Механические свойства материалов

Широкое применение в промышленности получило железо, которое в сплавах с углеродом и другими элементами образует группу черных металлов. В эту группу входят различные марки стали и чугуна. Из цветных металлов широко используются медь (обычно в виде сплавов), магний, алюминий, свинец, олово и др.

Металлы и сплавы имеют различные физические, механические, химические и технологические свойства.

Механические свойства характеризуют способность материалов сопротивляться действию внешних сил. К основным механическим свойствам относятся прочность, твердость, ударная вязкость, упругость, пластичность, хрупкость и др.

Прочность — это способность материала сопротивляться разрушающему

воздействию внешних сил.

Твердость — это способность материала сопротивляться внедрению в него

другого, более твердого тела под действием нагрузки.

Вязкостью называется свойство материала сопротивляться разрушению под

действием динамических нагрузок.

Упругость — это свойство материалов восстанавливать свои размеры и форму после прекращения действия нагрузки.

Пластичностью называется способность материалов изменять свои размеры и форму под действием внешних сил, не разрушаясь при этом.

Х рупкость — это свойство материалов разрушаться под действием внешних сил без остаточных деформаций.

Рисунок 2.1 Статические испытания на растяжение:а – схема испытания; б – диаграмма растяжения

При статических испытаниях на растяжение определяют величины,

характеризующие прочность, пластичность и упругость материала. Испытания производятся на цилиндрических (или плоских) образцах с определенным соотношением между длиной l0 и диаметром d0. Образец растягивается под действием приложенной силы Р (рис. 1,а) до разрушения. Внешняя нагрузка вызывает в образце напряжение и деформацию. Σ — это отношение силы Р к площади поперечною сечения F, Мпа:

Деформация характеризует изменение размеров образца под действием нагрузки, %:

где: l — длина растянутого образца.

Деформация может быть упругой (исчезающей после снятия нагрузки) и пластической (остающейся после снятия нагрузки).

Относительное удлинение и относительное сужение характеризуют пластичность материала.

Твердость металлов измеряется путем вдавливания в испытуемый образец

твердого наконечника различной формы.

Метод Бринелля основан на вдавливании в поверхность металла стального

закаленного шарика под действием определенной нагрузки. После снятия нагрузки в образце остается отпечаток. Число твердости по Бринеллю НВ определяется отношением нагрузки, действующей на шарик, к площади поверхности полученного отпечатка.

Метод Роквелла основан на вдавливании в испытуемый образец закаленного

стального шарика диаметром 1,588 мм (шкала В) или алмазного конуса с углом при вершине 120° (шкалы А и С). Вдавливание производится под действием двух нагрузок — предварительной равной 100 Н и окончательной равной 600, 1000. 1500 Н для шкал А, В и С соответственно. Число твердости по Роквеллу HRA, HRB и HRC определяется по разности глубин вдавливания.

В методе Виккерса применяют вдавливание алмазной четырехгранной

пирамиды с углом при вершине 136°. Число твердости по Виккерсу HV

определяется отношением приложенной нафузки к площади поверхности

отпечатка.

Ударная вязкость определяется работой А, затраченной на разрушение

образца, отнесенной к площади его поперечного сечения F; Дж/м²:

Испытания проводятся ударом специального маятникового копра. Для

испытания применяется стандартный надрезанный образец, устанавливаемый на опорах копра. Маятник определенной массы наносит удар по стороне

противоположной надрезу.