Предел прочности

Временное сопротивление (предел прочности) — это максимальное напряжение, которое материал способен выдержать без разрушения при воздействии внешней силы. Простыми словами, предел прочности показывает, насколько прочен металл или другой материал, когда на него действуют растягивающие и сжимающие нагрузки. Этот показатель является одним из ключевых параметров для присвоения класса прочности стали.

Что показывает предел прочности

Предел прочности — это характеристика, которая простыми словами означает максимальное напряжение, при котором материал ещё сохраняет свою целостность.

В чем измеряется и как обозначается предел прочности

В инженерных расчетах предел прочности выражают в единицах давления, поскольку этот показатель отражает отношение силы к площади поперечного сечения образца. Наиболее распространённые единицы измерения:

• Мегапаскали (МПа);
• Килоньютоны на квадратный сантиметр (кН/см²);
• Ньютоны на квадратный миллиметр (Н/мм²).

В российских и международных стандартах чаще всего используют мегапаскали, так как эта единица входит в систему СИ и удобна для сопоставления различных материалов.

Что касается обозначения, предел прочности обычно маркируется специальным символом. В технической документации и ГОСТах для обозначения этого параметра применяют греческую букву σ (сигма) с соответствующим индексом:

• σ_в — предел прочности при растяжении (временное сопротивление разрыву);
• R_un — то же по СП 16.13330.

Как определить предел прочности металла

Основной способ определения предела прочности — проведение испытаний на разрыв.

Методика определения предела прочности включает:

• Подготовку стандартного образца;
• Помещение образца в испытательную машину;
• Постепенное увеличение нагрузки до разрушения;
• Фиксацию максимального значения силы и соответствующего напряжения.

Формула определения прочности:

σ = N_max / A

где:


σ — предел прочности (МПа);
N_max — максимальная сила, приложенная к образцу (Н);
А — площадь поперечного сечения образца (мм²).

В ряде случаев используют условный предел текучести, особенно если материал не имеет чётко выраженного момента разрушения (например, некоторые виды пластичных сталей). В этом случае за предел прочности принимают напряжение, при котором деформация достигает заранее установленного значения.

Испытания сопровождаются построением диаграммы растяжения, которая наглядно показывает, как материал ведёт себя под нагрузкой: сначала идёт упругая деформация, затем пластическая, а после достижения максимального напряжения — разрушение. Такой подход позволяет не только определить предел прочности, но и оценить пластичность, модуль деформации и другие важные характеристики.

Диаграмма растяжения, получаемая в ходе испытаний, позволяет наглядно увидеть, как изменяется поведение материала под нагрузкой: сначала он деформируется упруго, затем пластично, а после достижения предела прочности (временного сопротивления) — разрушается.

Примеры пределов прочности для популярных марок стали:

• Сталь 09Г2С — низколегированная, временное сопротивление: 490–640 МПа. Применяется в строительстве металлоконструкций, особенно при низких температурах.
• Сталь 14ХГНДЦ — низколегированная, предел прочности: 490–685 МПа. Применяется в строительстве и мостостроении.
• Сталь 15ХСНД — низколегированная, предел прочности: 530–685 МПа. Применяется в строительстве и мостостроении.
• Ст3 — предел прочности: 370–510 МПа. Используется в строительстве и машиностроении.
• Сталь С355 — конструкционная, предел прочности: не менее 470 МПа. Используется в строительстве.

Итоговый вывод

Предел прочности (временное сопротивление) — это основной показатель, который определяет, насколько материал способен выдерживать внешние нагрузки без разрушения. Для инженеров важно не только знать средние значения этого параметра для разных марок стали, но и уметь правильно определять его с помощью испытаний и расчетов. В работе с металлоконструкциями учитываются такие характеристики, как пластичность, модуль деформации, а также результаты расчетов и испытаний на растяжение, сжатие, изгиб и другие виды нагрузок.