В материаловедении и металлургии прочность — это способность материала поглощать энергию и пластически деформироваться без разрушения. [1] Прочность — это прочность, с которой материал противостоит разрыву. Одним из определений прочности материала является количество энергии на единицу объема, которое материал может поглотить перед разрушением . Эта мера вязкости отличается от той, которая используется для определения вязкости разрушения , которая описывает способность материалов сопротивляться разрушению. [2] Прочность требует баланса прочности и пластичности . [1]
Прочность связана с площадью под кривой напряжение-деформация . Чтобы быть прочным, материал должен быть одновременно прочным и пластичным. Например, хрупкие материалы (например, керамика), прочные, но с ограниченной пластичностью, не являются прочными; и наоборот, очень пластичные материалы с низкой прочностью также не являются жесткими. Чтобы быть прочным, материал должен выдерживать как высокие напряжения, так и большие деформации. Вообще говоря, прочность показывает, какую силу может выдержать материал, а ударная вязкость показывает, сколько энергии материал может поглотить перед разрушением.
Прочность можно определить путем интегрирования кривой растяжения-деформации. [1] Это энергия механической деформации единицы объема до разрушения. Явное математическое описание: [3]
где
Если верхний предел интегрирования до предела текучести ограничен, энергия, поглощенная на единицу объема, известна как модуль упругости . Математически модуль упругости можно выразить произведением квадрата предела текучести, деленного на двукратный модуль упругости Юнга. То есть,
Прочность материала можно измерить, используя небольшой образец этого материала. Типичная испытательная машина использует маятник для деформации образца с надрезом определенного поперечного сечения. Высота, с которой упал маятник, за вычетом высоты, на которую он поднялся после деформации образца, умноженная на вес маятника, является мерой энергии, поглощенной образцом при его деформации во время удара о маятник . Испытания на ударную вязкость с надрезом по Шарпи и Изоду являются типичными испытаниями ASTM , используемыми для определения ударной вязкости.
Ударная вязкость (или энергия деформации , U T ) измеряется в единицах джоулей на кубический метр (Дж·м -3 ) или, что эквивалентно, в ньютон-метрах на кубический метр (Н·м·м -3 ) в системе СИ и дюйм- фунт-сила на кубический дюйм (дюйм·фунт·сила- 3 ) в обычных единицах измерения США :
В системе СИ единицу вязкости при растяжении можно легко рассчитать, используя площадь под кривой напряжение-деформация ( σ – ε ), которая дает значение вязкости при растяжении, как указано ниже: [4]
Сплав, состоящий из почти равных количеств хрома , кобальта и никеля (CrCoNi), является самым прочным материалом, обнаруженным на данный момент. Он устойчив к разрушению даже при невероятно низких температурах, близких к абсолютному нулю. Его рассматривают как материал, используемый при строительстве космических кораблей. [5]
{{cite book}}
: CS1 maint: отсутствует местоположение издателя ( ссылка )