Отримані показники меж міцності матеріалів (особливо межі міцності при стисненні) носять умовний характер, так як при випробуванні на кінцевий результат істотний вплив роблять такі чинники як:
- розмір і форма зразків;
- час і швидкість програми навантаження;
- тепло та вологості умови проведення випробувань;
- методи випробувань і особливості конструкцій випробувальних машин.
Вплив розміру і форми зразків на показники межі міцності при стисненні пов'язано з двома положеннями: освітою при стисненні поперечних розтягуючих зусиль і наявністю в більшому обсязі зразка більшої кількості дефектів структури, що впливають на властивості міцності матеріалу.
При одноосьовому стисканні, завдяки наявності у зразка вільних вертикальних поверхонь, утворюються поперечні розтягуючі зусилля. Між опорними гранями зразка і плитами преса ці зусилля врівноважуються силами тертя. У міру віддалення від поверхні зразка дію сил тертя зменшується і розтягують зусилля зростають, досягаючи свого максимуму до середини зразка (по висоті).
Чим більше відстань між опорними плитами зразка при стисненні, тим менше сили тертя в середині зразка і вище результуючі розтягують зусилля. Тому межа міцності при стисненні у зразків кубічної форми вище, ніж у призм.
Мал. 4.27. Схеми стиснення зразків: а - поперечний розширення при стисненні еластичних тіл; б - зміна сил тертя при стисненні тендітних тел кубічної і призматичної форми
Випадковий розподіл структурних неоднорідностей за обсягом і поверхні зразка призводить до різного значення міцності в різних локальних ділянках структури. Межа міцності всього зразка визначається міцністю найслабшої ділянки.
Імовірність зустріти в зразку слабке місце тим більше, чим більше його обсяг. Тому руйнівне напруження малих зразків вище, ніж великих з того ж матеріалу. Особливо це помітно при порівнянні меж міцності при розтягуванні виробів, що різко відрізняються по перетину, таких як стрижень, дріт, волокно. Чим менше перетин вироби, тим менше його питома обсяг і поверхню, а отже менше ймовірність наявності в ньому дефектів (табл. 4.11).
Порівняльні характеристики міцності матеріалів різної форми
Зважаючи на ці особливостей в будівництві все частіше використовуються троси і канати, сплетені з тонкого дроту, а в текстильній промисловості - нитки, сплетені з найтонших волокон.
Слід зауважити, що значна кількість дефектів у вигляді мікротріщин, виступів, шорсткостей і т.п. утворюється на поверхні виробу, так як при формуванні структури поверхневий шар відчуває велику напругу, ніж внутрішні шари матеріалу. Полірування поверхні нівелює ці дефекти, а захисні покриття перешкоджають їх розвитку, збільшуючи міцність виробу.
Вплив часу і швидкості прикладання навантаження. При випробуванні зразків значення руйнівного напруження виявляється, як правило, вище, якщо зразок зруйнований в короткий проміжок часу. Навпаки, значення руйнівного напруження такого ж зразка, зруйнованого повільно, виявляється нижчим.
Залежність межі міцності при статичному навантаженні від часу прикладання навантаження визначається характером руйнування, який в свою чергу залежить від типу матеріалу і виду хімічних зв'язків і міжмолекулярної взаємодії.
Оскільки для тендітних матеріалів руйнування розглядається як процес зародження і росту тріщин і пір, час від моменту прикладання навантаження до моменту руйнування характеризує життєздатність матеріалу, яку в матеріалознавстві прийнято називати довговічністю.
Дослідження багатьох кристалічних і аморфних матеріалів показали, що в широкому інтервалі температур і напружень довговічність t при розтягуванні визначається співвідношенням:
t = tо · exp (Uо - sV) / kT,
де tо - період теплових коливань атомів в твердому тілі, с;
Uо - енергія, близька до енергії сублімації матеріалу, Дж;
s - напруга, МПа;
Т - абсолютнаятемпература, K;
k - постійна Больцмана, Дж / K.
Для крихких матеріалів при будь-яких важливих для практичних робіт значеннях t існує
майже постійне, граничне для кожного матеріалу sо, вище якого зразок руйнується практично миттєво, а нижче - живе необмежено довго. Це значення прийнято вважати межею міцності матеріалу.
Вплив тепло-вологісних впливів .Для більшості тендітних і пластичних матеріалів підвищення температури при випробуванні знижує показники міцності зразків, особливо при розтягуванні і вигині. Це пов'язано з явищем температурного розширення і збільшенням міжатомної відстані. Однак слід зауважити, що при незначних відхиленнях від нормальної температури (+ 18 ÷ 20ºС) зміни міцності несуттєві.
При більш високих температурах (400 ÷ 800ºС) різні матеріали поводяться по-різному. Наприклад, керамічні вироби можуть збільшувати свою міцність, завдяки закриттю (заліковування) тріщин, а безобжіговиє вироби, в основному, гідратаційні матеріали, різко знижують свої показники міцності.
При температурах понад 1000 ÷ 1300ºС межа міцність керамічних матеріалів при згині залежить від змісту і властивостей кристалічної фази, а при стисненні - від змісту і властивостей склоподібної фази. Гідратаційні матеріали при таких температурах руйнуються.
Для більшості полімерних матеріалів підвищення температури знижує міцність зразків. Однак для полімерів, що реалізують здатність макромолекул до деформації (еластики) спостерігається температурний інтервал аномалії температурної залежності. У цьому інтервалі зі збільшенням температури зростає орієнтація макромолекул перед розривом зразка. Причому, чим більше орієнтація, тим вище міцність зразка. Це явище перекриває загальну тенденцію зниження міцності при підвищенні температури випробування.
Вологість середовища і матеріалу надає в більшості випадках негативний вплив на його показники міцності. Зниження міцності при цьому викликається рядом причин:
- дією адсорбційно-активному середовища (ефект Ребіндера);
- розчиненням метастабільних контактів зрощення кристалів, що складають структуру матеріалу;
- набуханням присутніх в деяких матеріалах глинистих мінералів і ін.
Парова середовище, тобто спільна дія температури і насиченої водяної пари надає ще більший вплив на показники міцності матеріалів (табл. 4.12).
Вплив тепловологових впливів на межу міцності при стисненні (МПа) деяких матеріалів