Pevnosť (materiál)

Pevnosť je schopnosť materiálu odolať vonkajšej alebo vnútornej sile bez toho, aby bol porušený. Rozlišuje sa:

• pevnosť v ťahu
• pevnosť v ohybe
• pevnosť v tlaku
• pevnosť v skrute

Udávanie pevnosti

Na udanie pevnosti sa používa viacero údajov:

1. Medza proporcionality – je najväčšia sila, ktorou je možné materiál namáhať tak, aby bola závislosť napätia a pomernej deformácie lineárna – platí Hookov zákon.
2. Medza pružnosti (elasticity) – najväčšia sila, ktorou je možné materiál namáhať tak, aby sa po konci namáhania vrátil do pôvodného stavu. Určuje hranicu medzi elastickou a plastickou deformáciou. Vzťah medzi silou a natiahnutím je už nelineárny ale s nelinearitou menšou ako 0,2 %.
3. Medza klzu – alebo aj medza prieťažnosti (pri zaťažení ťahom) a medza stlačiteľnosti (pri zaťažení tlakom) je zaťaženie, pri ktorom sa materiál začne nevratne (plasticky) deformovať, aj keď prestane pôsobiť záťaž, nenadobudne materiál pôvodnú dĺžku.
4. Medza pevnosti – maximálne zaťaženie vedúce k porušeniu materiálu.

Medza klzu a medza pevnosti sa udávajú v technických tabuľkách a slúžia na výpočet pevnosti súčiastok a konštrukcií. Všetky sa udávajú v pascaloch, [Pa]alebo v [MPa], napr. bežná oceľ má pevnosť 150 až 450 MPa.

Číselné vyjadrenie

Napríklad pre medzu pevnosti R_m:

$R_{\mathrm {m} }={\frac {F}{A}}\qquad [R_{\mathrm {m} }]=\mathrm {N\,mm^{-2}=MPa}$

• R_m – medza pevnosti [MPa]
• F – sila zaťažujúca vzorku [N]
• A – prierez vzorky pred skúškou [mm²]

Pre ostatné medze platia obdobné vzťahy.

Príklad:

Oceľový profil s prierezom 10 mm × 100 mm (1 000 mm²) z ocele s medzou pevnosti 150 MPa (nízkouhlíková oceľ) sa roztrhne pri rovnomernej sile (bez zátrhov) 150 kN (zodpovedá 15 t).

Technické využitie

Pevnosť v ohybe a skrute sú úmerné pevnosti v ťahu.

Pri konštrukciách sa za nominálnu záťaž berie (ak je to možné) medza proporcionality. Ľahko sa počíta a zaručuje dlhodobú výdrž pri nominálnych podmienkach. Bohužiaľ môže viesť občas k nežiaducemu predimenzovaniu konštrukcií – potom sa konštrukcia navrhuje komplikovanejšími výpočtami, v extrémoch dokonca experimentálne.

Medza klzu (aj medza pevnosti) sa používa hlavne pri lisovaní. Krehké materiály (napr. liatina) medzu klzu nemajú.

Vlastné (zvyškové) napätia

V materiáli môžu existovať ešte zvyškové napätia, ktoré existujú aj bez pôsobenia vonkajšej sily. Znižujú celkovú pevnosť materiálu preto sa väčšinou odstraňujú. To sa dá pri oceli napr. popúšťaním.

Príklady materiálov

• Oceľ (zvlášť silná) má asi 900 MPa (výnimočne 1 500 MPa).
• Najpevnejší materiál (na trhu): uhlíkové vlákno – 4 200 MPa, sklenené vlákna – 2 400 MPa, kevlar – 3 620 MPa
• Najpevnejší materiál: nanovlákna jednostenové – 40 000 – 65 000 MPa