Механические свойства. Прочность. Под прочностью понимают способность материала сопротивляться разрушению под действием напряжений

Прочность. Под прочностью понимают способность материала сопротивляться разрушению под действием напряжений, возникающих от внешних нагрузок. Прочность материалов оценивается пределом прочности R, определяемым при данном виде деформаций (сжатия, растяжения, изгиба, кручения и среза). Пределом прочности R называют напряжение, соответствующее нагрузке, вызывающей разрушение материала.

В зависимости от вида материала и действующей нагрузки, определяют предел прочности:

· при сжатии R_cж (для бетонов, строительных растворов, природного камня, древесины, кирпича, вяжущих веществ и др.);

· при изгибе R_изг (для бетонов, строительных растворов, древесины, кирпича, вяжущих веществ и др.);

· при растяжении R_раст (для железобетона, металлов).

Для хрупких материалов (природных камней, бетонов, строительных растворов, кирпича и др.) основной прочностной характеристикой является предел прочности при сжатии R_сж..

Предел прочности при сжатии R_cж. равен частному от деления разрушающей силы Р на первоначальную площадь поперечного сечения материала А (формула 12):

(12)

Предел прочности при сжатии определяют нагружением до разрушения испытуемых образцов на гидравлических прессах.

Строительные материалы часто испытывают на изгиб. При испытании на изгиб образцы в виде балочек или плит кладут на 2 опоры и нагружают одним (реже двумя) сосредоточенными грузами до разрушения (рис. 1).

Предел прочности при изгибе R_изг. определяют по формуле 13:

(13)

где Р – нагрузка, l – расстояние между опорами, b и h – ширина и высота образца.

Твердость. Твердостью называется способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела. Это свойство характеризует стойкость материалов к деформированию или разрушению при местном силовом воздействии. Количественно твердость оценивается различными методами. Например, твердость минералов оценивают шкалой Мооса, представленной десятью минералами, из которых каждый последующий своим острым концом царапает все предыдущие. Эта шкала включает минералы в порядке возрастающей твердости от 1 до 10 (от талька до алмаза).

Твердость древесины, металлов, бетона и других строительных материалов определяют, вдавливая в них стальной шарик, конус или пирамиду. В результате вычисляют число твердости H, являющееся функцией, обратно-пропорциональной размеру отпечатка (14)

(14)

где А – размер отпечатка.

Для металлов твердость определяют тремя методами – Бринелля, Роквелла и Виккерса.

Метод Бринелля. При стандартном определении твердости по Бринеллю стальной шарик диаметром D вдавливают в испытуемый образец под приложенной определенное время нагрузкой Р; после снятия нагрузки измеряют диаметр d оставшегося на поверхности образца отпечатка (рис. 2). Число твердости по Бринеллю определяют как отношение нагрузки к площади поверхности сферического отпечатка. Чем меньше отпечаток, тем больше твердость. Обозначают число твердости по Бринеллю НВ.

Метод Роквелла. При измерении твердости по методу Роквелла в поверхность металла вдавливают два индентора – алмазный или твердосплавный конус с углом 120°С (рис. 3) или стальной шарик диаметром 1, 588 мм. Число твердости в условных единицах зависит от глубины вдавливания индентора. Обозначают твердость по Роквеллу НR c прибавлением буквы, обозначающей шкалу измерения, например, НRА, НRВ и НRС.

Метод Виккерса. При стандартном измерении твердости по Виккерсу в поверхность образца вдавливают алмазный индентор в форме пирамиды. После удаления нагрузки измеряют диагональ отпечатка, оставшегося на поверхности образца (рис. 4). Число твердости HV определяют делением нагрузки на площадь боковой поверхности полученного отпечатка.

Истираемость. Истираемость – свойство материала уменьшаться в объеме и массе вследствие разрушения поверхностного слоя под действием истирающих усилий. Она оценивается потерей массы образца, отнесенной к площади истирания (15)

(15)

где И – истираемость, г/ см²;
m₁ – масса материала до испытания, г;
m₂ – масса материала после испытания, г;
А – площадь образца, см².

Упругость. Упругостью твердого тела называют его свойство деформироваться под влиянием нагрузки и самопроизвольно восстанавливать форму и размеры после прекращения действия внешних сил.

Пластичность. Пластичность – это свойство твердого тела изменять форму и размеры под действием внешних сил, не разрушаясь при этом. После снятия нагрузки первоначальная форма и размеры тела не восстанавливаются.