составляет триста пятьдесят градусов, а у алюминиевых сплавов ползучесть и длительная прочность дают о себе знать уже при температуре выше ста градусов. Отдельно стоит отметить, что многие материалы демонстрируют такого рода свойства не только при повышенных, но и при обычных температурах.
Ползучесть материала оценивается при помощи такой меры, как предел ползучести, который представляет собой такое напряжение, при появлении которого пластическая деформация, происходящая за обозначенный период времени, достигает какой-либо конкретной, заданной заранее величины. Иногда сопротивление ползучести может быть оценено величиной скорости деформации, проявившейся по истечению заданного времени. Для обозначения предела ползучести необходимо указать температуру, при которой проводились испытания, время, которое было затрачено на них, а также непосредственно величину деформации.
Неотъемлемым спутником ползучести является так называемая релаксация напряжений, то есть уменьшение последних, которое происходит самопроизвольно по прошествии определенного времени при деформации стабильного характера. Скорость, с которой происходит релаксация напряжений, также зависит от температуры: с повышением последней она увеличивается. Для измерения данного показателя используется время релаксации, то есть такой временной промежуток, на протяжении которого напряжение становится меньшим, нежели начальное напряжение, в е раз (значение данной константы составляет 2,718).
