Допускаемые напряжения
и механические свойства материалов
Для определения допускаемых напряжений в машиностроении применяют следующие основные методы.
1. Дифференцированный запас прочности находят как произведение ряда частных коэффициентов, учитывающих надежность материала, степень ответственности детали, точность расчетных формул и действующие силы и другие факторы, определяющие условия работы деталей.
2. Табличный — допускаемые напряжения принимают по нормам, систематизированным в виде таблиц
(табл. 1 — 7). Этот метод менее точен, но наиболее прост и удобен для практического пользования при проектировочных и проверочных прочностных расчетах.
В работе конструкторских бюро и при расчетах деталей машин применяются как дифференцированный, так и. табличный методы, а также их комбинация. В табл. 4 — 6 приведены допускаемые напряжения для нетиповых литых деталей, на которые не разработаны специальные методы расчета и соответствующие им допускаемые напряжения. Типовые детали (например, зубчатые и червячные колеса, шкивы) следует рассчитывать по методикам, приводимым в соответствующем разделе справочника или специальной литературе.
Приведенные допускаемые напряжения предназначены для приближенных расчетов только на основные нагрузки. Для более точных расчетов с учетом дополнительных нагрузок (например, динамических) табличные значения следует увеличивать на 20 — 30 %.
Допускаемые напряжения даны без учета концентрации напряжений и размеров детали, вычислены для стальных гладких полированных образцов диаметром 6-12 мм и для необработанных круглых чугунных отливок диаметром 30 мм. При определении наибольших напряжений в рассчитываемой детали нужно номинальные напряжения σном и τном умножать на коэффициент концентрации kσ или kτ:
1. Допускаемые напряжения*
для углеродистых сталей обыкновенного качества в горячекатаном состоянии
| Марка стали |
Допускаемые напряжения **, МПа | |||||||||||||
| при растяжении [σp] | при изгибе [σиз] | при кручении [τкр] | при срезе [τср] | при смятии [σсм] | ||||||||||
| I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | |
| Ст2 Ст3 Ст4 Ст5 Ст6 |
115 125 140 165 195 |
80 90 95 115 140 |
60 70 75 90 110 |
140 150 170 200 230 |
100 110 120 140 170 |
80 85 95 110 135 |
85 95 105 125 145 |
65 65 75 80 105 |
50 50 60 70 80 |
70 75 85 100 115 |
50 50 65 65 85 |
40 40 50 55 65 |
175 190 210 250 290 |
120 135 145 175 210 |
* Горский А.И.. Иванов-Емин Е. Б.. Кареновский А. И. Определение допускаемых напряжений при расчетах на прочность. НИИмаш, М., 1974.
** Римскими цифрами обозначен вид нагрузки: I — статическая; II — переменная, действующая от нуля до максимума, от максимума до нуля (пульсирующая); III — знакопеременная (симметричная).
2. Механические свойства и допускаемые напряжения
углеродистых качественных конструкционных сталей
3. Механические свойства и допускаемые напряжения
легированных конструкционных сталей
4. Механические свойства и допускаемые напряжения
для отливок из углеродистых и легированных сталей
5. Механические свойства и допускаемые напряжения
для отливок из серого чугуна
6. Механические свойства и допускаемые напряжения
для отливок из ковкого чугуна
7. Допускаемые напряжения для пластмассовых деталей
Для пластичных (незакаленных) сталей при статических напряжениях (I вид нагрузки) коэффициент концентрации не учитывают. Для однородных сталей (σв > 1300 МПа, а также в случае работы их при низких температурах) коэффициент концентрации, при наличии концентрации напряжения, вводят в расчет и при нагрузках I вида (k > 1). Для пластичных сталей при действии переменных нагрузок и при наличии концентрации напряжений эти напряжения необходимо учитывать.
Для чугунов в большинстве случаев коэффициент концентрации напряжений приближенно принимают равным единице при всех видах нагрузок (I — III). При расчетах на прочность для учета размеров детали приведенные табличные допускаемые напряжения для литых деталей следует умножать на коэффициент масштабного фактора, равный 1,4 . 5.
Приближенные эмпирические зависимости пределов выносливости для случаев нагружения с симметричным циклом:
Механические свойства и допускаемые напряжения антифрикционного чугуна:
— предел прочности при изгибе 250 ÷ 300 МПа,
— допускаемые напряжения при изгибе: 95 МПа для I; 70 МПа — II: 45 МПа — III, где I. II, III — обозначения видов нагрузки, см. табл. 1.
Ориентировочные допускаемые напряжения для цветных металлов на растяжение и сжатие. МПа:
— 30. 110 — для меди;
— 60. 130 — латуни;
— 50. 110 — бронзы;
— 25. 70 — алюминия;
— 70. 140 — дюралюминия.
Стали: допускаемые напряжения и механические свойства материалов
Допускаемые напряжения принимаем по нормам, систематизированных в виде таблиц, что удобнее для практического применения при проектировочных и проверочных прочностных расчетов.
Примечание. Условные обозначения термической обработки:
О — отжиг; Н — нормализация; У — улучшение; Ц — цементация; ТВЧ — закалка с нагревом т.в.ч.; В — закалка с охлаждением в воде; М — закалка с охлаждением в масле; НВ — твердость по Бринеллю. Число после М, В, Н или ТВЧ — среднее значение твердости по HRC.
*) Римскими цифрами обозначен вид нагрузки (см. таблицу 1): I — статическая; II — переменная, действующая от нуля до максимума и от максимума до нуля (пульсирующая), III — знакопеременная (симметричная).
Допускаемые напряжения для углеродистых сталей обыкновенного качества в горячекатаном состоянии
Механические свойства и допустимые напряжения углеродистых качественных конструкционных сталей
Примечание:
Марки стали 20Г; 30Г; 40Г; 50Г; 65Г — старые марки стали, действующие до 1988 г. Буква Г в них обозначала содержание марганца около 1 %.
Допускаемые напряжения
и механические свойства материалов
Для определения допускаемых напряжений в машиностроении применяют следующие основные методы.
1. Дифференцированный запас прочности находят как произведение ряда частных коэффициентов, учитывающих надежность материала, степень ответственности детали, точность расчетных формул и действующие силы и другие факторы, определяющие условия работы деталей.
2. Табличный — допускаемые напряжения принимают по нормам, систематизированным в виде таблиц
(табл. 1 — 7). Этот метод менее точен, но наиболее прост и удобен для практического пользования при проектировочных и проверочных прочностных расчетах.
В работе конструкторских бюро и при расчетах деталей машин применяются как дифференцированный, так и. табличный методы, а также их комбинация. В табл. 4 — 6 приведены допускаемые напряжения для нетиповых литых деталей, на которые не разработаны специальные методы расчета и соответствующие им допускаемые напряжения. Типовые детали (например, зубчатые и червячные колеса, шкивы) следует рассчитывать по методикам, приводимым в соответствующем разделе справочника или специальной литературе.
Приведенные допускаемые напряжения предназначены для приближенных расчетов только на основные нагрузки. Для более точных расчетов с учетом дополнительных нагрузок (например, динамических) табличные значения следует увеличивать на 20 — 30 %.
Допускаемые напряжения даны без учета концентрации напряжений и размеров детали, вычислены для стальных гладких полированных образцов диаметром 6-12 мм и для необработанных круглых чугунных отливок диаметром 30 мм. При определении наибольших напряжений в рассчитываемой детали нужно номинальные напряжения σном и τном умножать на коэффициент концентрации kσ или kτ:
1. Допускаемые напряжения*
для углеродистых сталей обыкновенного качества в горячекатаном состоянии
| Марка стали |
Допускаемые напряжения **, МПа | |||||||||||||
| при растяжении [σp] | при изгибе [σиз] | при кручении [τкр] | при срезе [τср] | при смятии [σсм] | ||||||||||
| I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | |
| Ст2 Ст3 Ст4 Ст5 Ст6 |
115 125 140 165 195 |
80 90 95 115 140 |
60 70 75 90 110 |
140 150 170 200 230 |
100 110 120 140 170 |
80 85 95 110 135 |
85 95 105 125 145 |
65 65 75 80 105 |
50 50 60 70 80 |
70 75 85 100 115 |
50 50 65 65 85 |
40 40 50 55 65 |
175 190 210 250 290 |
120 135 145 175 210 |
* Горский А.И.. Иванов-Емин Е. Б.. Кареновский А. И. Определение допускаемых напряжений при расчетах на прочность. НИИмаш, М., 1974.
** Римскими цифрами обозначен вид нагрузки: I — статическая; II — переменная, действующая от нуля до максимума, от максимума до нуля (пульсирующая); III — знакопеременная (симметричная).
2. Механические свойства и допускаемые напряжения
углеродистых качественных конструкционных сталей
3. Механические свойства и допускаемые напряжения
легированных конструкционных сталей
4. Механические свойства и допускаемые напряжения
для отливок из углеродистых и легированных сталей
5. Механические свойства и допускаемые напряжения
для отливок из серого чугуна
6. Механические свойства и допускаемые напряжения
для отливок из ковкого чугуна
7. Допускаемые напряжения для пластмассовых деталей
Для пластичных (незакаленных) сталей при статических напряжениях (I вид нагрузки) коэффициент концентрации не учитывают. Для однородных сталей (σв > 1300 МПа, а также в случае работы их при низких температурах) коэффициент концентрации, при наличии концентрации напряжения, вводят в расчет и при нагрузках I вида (k > 1). Для пластичных сталей при действии переменных нагрузок и при наличии концентрации напряжений эти напряжения необходимо учитывать.
Для чугунов в большинстве случаев коэффициент концентрации напряжений приближенно принимают равным единице при всех видах нагрузок (I — III). При расчетах на прочность для учета размеров детали приведенные табличные допускаемые напряжения для литых деталей следует умножать на коэффициент масштабного фактора, равный 1,4 . 5.
Приближенные эмпирические зависимости пределов выносливости для случаев нагружения с симметричным циклом:
Механические свойства и допускаемые напряжения антифрикционного чугуна:
— предел прочности при изгибе 250 ÷ 300 МПа,
— допускаемые напряжения при изгибе: 95 МПа для I; 70 МПа — II: 45 МПа — III, где I. II, III — обозначения видов нагрузки, см. табл. 1.
Ориентировочные допускаемые напряжения для цветных металлов на растяжение и сжатие. МПа:
— 30. 110 — для меди;
— 60. 130 — латуни;
— 50. 110 — бронзы;
— 25. 70 — алюминия;
— 70. 140 — дюралюминия.
Допустимое напряжение растяжения для стали
Для определения допускаемых напряжений в машиностроении применяют следующие основные методы.
1. Дифференцированный — запас прочности находят как произведение ряда частных коэффициентов, учитывающих надежность материала, степень ответственности детали, точность расчетных формул и действующие силы и другие факторы, определяющие условия работы деталей.
2. Табличный — допускаемые напряжения принимают по нормам, систематизированным в виде таблиц (табл. 1 — 4). Этот метод менее точен, но наиболее прост и удобен для практического пользования при проектировочных и проверочных прочностных расчетах.
В работе конструкторских бюро и при расчетах деталей машин на данном сайте применяются как дифференцированный, так и табличный методы, а также их комбинация.
Приведенные допускаемые напряжения предназначены для приближенных расчетов только на основные нагрузки. Для более точных расчетов с учетом дополнительных нагрузок (например, динамических) табличные значения следует увеличивать на 20 — 30 %.
Допускаемые напряжения даны без учета концентрации напряжений и размеров детали, вычислены для стальных гладких полированных образцов диаметром 6 — 12 мм и для необработанных круглых чугунных отливок диаметром 30 мм. При определении наибольших напряжений в рассчитываемой детали нужно номинальные напряжения σ ном и τ ном Умножать на коэффициент концентрации к σ или к τ.
Для пластичных (незакаленных) сталей при статических напряжениях (I вид нагрузки) коэффициент концентрации не учитывают. Для однородных сталей (σmax > 1300 МПа, а также в случае работы их при низких температурах) коэффициент концентрации, при наличии концентрации напряжения, вводят в расчет и при нагрузках I вида (к > 1). Для пластичных сталей при действии переменных нагрузок и при наличии концентрации напряжений эти напряжения необходимо учитывать.
Для чугувов в большинстве случаев коэффициент концентрации напряжений приближенно принимают равным единице при всех видах нагрузок (I — III).
При расчетах на прочность для учета размеров детали приведенные табличные допускаемые напряжения для литых деталей следует умножать на коэффициент масштабного фактора, равный 1,4 . 5.
Приближенные эмпирические зависимости пределов выносливости для случаев нагружения с симметричным циклом:
Механические свойства и допускаемые напряжения антифрикционного чугуна:
предел прочности при изгибе 250 — 300 МПа;
допускаемые напряжения при изгибе: 95 МПа для I; 70 МПа — II; 45 МПа — III, где I, II, III — обозначение видов нагрузки.
Ориентировачные допускаемые напряжения для цветных металлов на растяжение и сжатие. МПа:
30. 110 — для меди;
60. 130 — для латуни;
50. 110 — для бронзы;
25. 70 — для алюминия;
70. 140 — для дюралиалюминия.
Римскими цыфрами обозначен вид нагрузки:
I — статическая;
II — переменная, действующая от нуля до максимума, от макесимуму до нуля (пульсирующая);
III — знакопеременная (симметричная).
** Термическая обработка:
О-отжиг;
Н-нормализация;
У-улучшение;
Ц-цементация;
ТВЧ-закалка с нагревом ТВЧ;
В-закалка с охлаждением в воде;
М-заклка с охлаждением в масле;
НВ — твердость по Бринелю.
Число после М, В, Н, или ТВЧ — среднее значение твердости по HRC
Допускаемые напряжения для углеродистых сталей
обыкновенного качества в горячекатанном состоянии*
| Марка стали | Допускаемые напряжения | ||||||||||||||
| при растяжении [σp] | при изгибе [σиз] | при кручении [τкр] | при срезе [τкр] | при смятии [σсм] | |||||||||||
| I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | ||
| Ст2 | 115 | 80 | 60 | 140 | 100 | 80 | 85 | 65 | 50 | 70 | 50 | 40 | 175 | 120 | |
| Ст3 | 125 | 90 | 70 | 150 | 110 | 85 | 95 | 65 | 50 | 75 | 50 | 40 | 190 | 135 | |
| Ст4 | 140 | 95 | 75 | 170 | 120 | 95 | 105 | 75 | 60 | 85 | 65 | 50 | 210 | 145 | |
| Ст5 | 165 | 115 | 90 | 200 | 140 | 110 | 125 | 90 | 70 | 100 | 65 | 55 | 250 | 175 | |
| Ст6 | 195 | 140 | 110 | 230 | 170 | 135 | 145 | 105 | 80 | 115 | 85 | 65 | 290 | 210 | |
Механические свойства и допускаемые напряжения углеродистых качественных конструкционных сталей
| Марка стали | Термо-обработ-ка | Времен-ное сопротив-ление σв | Предел текучести σт | Предел выносливости | Допускаемые напряжения | |||||||||||||||
| при растяжении [σ-1р] | при изгибе [σ-1] | при кручении [σ-1] | при растяжении [σp] | при изгибе [σиз] | при кручении [τкр] | при срезе [τкр] | при смятии [σсм] | |||||||||||||
| МПа | I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | ||||||
| 08 | Н | 330 | 200 | 120 | 150 | 90 | 110 | 80 | 60 | 130 | 95 | 75 | 80 | 60 | 45 | 60 | 45 | 35 | 165 | 120 |
| 10 | Н Ц-В59 | 340 400 | 210 250 | 125 145 | 155 180 | 95 110 | 110 130 | 80 90 | 60 70 | 145 155 | 100 150 | 75 90 | 80 100 | 60 65 | 45 55 | 65 70 | 45 50 | 35 40 | 165 195 | 120 135 |
| 15 | Н Ц-В59 | 380 450 | 230 250 | 135 160 | 170 200 | 100 120 | 125 145 | 85 50 | 65 80 | 150 170 | 110 125 | 85 100 | 95 110 | 65 80 | 50 60 | 75 85 | 50 60 | 40 45 | 185 210 | 125 175 |
| 20 | Н Ц-В59 | 420 500 | 250 300 | 150 180 | 190 225 | 115 135 | 140 165 | 115 115 | 95 90 | 170 200 | 120 140 | 95 110 | 105 125 | 70 75 | 55 55 | 85 100 | 60 60 | 45 45 | 210 240 | 175 175 |
| 25 | Н Ц-В58 | 460 550 | 280 350 | 170 200 | 210 250 | 125 155 | 150 180 | 110 130 | 85 100 | 180 210 | 130 160 | 105 125 | 110 135 | 80 95 | 60 75 | 90 110 | 65 80 | 50 60 | 220 270 | 165 195 |
| 30 | Н У | 500 600 | 300 350 | 180 215 | 225 270 | 135 160 | 165 200 | 115 140 | 90 105 | 200 240 | 140 175 | 110 135 | 125 150 | 90 105 | 70 80 | 100 120 | 65 85 | 55 65 | 240 300 | 175 210 |
| 35 | Н У В35 | 540 650 1000 | 320 380 650 | 190 230 360 | 240 290 450 | 145 175 270 | 180 210 330 | 125 150 230 | 95 115 180 | 210 260 400 | 155 185 290 | 120 145 220 | 135 160 250 | 90 110 165 | 70 85 135 | 110 130 200 | 75 90 140 | 55 70 110 | 270 320 500 | 190 220 350 |
| 40 | Н У В35 | 580 700 1000 | 340 400 650 | 210 250 360 | 260 315 450 | 155 190 270 | 190 230 340 | 130 160 230 | 105 125 180 | 230 270 400 | 165 200 290 | 130 155 220 | 140 170 250 | 100 120 175 | 75 95 135 | 115 140 200 | 80 100 140 | 60 80 110 | 280 340 500 | 200 240 350 |
| 45 | Н У М35 В42 В48 ТВЧ56 | 610 750 900 1000 1200 750 | 360 450 650 700 950 450 | 220 270 325 325 430 270 | 275 345 405 405 540 340 | 165 205 245 245 325 205 | 200 240 300 300 400 240 | 140 170 210 210 280 170 | 110 135 160 160 210 135 | 240 290 360 360 480 290 | 175 215 260 260 340 210 | 135 170 200 200 270 170 | 150 185 230 230 300 185 | 105 130 165 160 210 130 | 80 100 120 120 160 100 | 125 145 185 185 240 145 | 85 105 125 125 170 105 | 65 80 95 95 130 80 | 300 360 450 450 600 360 | 210 260 310 310 420 260 |
| 50 | Н У | 640 900 | 380 700 | 230 325 | 290 405 | 175 245 | 210 300 | 140 210 | 115 160 | 250 360 | 185 260 | 145 200 | 160 230 | 110 180 | 85 105 | 125 185 | 85 125 | 65 95 | 310 450 | 220 310 |
Механические свойства и допускаемые напряжения легированных конструкционных сталей
| Марка стали | ГОСТ | Термо-обработ-ка | Времен-ное сопротив-ление σв | Предел текучести σт | Предел выносливости | Допускаемые напряжения | |||||||||||||||
| при растяжении [σ-1р] | при изгибе [σ-1] | при кручении [σ-1] | при растяжении [σp] | при изгибе [σиз] | при кручении [τкр] | при срезе [τкр] | при смятии [σсм] | ||||||||||||||
| МПа | I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | |||||||
| 10Г2 | 4543-71 | Н | 430 | 250 | 175 | 220 | 125 | 140 | 110 | 90 | 170 | 135 | 110 | 105 | 75 | 60 | 85 | 65 | 50 | 210 | 165 |
| 09Г2С | 19281-89 | — | 500 | 350 | 190 | 240 | 140 | 170 | 120 | 95 | 200 | 150 | 120 | 125 | 90 | 70 | 100 | 70 | 55 | 250 | 180 |
| 10ХСНД | — | 540 | 400 | 215 | 270 | 155 | 185 | 140 | 110 | 220 | 160 | 135 | 140 | 100 | 80 | 100 | 80 | 65 | 280 | 210 | |
| 20Х | 4543-71 | Н У УМ59 | 600 700 850 | 300 500 630 | 210 280 340 | 260 350 420 | 150 200 240 | 190 240 290 | 135 175 210 | 105 140 170 | 230 290 350 | 165 220 145 | 130 175 210 | 140 180 220 | 100 130 155 | 75 100 120 | 115 145 175 | 85 105 125 | 60 80 95 | 280 360 430 | 200 260 320 |
| 40Х | Н У М59 М48 | 630 800 1100 1300 | 330 650 900 1100 | 250 320 440 520 | 310 400 550 650 | 180 230 320 380 | 200 270 380 440 | 155 200 280 330 | 125 160 220 260 | 240 320 450 530 | 190 250 340 410 | 155 200 270 320 | 150 200 280 330 | 115 150 200 240 | 90 115 160 190 | 120 160 230 270 | 95 115 165 195 | 75 90 130 150 | 300 400 560 670 | 230 300 420 490 | |
| 45Х | Н У М48 | 650 950 1400 | 350 750 1200 | 260 380 560 | 320 470 700 | 185 270 400 | 210 320 480 | 160 240 350 | 130 190 280 | 250 380 570 | 195 290 430 | 160 230 350 | 155 240 360 | 115 175 260 | 90 135 200 | 125 190 290 | 95 135 200 | 75 105 160 | 310 480 720 | 240 360 520 | |
| 50Х | Н М48 | 650 1500 | 350 1300 | 260 600 | 325 750 | 185 430 | 210 500 | 160 370 | 130 300 | 250 600 | 200 460 | 160 370 | 160 370 | 120 270 | 90 210 | 125 300 | 90 220 | 70 170 | 360 750 | 240 550 | |
| 35Г2 | Н В, НВ249 | 630 800 | 370 650 | 250 320 | 315 400 | 180 230 | 200 270 | 155 200 | 125 160 | 240 320 | 190 250 | 160 200 | 150 200 | 115 145 | 90 115 | 120 160 | 95 115 | 75 90 | 330 400 | 230 300 | |
| 40Г2 | Н М, НВ331 | 670 1120 | 390 950 | 270 540 | 335 660 | 195 380 | 220 380 | 170 310 | 135 270 | 260 460 | 210 380 | 170 330 | 165 290 | 120 230 | 95 190 | 130 230 | 95 180 | 75 150 | 330 580 | 250 460 | |
| 33ХС | Н М | 600 900 | 300 700 | 210 360 | 260 450 | 150 260 | 190 300 | 135 220 | 105 180 | 230 360 | 165 280 | 130 220 | 140 230 | 100 165 | 75 130 | 115 180 | 65 135 | 60 105 | 280 450 | 200 330 | |
| 38ХС | У | 950 | 750 | 370 | 470 | 280 | 320 | 230 | 185 | 390 | 290 | 230 | 240 | 175 | 140 | 190 | 140 | 110 | 480 | 350 | |
| 18ХГТ | Н Ц-М59 | 700 1000 | 430 800 | 280 400 | 350 500 | 200 290 | 230 330 | 175 250 | 140 200 | 270 400 | 210 310 | 175 250 | 170 250 | 125 185 | 100 145 | 140 200 | 100 145 | 80 115 | 340 490 | 260 380 | |
| 30ХГТ | М43 Ц-М59 | 1250 1100 | 1050 800 | 500 440 | 620 550 | 360 320 | 430 370 | 310 270 | 250 220 | 510 440 | 390 340 | 310 270 | 320 280 | 230 200 | 180 160 | 260 220 | 185 160 | 140 125 | 640 550 | 460 410 | |
| 20ХГНР | М40 М50 | 1300 1450 | 1200 1400 | 520 580 | 650 725 | 375 420 | 450 500 | 330 360 | 260 290 | 540 600 | 410 450 | 320 360 | 340 380 | 230 270 | 170 210 | 270 300 | 180 215 | 135 170 | 680 750 | 500 540 | |
| 40ХФА | М30 М50 | 900 1600 | 750 1300 | 360 640 | 450 800 | 260 480 | 320 550 | 230 410 | 180 320 | 380 660 | 280 500 | 220 400 | 240 410 | 170 310 | 130 240 | 190 330 | 135 240 | 105 195 | 480 820 | 340 610 | |
| 30ХМ | М | 950 | 750 | 380 | 475 | 280 | 320 | 240 | 190 | 390 | 300 | 240 | 240 | 155 | 115 | 190 | 125 | 90 | 480 | 360 | |
| 35ХМ | М НВ270 М50 | 1000 1600 | 850 1400 | 400 640 | 500 800 | 290 480 | 340 550 | 250 410 | 200 320 | 410 660 | 310 500 | 250 400 | 260 420 | 185 310 | 145 240 | 200 330 | 130 250 | 95 200 | 520 820 | 380 610 | |
| 40ХН | Н М43 | 780 1200 | 460 1000 | 310 480 | 390 600 | 225 345 | 260 410 | 195 310 | 160 240 | 310 490 | 240 370 | 195 300 | 190 310 | 140 220 | 110 170 | 155 250 | 115 175 | 90 135 | 390 620 | 290 460 | |
| 12ХН2 | М Ц-М59 | 800 800 | 600 600 | 320 320 | 400 400 | 230 230 | 270 270 | 200 200 | 160 160 | 320 320 | 250 250 | 200 200 | 200 200 | 145 145 | 115 115 | 160 160 | 115 115 | 90 90 | 400 400 | 300 300 | |
| 12ХН3А | У ТВЧ59 | 950 1000 | 700 850 | 380 400 | 470 500 | 270 300 | 320 340 | 240 260 | 190 200 | 380 410 | 280 310 | 230 250 | 240 250 | 175 190 | 140 150 | 190 200 | 140 150 | 110 120 | 480 510 | 300 380 | |
| 20Х2Н4А | ТВЧ59 Ц-М59 М | 680 1100 1300 | 450 850 1100 | 270 440 520 | 340 550 650 | 200 320 375 | 230 370 440 | 170 270 330 | 135 220 260 | 270 440 530 | 210 340 400 | 170 270 320 | 170 280 330 | 125 200 240 | 100 160 190 | 140 220 260 | 100 160 190 | 80 125 150 | 340 550 660 | 260 410 500 | |
| 20ХГСА | М | 800 | 650 | 320 | 400 | 230 | 270 | 200 | 160 | 330 | 250 | 200 | 200 | 145 | 115 | 160 | 115 | 90 | 410 | 300 | |
| 30ХГС | О | 600 | 360 | 240 | 300 | 170 | 200 | 150 | 120 | 240 | 185 | 150 | 150 | 110 | 85 | 120 | 90 | 70 | 300 | 220 | |
| 30ХГСА | У М46 | 1100 1500 | 850 1300 | 440 600 | 550 750 | 320 430 | 370 510 | 270 380 | 220 300 | 440 620 | 340 470 | 270 380 | 280 390 | 200 270 | 160 210 | 220 310 | 160 220 | 125 170 | 550 760 | 410 570 | |
| 50ХФА | 14959-79 | М М46 | 1300 1500 | 1100 1300 | 520 600 | 650 750 | 340 360 | 440 520 | 330 380 | 260 300 | 540 620 | 400 470 | 320 380 | 340 390 | 220 240 | 170 180 | 260 310 | 180 200 | 135 145 | 660 770 | 500 570 |
| 60С2 | М НВ269 | 1300 | 1200 | 520 | 650 | 240 | 440 | 330 | 260 | 540 | 400 | 320 | 340 | 220 | 170 | 260 | 180 | 135 | 670 | 500 | |
| 60С2А | М НВ269 | 1600 | 1400 | 640 | 800 | 465 | 550 | 400 | 320 | 660 | 500 | 400 | 410 | 300 | 230 | 330 | 240 | 185 | 820 | 600 | |
| ШХ15 | 801-78 | О М62 | 600 2200 | 380 1700 | 240 460 | 300 660 | 180 330 | 200 740 | 150 350 | 120 230 | 240 890 | 180 480 | 150 330 | 150 550 | 110 250 | 90 165 | 120 440 | 90 200 | 75 130 | 300 1100 | 220 520 |
Механические свойства и допускаемые напряжения для отливок из углеродистых и легированных сталей
| Марка стали | ГОСТ | Термо-обработ-ка | Времен-ное сопротив-ление σв | Предел текучести σт | Предел выносливости | Допускаемые напряжения | |||||||||||||||
| при растяжении [σ-1р] | при изгибе [σ-1] | при кручении [σ-1] | при растяжении [σp] | при изгибе [σиз] | при кручении [τкр] | при срезе [τкр] | при смятии [σсм] | ||||||||||||||
| МПа | I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | III | I | II | |||||||
| 20Л | 977-88 | Н | 412 | 216 | 120 | 170 | 100 | 90 | 63 | 48 | 110 | 84 | 68 | 63 | 50 | 40 | 50 | 40 | 32 | 135 | 95 |
| 25Л | 441 | 235 | 125 | 180 | 110 | 95 | 65 | 50 | 115 | 90 | 72 | 65 | 52 | 44 | 52 | 42 | 35 | 145 | 105 | ||
| 30Л | 471 | 225 | 135 | 190 | 115 | 100 | 70 | 53 | 120 | 93 | 76 | 70 | 55 | 46 | 55 | 44 | 36 | 150 | 110 | ||
| 35Л | 491 | 275 | 140 | 200 | 120 | 110 | 74 | 56 | 130 | 100 | 80 | 75 | 60 | 48 | 60 | 47 | 38 | 165 | 120 | ||
| 45Л | 540 | 314 | 155 | 220 | 130 | 125 | 84 | 63 | 150 | 110 | 88 | 87 | 65 | 52 | 70 | 53 | 42 | 190 | 125 | ||
| 50Л | 569 | 334 | 170 | 240 | 145 | 140 | 92 | 68 | 170 | 125 | 96 | 100 | 74 | 58 | 75 | 55 | 43 | 210 | 150 | ||
| 20ГЛ | 540 | 275 | 155 | 220 | 130 | 120 | 83 | 63 | 145 | 110 | 88 | 85 | 65 | 52 | 65 | 50 | 40 | 180 | 125 | ||
| 35ГЛ | Н В | 540 589 | 294 343 | 155 170 | 220 240 | 130 145 | 120 140 | 83 92 | 63 68 | 145 170 | 105 125 | 88 96 | 85 100 | 65 74 | 52 58 | 65 75 | 50 55 | 40 43 | 180 210 | 125 150 | |
| 330ГСЛ | Н В | 589 638 | 343 392 | 170 180 | 240 260 | 145 155 | 140 160 | 92 100 | 68 72 | 170 190 | 125 135 | 96 105 | 100 110 | 74 79 | 58 62 | 75 88 | 55 64 | 43 50 | 210 240 | 150 155 | |
| 40ХЛ | М | 638 | 491 | 180 | 260 | 160 | 165 | 100 | 72 | 200 | 140 | 105 | 115 | 82 | 64 | 90 | 64 | 50 | 250 | 165 | |
| 35ХГСЛ | Н В | 589 785 | 343 589 | 170 225 | 240 320 | 145 190 | 140 200 | 92 125 | 68 90 | 170 240 | 125 170 | 96 130 | 100 140 | 74 98 | 58 76 | 75 110 | 55 78 | 43 60 | 210 300 | 150 200 | |
| 35ХМЛ | Н | 589 | 392 | 170 | 240 | 145 | 160 | 95 | 68 | 190 | 130 | 96 | 110 | 76 | 58 | 88 | 60 | 46 | 240 | 150 | |
* Анурьев В.И. Справочник конструктора-машиностроителя В 3 т. Т.1 — 8-е изд., перераб и доп. Под.оед. И.Н.Жестковой. — М.:Машиностроение, 2001.
Допускаемое напряжение растяжения стали
Расчеты труб и соединительных деталей на прочность проводят по номинальным допускаемым напряжениям [σ]. Номинальные допускаемые напряжения [σ] определяют по формулам: — для углеродистых, низколегированных, ферритных, аустенитно-ферритных, мартенситных сталей и сплавов на железоникелевой основе
— для аустенитной хромоникелевой стали, алюминия, меди и их сплавов
При определении допускаемых напряжений для низко- и среднетемпературных трубопроводов характеристики длительной прочности и не используются. При отсутствии данных об условном пределе текучести при 1%-ном остаточном удлинении допускается использовать значение условного предела текучести при 0,2%-ном остаточном удлинении при этом допускается коэффициент запаса по вместо 1,5 принимать равным 1,3. Допускаемые напряжения для титановых сплавов вычисляют по формуле
где коэффициент принимают: — для титанового листового проката и прокатных труб 2,6; — для титановых прутков и поковок 3,0. При отсутствии данных о пределе текучести и длительной прочности допускаемое напряжение для алюминия, меди и их сплавов вычисляют по формуле
где коэффициент принимают: — для алюминия, меди и их сплавов 3,5; — для алюминиевых литейных сплавов 7,0. Если допускаемое напряжение для рабочих условий определено по формуле (5.4), то для трубопроводов из алюминия, меди и их сплавов допускаемое напряжение при испытаниях вычисляют по формуле
Читайте также: ГОСТ 19281-89 Прокат из стали повышенной прочности. Общие технические условия
где коэффициент принимают: — для алюминия, меди и их сплавов 1,8; — для алюминиевых литейных сплавов 3,5.
Нормативные значения рекомендуется принимать согласно справочной и научно-технической литературе.
Для стальных трубопроводов, работающих в условиях ползучести при разных расчетных температурах, за допускаемое напряжение разрешается принимать , вычисляемое по формуле
где , , …, — длительность периодов эксплуатации трубопровода с расчетной температурой стенки соответственно , , …, , ч; , , …, — номинальные допускаемые напряжения для расчетного срока эксплуатации при температурах соответственно , , …, , МПа; — показатель степени в уравнениях длительной прочности стали (для легированных жаропрочных сталей рекомендуется принимать 8); — общий расчетный срок эксплуатации, ч. Допускаемые напряжения принимают в интервалах температур не более 30°С. При необходимости определения эквивалентных допускаемых напряжений для интервала температур более 30°С следует использовать среднее значение показателя степени согласно экспериментальным данным с базой испытаний не более 0,1 от ресурса, но не менее 10 ч.
Для материалов и конструкций, которые в настоящем стандарте не указаны, используют справочные и экспериментальные данные.
для углеродистых и низколегированных сталей
Ст3, 09Г2С, 16ГС, 20, 20К, 10, 10Г2, 09Г2, 17ГС, 17Г1С, 10Г2С1:
- При расчетных температурах ниже 20°С допускаемые напряжения принимают такими же, как и при 20°С, при условии допустимого применения материала при данной температуре.
- Для промежуточных расчетных температур стенки допускаемое напряжение определяют линейной интерполяцией с округлением результатов до 0,5 МПа в сторону меньшего значения.
- Для стали марки 20 при Re/20e/20 / 220.
- Для стали марки 10Г2 при Rр0,2/20р0,2/20 / 270.
- Для стали марок 09Г2С, 16ГС классов прочности 265 и 296 по ГОСТ 19281 допускаемые напряжения независимо от толщины листа определяют для толщины свыше 32 мм.
- Допускаемые напряжения, расположенные ниже горизонтальной черты, действительны при ресурсе не более 105 ч. Для расчетного срока эксплуатации до 2*105 ч допускаемое напряжение, расположенное ниже горизонтальной черты, умножают на коэффициент: для углеродистой стали на 0,8; для марганцовистой стали на 0,85 при температуре < 450 °С и на 0,8 при температуре от 450 °С до 500 °С включительно.
Калькуляторы номинальных допустимых напряжений.
Исходные данные.
Введите минимальное значение временного сопротивления (предела прочности) при растяжении при расчетной температуре (G1)
Перевод единиц измерения онлайн
Введите минимальное значение предела текучести при расчетной температуре (G2)
Перевод единиц измерения онлайн
Введите минимальное значение условного предела текучести (напряжение, при котором остаточное удлинение составляет 0,2%) при расчетной температуре (G3)
Перевод единиц измерения онлайн
Введите условный предел длительной прочности на ресурс 2·100000 ч при расчетной температуре (G4)
Перевод единиц измерения онлайн
Введите условный предел ползучести при растяжении, обусловливающий деформацию 1% за 2·10000 часов при расчетной температуре (G5)
Перевод единиц измерения онлайн
Расчет для низко- и среднетемпературных трубопроводов.
Расчет номинального допустимого напряжения для углеродистых, низколегированных, ферритных, аустенитно-ферритных, мартенситных сталей и сплавов на железоникелевой основе.
Результат расчета допускаемого напряжения при расчетной температуре (G0)
Перевод единиц измерения онлайн
Формула расчета допускаемого напряжения при расчетной температуре:
Скачать результат расчета допускаемого напряжения при расчетной температуре:
Поделится ссылкой на расчет :
Расчет номинального допустимого напряжения для аустенитной хромоникелевой стали, алюминия, меди и их сплавов.
Результат расчета допускаемого напряжения при расчетной температуре (G03)
Перевод единиц измерения онлайн
Формула расчета допускаемого напряжения при расчетной температуре:
Скачать результат расчета допускаемого напряжения при расчетной температуре:
Поделится ссылкой на расчет :
Расчет для высокотемпературных трубопроводов.
Расчет номинального допустимого напряжения для углеродистых, низколегированных, ферритных, аустенитно-ферритных, мартенситных сталей и сплавов на железоникелевой основе.
Результат расчета допускаемого напряжения при расчетной температуре (G01)
Перевод единиц измерения онлайн
Формула расчета допускаемого напряжения при расчетной температуре:
Скачать результат расчета допускаемого напряжения при расчетной температуре:
Поделится ссылкой на расчет :
Расчет номинального допустимого напряжения для аустенитной хромоникелевой стали, алюминия, меди и их сплавов.
Результат расчета допускаемого напряжения при расчетной температуре (G04)
Перевод единиц измерения онлайн
Формула расчета допускаемого напряжения при расчетной температуре:
Скачать результат расчета допускаемого напряжения при расчетной температуре:
Поделится ссылкой на расчет :
Справочные данные по допустимым напряжениям.
Данные РД 10-249-98 Нормы расчета на прочность стационарных котлов и трубопроводов пара и горячей воды.
Таблица 2.1. Номинальные допускаемые напряжения [σ] для углеродистой и марганцовистой сталей, не зависящие от расчетного ресурса, МПа.
| , °С | Марка стали | ||||||||
| Ст2кп | Ст3кп | Ст2сп, Ст2пс | Ст3сп, Ст3пс | Ст4пс, Ст4сп | С3Гпс | 22К | 14ГНМА | 16ГНМ, 16ГНМА | |
| От 20 до 50 | 124 | 133 | 130 | 140 | 145 | 150 | 170 | 180 | 190 |
| 150 | 106 | 115 | 112 | 125 | 129 | 134 | 155 | 179 | 181 |
| 200 | 111 | 100 | 117 | 121 | 125 | 147 | 175 | 176 | |
| 250 | 80 | 102 | 86 | 107 | 111 | 115 | 140 | 171 | 172 |
| 275 | 102 | 106 | 109 | 135 | 170 | 169 | |||
| 300 | 70 | 98 | 103 | 130 | 169 | 167 | |||
| 320 | 126 | 164 | 165 | ||||||
| 340 | 122 | 161 | 163 | ||||||
| 350 | 120 | 159 | 161 | ||||||
| 360 | 157 | 159 | |||||||
| 370 | 155 | 157 | |||||||
| 380 | 152 | 154 | |||||||
Таблица 2.2. Номинальные допускаемые напряжения [σ] для углеродистой и марганцовистой сталей, МПа.
| , °С | Марка стали | ||||||||||
| 08, 10, 12К | 15, 15К, 16К | 20, 20К, 18К | |||||||||
| Расчетный ресурс, ч | |||||||||||
| 10 | 10 | 2·10 | 3·10 | 10 | 10 | 2·10 | 10 | 10 | 2·10 | 3·10 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 |
| От 20 до 100 | — | 130 | — | — | — | 140 | — | — | 147 | — | — |
| 200 | — | 120 | — | — | — | 130 | — | — | 140 | — | — |
| 250 | — | 108 | — | — | — | 120 | — | — | 132 | — | — |
| 275 | — | 102 | — | — | — | 113 | — | — | 126 | — | — |
| 300 | — | 96 | — | — | — | 106 | — | — | 119 | — | — |
| 320 | — | 92 | — | — | — | 101 | — | — | 114 | — | — |
| 340 | — | 87 | — | — | — | 96 | — | — | 109 | — | — |
| 350 | — | 85 | — | — | — | 93 | — | — | 106 | — | — |
| 360 | — | 82 | — | 82 | — | 90 | — | — | 103 | — | 103 |
| 380 | — | 76 | 76 | 71 | — | 85 | 85 | — | 97 | 97 | 88 |
| 400 | 73 | 73 | 66 | 60 | 80 | 80 | 72 | 92 | 92 | 78 | 71 |
| 410 | 70 | 68 | 61 | 55 | 77 | 72 | 65 | 89 | 86 | 70 | 63 |
| 420 | 68 | 62 | 57 | 50 | 74 | 66 | 58 | 86 | 79 | 63 | 56 |
| 430 | 66 | 57 | 51 | 45 | 71 | 60 | 52 | 83 | 72 | 57 | 50 |
| 440 | 63 | 51 | 45 | 40 | 68 | 53 | 45 | 80 | 66 | 50 | 44 |
| 450 | 61 | 46 | 38 | 35 | 65 | 47 | 38 | 77 | 59 | 46 | 39 |
| 460 | 58 | 40 | 33 | 29 | 62 | 40 | 33 | 74 | 52 | 38 | 34 |
| 470 | 52 | 34 | 28 | 24 | 54 | 34 | 28 | 64 | 46 | 32 | 28 |
| 480 | 45 | 28 | 22 | 18 | 46 | 28 | 22 | 56 | 39 | 27 | 24 |
| 490 | 39 | 24 | 40 | 24 | 49 | 33 | |||||
| 500 | 33 | 20 | 34 | 20 | 41 | 26 | |||||
| 510 | 26 | 35 | |||||||||
Читайте также: Металлургические предприятия
| , °С | Марка стали | ||||||||
| 16ГС, 09Г2С | 10Г2С1, 17ГС, 17Г1С, 17Г1СУ | 15ГС | |||||||
| Расчетный ресурс, ч | |||||||||
| 10 | 10 | 2·10 | 10 | 10 | 2·10 | 10 | 10 | 2·10 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| От 20 до 100 | — | 170 | — | — | 177 | — | — | 185 | — |
| 200 | — | 150 | — | — | 165 | — | — | 169 | — |
| 250 | — | 145 | — | — | 156 | — | — | 165 | — |
| 275 | — | 140 | — | — | 150 | — | — | 161 | — |
| 300 | — | 133 | — | — | 144 | — | — | 153 | — |
| 320 | — | 127 | — | — | 139 | — | — | 145 | — |
| 340 | — | 122 | — | — | 133 | — | — | 137 | — |
| 350 | — | 120 | — | — | 131 | — | — | 133 | — |
| 360 | — | 117 | — | — | 127 | — | — | 129 | — |
| 380 | — | 112 | 112 | — | 121 | 121 | — | 121 | 121 |
| 400 | 107 | 107 | 95 | 113 | 113 | 96 | 113 | 113 | 96 |
| 410 | 104 | 97 | 83 | 107 | 102 | 85 | 107 | 102 | 85 |
| 420 | 102 | 87 | 73 | 102 | 90 | 75 | 102 | 90 | 75 |
| 430 | 98 | 76 | 63 | 97 | 78 | 65 | 97 | 78 | 65 |
| 440 | 95 | 68 | 55 | 92 | 70 | 55 | 92 | 70 | 55 |
| 450 | 89 | 62 | 46 | 88 | 63 | 46 | 88 | 63 | 46 |
| 460 | 83 | 54 | 38 | 82 | 54 | 38 | 82 | 54 | 38 |
| 470 | 71 | 46 | 32 | 71 | 46 | 32 | 71 | 46 | 32 |
| 480 | 60 | 60 | 60 | ||||||
| 490 | |||||||||
Примечания: 1. Выше черты приведены значения напряжений, определяемые по пределу текучести в зависимости от температуры.
2. Значения допускаемых напряжений в колонках для ресурса 10 и 2·10 ч, отмеченные выше черты знаком «-«, принимаются равными соответствующим значениям в колонке для ресурса 10 ч.
3. Значения допускаемых напряжений, указанные ниже черты, соответствуют работе элементов в условиях ползучести и определены по пределу длительной прочности для соответствующего ресурса.
Таблица 2.3. Номинальные допускаемые напряжения [σ] для теплоустойчивой стали, МПа.
| , °С | Марка стали | |||||||
| 12ХМ, 12МХ | 15ХМ | |||||||
| Расчетный ресурс, ч | ||||||||
| 10 | 10 | 2·10 | 3·10 | 10 | 10 | 2·10 | 3·10 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 |
| От 20 до 150 | — | 147 | — | — | — | 153 | — | — |
| 250 | — | 145 | — | — | — | 152 | — | — |
| 300 | — | 141 | — | — | — | 147 | — | — |
| 350 | — | 137 | — | — | — | 140 | — | — |
| 400 | — | 132 | — | — | — | 133 | — | — |
| 420 | — | 129 | — | — | — | 131 | — | — |
| 440 | — | 126 | — | — | — | 128 | — | — |
| 450 | — | 125 | — | — | — | 127 | — | — |
| 460 | — | 123 | 123 | 123 | — | 125 | 125 | 125 |
| 480 | 120 | 120 | 102 | 102 | 122 | 122 | 113 | 103 |
| 500 | 116 | 95 | 77 | 64 | 119 | 105 | 85 | 76 |
| 510 | 114 | 78 | 60 | 53 | 117 | 85 | 72 | 62 |
| 520 | 107 | 66 | 49 | 43 | 110 | 70 | 58 | 50 |
| 530 | 93 | 54 | 40 | 35 | 97 | 56 | 44 | 39 |
| 540 | 77 | 43 | 80 | 45 | 35 | 31 | ||
| 550 | 60 | 62 | 35 | 26 | 23 | |||
| 560 | 52 | 27 | ||||||
| 570 | 42 | 21 | ||||||
| 580 | ||||||||
| 590 | ||||||||
| 600 | ||||||||
| 610 | ||||||||
| 620 | ||||||||
| , °С | Марка стали | |||||||||||
| 12Х1МФ | 12Х2МФСР | 15Х1 М1Ф | ||||||||||
| Расчетный ресурс, ч | ||||||||||||
| 10 | 10 | 2·10 | 3·10 | 10 | 10 | 2·10 | 10 | 10 | 2·10 | 3·10 | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 | 12 | |
| От 20 до 150 | — | 173 | — | — | — | 167 | — | — | 192 | — | — | |
| 250 | — | 166 | — | — | — | 160 | — | — | 186 | — | — | |
| 300 | — | 159 | — | — | — | 153 | — | — | 180 | — | — | |
| 350 | — | 152 | — | — | — | 147 | — | — | 172 | — | — | |
| 400 | — | 145 | — | — | — | 140 | — | — | 162 | — | — | |
| 420 | — | 142 | — | — | — | 137 | — | — | 158 | — | — | |
| 440 | — | 139 | — | — | — | 134 | — | — | 154 | — | — | |
| 450 | — | 138 | — | 138 | — | 133 | — | — | 152 | — | — | |
| 460 | — | 136 | 136 | 130 | — | 131 | 131 | — | 150 | 150 | 150 | |
| 480 | 133 | 133 | 120 | 107 | 128 | 128 | 119 | 146 | 145 | 130 | 123 | |
| 500 | 130 | 113 | 96 | 88 | 121 | 106 | 97 | 140 | 120 | 108 | 100 | |
| 510 | 120 | 101 | 86 | 79 | 115 | 94 | 87 | 137 | 107 | 96 | 90 | |
| 520 | 112 | 90 | 77 | 72 | 105 | 85 | 79 | 125 | 96 | 86 | 80 | |
| 530 | 100 | 81 | 69 | 65 | 95 | 78 | 70 | 111 | 86 | 77 | 72 | |
| 540 | 88 | 73 | 62 | 58 | 87 | 70 | 63 | 100 | 78 | 69 | 65 | |
| 550 | 80 | 66 | 56 | 52 | 80 | 63 | 56 | 90 | 71 | 63 | 58 | |
| 560 | 72 | 59 | 50 | 46 | 72 | 57 | 50 | 81 | 64 | 57 | 52 | |
| 570 | 65 | 53 | 44 | 41 | 65 | 52 | 45 | 73 | 57 | 51 | 47 | |
| 580 | 59 | 47 | 39 | 36 | 59 | 46 | 41 | 66 | 52 | 46 | 43 | |
| 590 | 53 | 41 | 35 | 32 | 53 | 41 | 36 | 60 | 47 | 42 | 39 | |
| 600 | 47 | 37 | 31 | 29 | 47 | 37 | 33 | 54 | 43 | 38 | 35 | |
| 610 | 41 | 33 | 41 | 33 | 28 | 48 | 40 | |||||
| 620 | 35 | 35 | 43 | |||||||||
Примечания: 1. Выше черты приведены значения напряжений, определяемые по пределу текучести в зависимости от температуры.
2. Значения допускаемых напряжений в колонках для ресурса 10, 2·10 и 3·10 ч, отмеченные выше черты знаком «-«, принимаются равными соответствующим значениям в колонке для ресурса 10 ч.
3. Значения допускаемых напряжений, указанные ниже черты, соответствуют работе элементов в условиях ползучести и определены по пределу длительной прочности для соответствующего ресурса.
Таблица 2.4. Номинальные допускаемые напряжения [σ] для высокохромистой и аустенитной сталей, МПа.
| , °С | Марка стали | |||||||||
| 12Х11В2МФ | 12Х18Н12Т; 12Х18Н10Т | 09Х14Н19В2БР, 09Х16Н14В2БР, 10Х16Н16В2МБР | ||||||||
| Расчетный ресурс, ч | ||||||||||
| 10 | 10 | 2·10 | 10 | 10 | 2·10 | 3·10 | 10 | 10 | 2·10 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 | 11 |
| От 20 до 150 | — | 195 | — | — | 147 | — | — | — | 147 | — |
| 250 | — | 183 | — | — | 125 | — | — | — | 131 | — |
| 300 | — | 175 | — | — | 120 | — | — | — | 128 | — |
| 350 | — | 167 | — | — | 116 | — | — | — | 125 | — |
| 400 | — | 158 | — | — | 111 | — | — | — | 123 | — |
| 450 | — | 152 | — | — | 107 | — | — | — | 120 | — |
| 500 | 145 | 145 | 145 | — | 104 | — | — | — | 117 | — |
| 520 | 143 | 134 | 128 | — | 103 | — | — | — | 116 | — |
| 530 | 141 | 124 | 119 | — | 103 | — | 102 | — | 116 | — |
| 540 | 140 | 115 | 108 | — | 102 | 102 | 100 | — | 115 | — |
| 550 | 130 | 107 | 100 | — | 102 | 100 | 93 | — | 115 | — |
| 560 | 121 | 97 | 90 | 101 | 101 | 91 | 87 | — | 114 | — |
| 570 | 113 | 87 | 80 | 101 | 97 | 87 | 81 | — | 114 | — |
| 580 | 104 | 78 | 72 | 100 | 90 | 81 | 74 | — | 113 | 113 |
| 590 | 95 | 69 | 64 | 98 | 81 | 73 | 68 | — | 113 | 109 |
| 600 | 87 | 60 | 55 | 94 | 74 | 66 | 62 | 112 | 112 | 102 |
| 610 | 78 | 51 | 47 | 88 | 68 | 59 | 55 | 111 | 104 | 94 |
| 620 | 70 | 47 | 39 | 82 | 62 | 53 | 50 | 111 | 97 | 87 |
| 630 | 62 | 37 | 31 | 78 | 57 | 49 | 46 | 110 | 89 | 79 |
| 640 | 54 | 27 | 23 | 72 | 52 | 45 | 42 | 110 | 81 | 72 |
| 650 | 45 | 20 | 65 | 48 | 41 | 38 | 109 | 74 | 64 | |
| 660 | 38 | 60 | 45 | 37 | 103 | 66 | 56 | |||
| 670 | 30 | 55 | 41 | 34 | 96 | 59 | 49 | |||
| 680 | 50 | 38 | 32 | 88 | 52 | 41 | ||||
| 690 | 45 | 34 | 28 | 79 | 44 | 34 | ||||
| 700 | 40 | 30 | 25 | 71 | 37 | 27 | ||||
Примечания: 1. Выше черты приведены значения напряжений, определяемые по пределу текучести в зависимости от температуры.
2. Значения допускаемых напряжений в колонках для ресурса 10, 2·10 и 3·10 ч, отмеченные выше черты знаком «-«, принимаются равными соответствующим значениям в колонке для ресурса 10 ч.
3. Значения допускаемых напряжений, указанные ниже черты, соответствуют работе элементов в условиях ползучести и определены по пределу длительной прочности для соответствующего ресурса.
Таблица 2.5. Рекомендуемая. Номинальные допускаемые напряжения [σ] для стали 10Х9МФБ, МПа.
| , °С | Расчетный ресурс, ч | ||
| 10 | 10 | 2·10 | |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| От 20 до 150 | — | 167 | — |
| 250 | — | 160 | — |
| 300 | — | 157 | — |
| 350 | — | 154 | — |
| 400 | — | 151 | — |
| 450 | — | 148 | — |
| 470 | — | 147 | 147 |
| 480 | 146 | 146 | 143 |
| 490 | 145 | 138 | 132 |
| 500 | 145 | 127 | 122 |
| 520 | 127 | 108 | 102 |
| 540 | 109 | 90 | 83 |
| 550 | 100 | ||
| 560 | |||
| 570 | |||
| 580 | 78 | ||
| 590 | 71 | 58 | 53 |
| 600 | 52* | ||
| 610 | 62* | 50* | |
| 620 | 60* | 48* | |
| 630 | 57* | 45* | |
| 640 | 55* | 43* | |
| 650 | 52* | 41* | |
Примечания: 1. Выше черты приведены значения допускаемых напряжений, определяемых по пределу текучести в зависимости от температуры.
2. Значения допускаемых напряжений в колонках для ресурса 10и 2·10ч, отмеченные выше черты знаком «-«, принимаются равными соответствующим значениям в колонке для ресурса 10 ч.
3. Значения допускаемых напряжений, указанные ниже черты, соответствуют работе элементов в условиях ползучести и определены по пределу длительной прочности для соответствующего ресурса.
4. Значения допускаемых напряжений со знаком * получены экстраполяцией с малых по времени баз испытаний и должны быть откорректированы с учетом требований подраздела 2.1. Для промежуточных значений ресурса эксплуатации, указанных в таблицах, значение допускаемого напряжения разрешается определять линейной интерполяцией ближайших значений между ресурсами с округлением до 0,5 МПа в меньшую сторону, если разница между этими значениями не превышает 20% их среднего значения. В остальных случаях должно применяться «логарифмическое» интерполирование. Экстраполяция значений допускаемых напряжений для ресурса менее 10 не допускается без согласования со специализированными научно-исследовательскими организациями. Допускаемые напряжения для сталей иностранных марок, допущенных к применению Госгортехнадзором России, должны устанавливаться специализированными научно-исследовательскими организациями. Для стали 2.1/4 Сг1Мо (10СrМо910 для труб по ДИН 17175 и для листа по ДИН 17155) могут быть использованы значения допускаемых напряжений, приведенные в табл.2.6.
Таблица 2.6. Номинальные допускаемые напряжения для стали 2.1/4 Сr1Мо (10СrМо910) на расчетный ресурс 10 ч.
| , °С | [] , МПа |
| 20-100 | 180 |
| 200 | 163 |
| 250 | 160 |
| 300 | 153 |
| 350 | 146 |
| 400 | 140 |
| 450 | 133 |
| 480 | 123 |
| 500 | 96 |
| 520 | 73 |
| 540 | 53 |
| 560 | 38 |
| 580 | 28 |
2.3. Для сталей марок, не приведенных в табл.2.1-2.4, и для других металлов, допущенных к применению Госгортехнадзором России, номинальное допускаемое напряжение следует принимать равным наименьшему из приведенных в табл.2.7 значений, полученных в результате деления соответствующей расчетной характеристики прочности металла при растяжении на соответствующий запас прочности по данной характеристике.
Читайте также: Методика, преимущества и этапы процесса азотирования стали
Допускаемые напряжения
Таблица 2.4
Рис.2.22
Рис.2.18
Рис.2.17
Рис. 2.15
Для испытаний на растяжение применяют разрывные машины, позволяющие в процессе испытания записать диаграмму в координатах “нагрузка – абсолютное удлинение”. Характер диаграммы растяжения зависит от свойств испытуемого материала и от скорости деформирования. Типичный вид такой диаграммы для малоуглеродистой стали при статическом приложении нагрузки изображен на рис. 2.16.
Рассмотрим характерные участки и точки этой диаграммы, а также соответствующие им стадии деформирования образца:
ОА – справедлив закон Гука;
АВ – появились остаточные (пластические) деформации;
ВС – пластические деформации растут;
СД – площадка текучести (рост деформации происходит при постоянной нагрузке);
ДК – участок упрочнения (материал вновь приобретает способность увеличивать сопротивление дальнейшей деформации и воспринимает возрастающее до некоторого предела усилие);
Точка K – испытание остановили и произвели разгрузку образца;
KN – линия разгрузки;
NKL – линия повторного нагружения образца (KL – участок упрочнения);
LM – участок падения нагрузки, в этот момент на образце появляется так называемая шейка — местное сужение;
Точка M – разрыв образца;
После разрыва образец имеет вид, примерно показанный на рис.2.17. Обломки можно сложить и измерить длину после испытания ℓ1, а также диаметр шейки d1.
В результате обработки диаграммы растяжения и измерений образца получаем ряд механических характеристик, которые можно разделить на две группы – характеристики прочности и характеристики пластичности.
Характеристики прочности
Наибольшее напряжение, до которого справедлив закон Гука.
Читайте также: Химический состав сталей.
Наименьшее напряжение, при котором деформация образца происходит при постоянном растягивающем усилии.
Предел прочности (временное сопротивление):
Наибольшее напряжение, отмеченное в процессе испытания.
Напряжение в момент разрыва:
Определяемое таким образом напряжение при разрыве весьма условно и не может быть использовано в качестве характеристики механических свойств стали. Условность состоит в том, что получено оно делением силы в момент разрыва на первоначальную площадь поперечного сечения образца, а не на действительную его площадь при разрыве, которая значительно меньше начальной вследствие образования шейки.
Характеристики пластичности
Напомним, что пластичность – это способность материала деформироваться без разрушения. Характеристики пластичности – деформационные, поэтому определяются по данным измерения образца после разрушения:
∆ℓос = ℓ1 — ℓ0 – остаточное удлинение,
Относительное удлинение после разрыва:
Эта характеристика зависит не только от материала, но и от соотношения размеров образца. Именно поэтому стандартные образцы имеют фиксированное отношение ℓ0 = 5d0 или ℓ0 = 10d0 и величина δ всегда приводится с индексом – δ5 или δ10, причём δ5 > δ10.
Относительное сужение после разрыва:
Удельная работа деформации:
где А – работа, затраченная на разрушение образца; находится как площадь, ограниченная диаграммой растяжения и осью абсцисс (площадь фигуры OABCDKLMR). Удельная работа деформации характеризует способность материала сопротивляться ударному действию нагрузки.
Из всех полученных при испытании механических характеристик основными характеристиками прочности являются предел текучести σт и предел прочности σпч, а основными характеристиками пластичности – относительное удлинение δ и относительное сужение ψ после разрыва.
Разгрузка и повторное нагружение
При описании диаграммы растяжения было указано, что в точке К испытание остановили и произвели разгрузку образца. Процесс разгрузки описывался прямой KN (рис.2.16), параллельной прямолинейному участку OA диаграммы. Это означает, что удлинение образца ∆ℓ′П, полученное до начала разгрузки, полностью не исчезает. Исчезнувшая часть удлинения на диаграмме изображается отрезком NQ, оставшаяся – отрезком ОN. Следовательно, полное удлинение образца за пределом упругости состоит из двух частей – упругой и остаточной (пластической):
Так будет вплоть до разрыва образца. После разрыва упругая составляющая полного удлинения (отрезок ∆ℓуп) исчезает. Остаточное удлинение изображается отрезком ∆ℓос. Если же прекратить нагружение и разгрузить образец в пределах участка OB, то процесс разгрузки изобразится линией, совпадающей с линией нагрузки – деформация чисто упругая.
При повторном нагружении образца длиною ℓ0 + ∆ℓ′ос линия нагружения практически совпадает с линией разгрузки NK. Предел пропорциональности повысился и стал равным тому напряжению, от которого производилась разгрузка. Далее прямая NK перешла в кривую KL без площадки текучести. Часть диаграммы, расположенная левее линии NK, оказалась отрезанной, т.е. начало координат переместилось в точку N. Таким образом, в результате вытяжки за предел текучести, образец изменил свои механические свойства:
1). повысился предел пропорциональности;
2). исчезла площадка текучести;
3). уменьшилось относительное удлинение после разрыва.
Такое изменение свойств называется наклёпом.
При наклёпе повышаются упругие свойства и понижается пластичность. В некоторых случаях (например, при механической обработке) явление наклёпа нежелательно и его устраняют термообработкой. В других случаях его создают искусственно для улучшения упругости деталей или конструкций (обработка дробью рессор или вытяжка тросов грузоподъёмных машин).
Диаграммы напряжений
Чтобы получить диаграмму, характеризующую механические свойства материала, первичную диаграмму растяжения в координатах Р – ∆ℓ перестраивают в координатах σ – ε. Так как ординаты σ = Р/F и абсциссы σ = ∆ℓ/ℓ получают делением на постоянные, диаграмма имеет такой же вид, как и первоначальная (рис. 2.18,а).
Из диаграммы σ – ε видно, что
т.е. модуль нормальной упругости равен тангенсу угла наклона прямолинейного участка диаграммы к оси абсцисс.
Читайте также: Самая маленькая температура плавления металла
По диаграмме напряжений удобно определять так называемый условный предел текучести. Дело в том, что большинство конструкционных материалов не имеет площадки текучести – прямая линия плавно переходит в кривую. В этом случае за величину предела текучести (условного) принимается напряжение, при котором относительное остаточное удлинение равно 0,2%. На рис. 2.18,б показано, как определяется величина условного предела текучести σ0,2. Предел текучести σт, определяемый при наличии площадки текучести, часто называют физическим.
Нисходящий участок диаграммы носит условный характер, поскольку действительная площадь поперечного сечения образца после образования шейки значительно меньше первоначальной площади, по которой определяются координаты диаграммы. Можно получить истинное напряжение, если величину силы в каждый момент времени Pt делить на действительную площадь поперечного сечения в этот же момент времени Ft:
На рис. 2.18,а, этим напряжениям соответствует штриховая линия. До предела прочности S и σ практически совпадают. В момент разрыва истинное напряжение значительно превышает и предел прочности σпч и тем более напряжение в момент разрыва σр. Выразим площадь шейки F1 через ψ и найдем Sр.
Для пластичной стали ψ = 50 – 65%. Если принять ψ = 50% = 0,5, то получим Sр = 2σр, т.е. истинное напряжение наибольшее в момент разрыва, что вполне логично.
2.6.2. Испытание на сжатие различных материалов
Испытание на сжатие дает меньше информации о свойствах материала, чем испытание на растяжение. Тем не менее, оно совершенно необходимо для характеристики механических свойств материала. Осуществляется на образцах в виде цилиндров, высота которых не более 1,5 диаметра, или на образцах в виде кубиков.
Рассмотрим диаграммы сжатия стали и чугуна. Для наглядности изобразим их на одном рисунке с диаграммами растяжения этих материалов (рис.2.19). В первой четверти – диаграммы растяжения, а в третьей – сжатия.
В начале загружения диаграмма сжатия стали – наклонная прямая с таким же наклоном, как и при растяжении. Потом диаграмма переходит в участок текучести (площадка текучести выражена не так отчетливо, как при растяжении). Далее кривая слегка изгибается и не обрывается, т.к. стальной образец не разрушается, а только сплющивается. Модуль упругости стали Е при сжатии и растяжении одинаков. Также одинаковы и предел текучести σт+ = σт-. Предел прочности при сжатии получить невозможно, как и невозможно получить характеристики пластичности.
Диаграммы растяжения и сжатия чугуна по форме похожи: искривляются с самого начала и по достижении максимальной нагрузки обрываются. Однако на сжатие чугун работает лучше, чем на растяжение (σпч- = 5 σпч+). Предел прочности σпч – это единственная механическая характеристика чугуна, получаемая при испытании на сжатие.
Трение, возникающее во время испытания между плитами машины и торцами образца, оказывает существенное влияние на результаты испытания и на характер разрушения. Цилиндрический стальной образец принимает бочкообразную форму (рис. 2.20,а), в чугунном кубике возникают трещины под углом 450 к направлению нагрузки. Если исключить влияние трения, смазав торцы образца парафином, трещины возникнут по направлению нагрузки и наибольшая сила будет меньше (рис.2.20,б и в). Большинство хрупких материалов (бетон, камень) разрушается при сжатии так же, как чугун, и имеет аналогичную диаграмму сжатия.
Представляет интерес испытание древесины – анизотропного, т.е. обладающего различной прочностью в зависимости от направления силы по отношению к направлению волокон, материала. Анизотропными являются и все более широко применяемые стеклопластики. При сжатии вдоль волокон древесина значительно прочнее, чем при сжатии поперек волокон (кривые 1 и 2 на рис.2.21). Кривая 1 похожа на кривые сжатия хрупких материалов. Разрушение происходит вследствие сдвига одной части кубика относительно другой (рис.2.20,г). При сжатии поперек волокон древесина не разрушается, а прессуется (рис. 2.20,д).
При испытании на растяжение стального образца мы обнаружили изменение механических свойств в результате вытяжки до появления заметных остаточных деформаций – наклёп. Посмотрим, как ведет себя образец после наклёпа при испытании на сжатие. На рис.2.19 диаграмма показана пунктиром. Сжатие идет по кривой NC2L2, которая располагается выше диаграммы сжатия образца, не подвергавшегося наклёпу OC1L1, и почти параллельно последней. После наклёпа растяжением пределы пропорциональности и текучести при сжатии уменьшаются. Это явление называется эффектом Баушингера по имени учёного, впервые его описавшего.
2.6.3. Определение твёрдости
Очень распространённым механико-технологическим испытанием является определение твёрдости. Это обусловлено быстротой и простотой таких испытаний и ценностью получаемой информации: твёрдостью характеризует состояние поверхности детали до и после технологической обработки (закалки, азотирования и т.п.), по ней можно косвенно судить о величине предела прочности.
Твёрдостью материала называется способность оказывать сопротивление механическому проникновению в него другого, более твёрдого тела. Величины, характеризующие твёрдость, называют числами твёрдости. Определяемые разными методами, они различны по величине и по размерности и всегда сопровождаются указанием способа их определения.
Наиболее распространённый метод – по Бринелю. Испытание заключается в том, что в образец вдавливают стальной закалённый шарик диаметра D (рис.2.22,а). Шарик выдерживается некоторое время под нагрузкой P, в результате чего на поверхности остается отпечаток (лунка) диаметром d. Отношение нагрузки в кН к площади поверхности отпечатка в см2 называется числом твёрдости по Бринелю
Для определения числа твёрдости по Бринелю используют специальные испытательные приборы, диаметр отпечатка измеряется портативным микроскопом. Обычно HB не считают по формуле (2.30) , а находят из таблиц.
Пользуясь числом твёрдости HB, можно без разрушения образца получить приближённое значение предела прочности некоторых металлов, т.к. существует линейная связь между σпч и HB: σпч = k ∙ HB (для малоуглеродистой стали k = 0,36, для высокопрочной стали k = 0,33, для чугуна k = 0,15, для алюминиевых сплавов k = 0,38, для титановых сплавов k = 0,3).
Весьма удобен и широко распространён метод определения твердости по Роквеллу. В этом способе в качестве индентора, вдавливаемого в образец, используется алмазный конус с углом при вершине 120 градусов и радиусом закругления 0,2 мм, или стальной шарик диаметром 1,5875 мм (1/16 дюйма). Испытание происходит по схеме, приведённой на рис. 2.22,б. Сначала конус вдавливается предварительной нагрузкой P0 = 100 H, которая не снимается до конца испытания. При этой нагрузке конус погружается на глубину h0. Затем на конус подается полная нагрузка P = P0 + P1 (два варианта: A – P1 = 500 H и C – P1 = 1400 H), при этом глубина вдавливания увеличивается. После снятия основной нагрузки P1 остается глубина h1. Глубина отпечатка, полученная за счёт основной нагрузки P1, равная h = h1 – h0, характеризует твердость по Роквеллу. Число твёрдости определяется по формуле
где 0,002 – цена деления шкалы индикатора твердомера.
Существуют и другие методы определения твёрдости (по Виккерсу, по Шору, микротвёрдость), которые здесь не рассматриваются.
2.6.4. Сравнение свойств различных материалов
Мы уже подробно рассмотрели свойства пластичного и хрупкого материалов – малоуглеродистой стали и серого чугуна — при растяжении и сжатии. Продолжим это сравнение – рассмотрим диаграммы растяжения некоторых металлов (рис.2.23).
Рис.2.23
Все показанные на рисунке стали –40, Ст6, 25ХНВА, марганцовистая – имеют гораздо более высокие характеристики прочности, чем малоуглеродистая сталь Ст3. Площадка текучести у высокопрочных сталей отсутствует, относительное удлинение при разрыве δ значительно меньше. За повышение прочности приходится платить понижением пластичности. Хорошей пластичностью обладают алюминиевый и титановый сплавы. При этом прочность алюминиевого сплава выше, чем у Ст3, а объёмный вес почти в три раза меньше. А титановый сплав имеет прочность на уровне высокопрочной легированной стали при почти в два раза меньшем объемном весе. В табл.2.4 приведены механические характеристики некоторых современных материалов.
| Материал | Марка | Предел текучести, σт | Предел прочности, σпч | Относит. удлинение при разрыве, δ5 | Относит сужение при разрыве, ψ | Объёмный вес, γ | Модуль Юнга, E |
| кН/см2 | кН/см2 | % | % | г/см3 | кН/см2 | ||
| Сталь углеродистая горячекатаная | Ст3 | 34-42 | 7,85 | 2·104 | |||
| Сталь углеродистая горячекатаная | СТ6 | 60-72 | 7,85 | 2·104 | |||
| Сталь углеродистая качественная | 7,85 | 2·104 | |||||
| Сталь легированная хромникельвольфрамовая | 25ХНВА | 7,85 | 2,1·104 | ||||
| Сталь легированная кремнехроммарганцовистая | 35ХГСА | 7,85 | 2,1·104 | ||||
| Чугун | СЧ24-44 | — | — | — | 7,85 | 1,5·104 | |
| Алюминиевый сплав | Д16Т | — | 2,8 | 0,7·104 | |||
| Бронза кремнистая | БрК-3 | — | — | 7,85 | 1,1·104 | ||
| Титановый сплав | ВТ4 | — | 4,5 | ||||
| Стеклопластик | СВАМ | — | — | 1,9 | 0,4·104 | ||
| Углепластик | КЕВЛАР | — | — | 1,7 | 3·104 |
В последних двух строчках таблицы приведены характеристики полимерных композиционных материалов, отличающихся малым весом и высокой прочностью. Особо выдающимися свойствами отличаются композиты на основе суперпрочных углеродных волокон – прочность их примерно в два раза выше прочности самой лучшей легированной стали и на порядок – малоуглеродистой стали. Они жестче стали в полтора раза и легче почти в пять раз. Применяются, конечно, в военной технике – авиа- и ракетостроении. В последние годы начинают применяться и в гражданских областях – автомобилестроении (кузова, тормозные диски, выхлопные трубы гоночных и дорогих спортивных машин), судостроении (корпуса катеров и малых судов), медицине (инвалидные коляски, детали протезов), машиностроении для спорта (рамы и колеса гоночных велосипедов и другой спортивный инвентарь). Широкому применению этого материала пока препятствует его высокая стоимость и низкая технологичность.
Резюмируя все вышесказанное о механических свойствах различных материалов, можно сформулировать основные особенности свойств пластичных и хрупких материалов.
1. Хрупкие материалы, в отличие от пластичных, разрушаются при незначительных остаточных деформациях.
2. Пластичные материалы одинаково сопротивляются растяжению и сжатию, хрупкие – хорошо сжатию и плохо растяжению.
3. Пластичные материалы хорошо сопротивляются ударным нагрузкам, хрупкие – плохо.
4. Хрупкие материалы очень чувствительные к так называемой концентрациинапряжений (локальным всплескам напряжений вблизи мест резкого изменения формы деталей). На прочность деталей из пластичного материала концентрация напряжений влияет в гораздо меньшей степени. Более подробно об этом – чуть ниже.
5. Хрупкие материалы не поддаются технологической обработке, связанной с пластической деформацией – штамповке, ковке, волочению и т.п.
Деление материалов на пластичные и хрупкие носит условный характер, так как при некоторых условиях хрупкие материалы получают пластические свойства (например, при большом всестороннем сжатии) и, наоборот, пластичные материалы приобретают хрупкие свойства (например, мягкая сталь при низкой температуре). Поэтому правильнее говорить не о пластичном и хрупком материалах, а об их пластическом и хрупком разрушении.
Как уже указывалось, детали машин и других конструкций должны удовлетворять условиям прочности (2.3) и жёсткости (2.13). Величина допускаемых напряжений устанавливается в зависимости от материала (его механических характеристик), вида деформации, характера действия нагрузок, условий работы конструкций и тяжести последствий, которые могут наступить в случае разрушения:
где σ0 – напряжение, соответствующее наступлению опасного состояния для данного материала;
n – коэффициент запаса прочности, n > 1.
Для деталей, выполненных из пластичного материала, опасное состояние характеризуется появлением больших остаточных деформаций, поэтому опасное напряжение равно пределу текучести σоп = σт.
Для деталей, изготовленных из хрупкого материала, опасное состояние характеризуется появлением трещин, поэтому опасное напряжение равно пределу прочности σоп = σпч.
Все перечисленные выше условия работы деталей учитываются коэффициентом запаса прочности. При любых условиях имеют место некоторые общие факторы, учитываемые коэффициентом запаса прочности:
1. Неоднородность материала, следовательно, разброс механических характеристик;
2. Неточность задания величин и характера внешних нагрузок;
3. Приближённость расчётных схем и методов расчёта.
На основании данных длительной практики конструирования, расчёта и эксплуатации машин и сооружений величина коэффициента запаса прочности для стали принимается равной 1,4 – 1,6. Для хрупких материалов при статической нагрузке принимают запас прочности 2,5 – 3,0. Итак, для пластичных материалов:
Для хрупких материалов
При сравнении свойств пластичных и хрупких материалов отмечалось, что на прочность влияет концентрация напряжений. Теоретические и экспериментальные исследования показали, что равномерное распределение напряжений по площади поперечного сечения растянутого (сжатого) стержня в соответствии с формулой (2.2) нарушается вблизи мест резкого изменения формы и размера поперечного сечения – отверстий, галтелей, выкружек и др. Около этих мест возникают локальные всплески напряжений – концентрация напряжений.
Для примера рассмотрим концентрацию напряжений в растягиваемой полосе с малым отверстием. Отверстие считается малым, если выполняется условие d ≤ 1/5b (рис.2.27,а). При наличии концентрации напряжение определяется по формуле:
σmax = ασ∙ σnom. (2.35)
где ασ – коэффициент концентраций напряжений, определяемый методами теории упругости или экспериментально на моделях;
σnom – номинальное напряжение, т.е. напряжение, вычисленное для данной детали при отсутствии концентрации напряжений.
Для рассматриваемого случая (ασ = 3 и σnom = N/F) эта задача является в известном смысле классической задачей о концентрации напряжений и называется по имени решившего её в конце XIX века учёного задачей Кирша.
Рассмотрим, как поведет себя полоса с отверстием по мере увеличения нагрузки. В пластичном материале максимальное напряжение у отверстия станет равным пределу текучести (рис.2.27,б). Концентрация напряжений всегда очень быстро затухает, поэтому уже на небольшом удалении от отверстия напряжение гораздо меньше. Увеличим нагрузку (рис.2.27,в): напряжение у отверстия не увеличивается, т.к. пластичный материал имеет довольно протяжённую площадку текучести, уже на некотором удалении от отверстия напряжение становится равным пределу текучести.