Міцність неметалевих матеріалів

Матеріали мінерального походження (камінь, цегла, бетон тощо) добре працюють на стискування, тому їх застосовують у відповідних конструкціях. Міцність таких матеріалів визначається стискуванням зразків певних розмірів на пресах. Межа міцності на стискування визначається як відношення прикладеної до зразка сили до площі поперечного перерізу зразка. За межею міцності для кам’яних матеріалів встановлюється марка (4, 7, 10, 15, 25, 35, 50, 75, 100, 125, 150, 200, 300, 400, 500, 600, 800, 1000). Так матеріали з межею міцності на стискування 20 – 29,9 МПа відносяться до марки 200.

Деревинні матеріали також випробовують на розтягування та стискування, визначаючі відповідну межу міцності в МПа.

Міцність залежить також від структури матеріалу, його щільності, вологості, напряму дії прикладеної сили.

Конструкційні матеріали випробовують також на міцність при згинанні зразків певних розмірів. На згин випробовують зразки у вигляді балок, розміщених на двох опорах. До середини балок прикладають певну силу, яка поступово зростає до руйнування зразків. За прикладеною силою і розмірами балки визначають межу міцності на згин. Ця межа міцності в значній мірі залежить від профілю виробу.

Таблиця 1.2. Міцність деяких конструкційних матеріалів

Твердість

Статичне стискування металу спеціальним індентором застосовують при визначенні твердості — здатності металу протидіяти пружним і пластичним деформаціям під час про­никнення іншого твердішого тіла. Найчастіше практикуються випробування твердості металів за методами Брінелля, Роквелла та Віккерса.

Визначення твердості за методом Брінелля зводиться до втискання у випробовуваний матеріал сталевої загартованої кульки певного діаметра, на яку діє сила F протягом часу, достатнього для закінчення в металі пластичних деформацій. Вимірюється діаметр відбитка і за таблицями визначається величина твердості (НВ).

Рис. 1.5. Схеми визначення твердості металів за методами:

а – Брінелля; б – Роквелла; в – Віккерса.

По методу Роквелла твердість визначають за глибиною проникнення алмазного конуса чи кульки діаметром 1,6 мм, вираженою в умовних одиницях (НRС, НRА чи НRВ). За методом Роквелла визначають твердість твердих, дуже твердих і м'яких ма­теріалів. Відповідно використовують

алмазний конус з кутом 120° та сумарне навантаження 1,47 кН (шкала С), алмазний конус та сумарне навантаження 0,59 кН (шкала А) та сталеву кульку з навантаженням 0,98 кН (шкала В ). Спочатку до індектора прикладають попередню силу F₀, під дією якої він заглиблюється в метал на величину h₀. Потім плавно додають основну силу F₁. За одиницю твер­дості прийнята величина, що відповідає осьовому переміщен­ню індентора на 0,002 мм.

Метод Віккерса використовують при визначенні твердості деталей малої товщини та тонких дуже твердих поверхневих шарів металевих деталей. Наванта­ження при випробуваннях становить 0,05...1,20 кН. Метод мік­ротвердості використовують при визначенні твердості окре­мих зерен або дуже тонких шарів металу.

Твердість деревини, бетону також визначають методом втискування в зразок сталевої кульки. Величину твердості визначають за діаметром чи глибиною відбитка.

Твердість природних кам’яних матеріалів визначають за шкалою твердості (метод Мооса), в якій десять спеціально підібраних матеріалів розміщені в такій послідовності, коли наступний по порядку мінерал залишає слід (царапину) на попередньому.