Механические свойства металла: Механические свойства металлов | Металлы и сплавы — Лазерная резка металла от "ТМК" Ярославль (Тутаев)

Содержание

Механические свойства металлов | Металлы и сплавы

Основные механические свойства

К основным механическим свойствам относят прочность, пластичность, твердость, ударную вязкость и упругость. Большинство показателей механических свойств определяют экспериментально растяжением стандартных образцов на испытательных машинах.

Прочность — способность металла сопротивляться разрушению при действии на него внешних сил.

Пластичность — способность металла необратимо изменять свою форму и размеры под действием внешних и внутренних сил без разрушения.

Твердость — способность металла сопротивляться внедрению в него более твердого тела. Твердость определяют с помощью твердомеров внедрением стального закаленного шарика в металл (на приборе Бринелля) или внедрением алмазной пирамиды в хорошо подготовленную поверхность образца (на приборе Роквелла). Чем меньше размер отпечатка, тем больше твердость испытуемого металла. Например, углеродистая сталь до закалки имеет твердость 100 . . . 150 НВ (по Бринеллю) , а после закалки — 500 . . . 600 НВ.

Ударная вязкость — способность металла сопротивляться действию ударных нагрузок. Эта величина, обозначаемая КС (Дж/см² или кгс • м/см ), определяется отношением механической работы А, затраченной на разрушение образца при ударном изгибе, к площади поперечного сечения образца.

Упругость — способность металла восстанавливать форму и объем после прекращения действий внешних сил. Эта величина характеризуется модулем упругости Е (МПа или кгс/мм²), который равен отношению напряжения а к вызванной им упругой деформации. Высокой упругостью должны обладать стали и сплавы для изготовления рессор и пружин.

Механические свойства металлов

Под механическими свойствами понимают характеристики, определяющие поведение металла (или другого материала) под действием приложенных внешних механических сил. К механическим свойствам обычно относят сопротивление металла (сплава) деформации (прочность) и сопротивление разрушению (пластичность, вязкость, а также способность металла не разрушаться при наличии трещин).

В результате механических испытаний получают числовые значения механических свойств, т. е. значения напряжений или деформаций, при которых происходят изменения физического и механического состояний материала.

Оценка свойств

При оценке механических свойств металлических материалов различают несколько групп их критериев.

Критерии, определяемые независимо от конструктивных особенностей и характера службы изделий. Эти критерии находятся путем стандартных испытаний гладких образцов на растяжение, сжатие, изгиб, твердость (статические испытания) или на ударный изгиб образцов с надрезом (динамические испытания).
Прочностные и пластические свойства, определяемые при статических испытаниях на гладких образцах хотя и имеют важное значение (они входят в расчетные формулы) во многих случаях не характеризуют прочность этих материалов в реальных условиях эксплуатации деталей машин и сооружений. Они могут быть использованы только для ограниченного числа простых по форме изделий, работающих в условиях статической нагрузки при температурах, близких к нормальной.
Критерии оценки конструктивной прочности материала, которые находятся в наибольшей корреляции со служебными свойствами данного изделия и характеризуют работоспособность материала в условиях эксплуатации.

Конструкторская прочность металлов

Критерии конструктивной прочности металлических материалов можно разделить на две группы:

критерии, определяющие надежность металлических материалов против внезапных разрушений (вязкость разрушения, работа, поглощаемая при распространении трещин, живучесть и др.). В основе этих методик, использующих основные положения механики разрушения, лежат статические или динамические испытания образцов с острыми трещинами, которые имеют место в реальных деталях машин и конструкциях в условиях эксплуатации (надрезы, сквозные отверстия, неметаллические включения, микропустоты и т. д.). Трещины и микронесплошности сильно меняют поведение металла под нагрузкой, так как являются концентраторами напряжений;
критерии, которые определяют долговечность изделий (сопротивление усталости, износостойкость, сопротивление коррозии и т. д.).

Критерии оценки

Критерии оценки прочности конструкции в целом (конструкционной прочности), определяемые при стендовых, натурных и эксплуатационных испытаниях. При этих испытаниях выявляется влияние на прочность и долговечность конструкции таких факторов, как распределение и величина остаточных напряжений, дефектов технологии изготовления и конструирования металлоизделий и т. д.

Для решения практических задач металловедения необходимо определять как стандартные механические свойства, так и критерии конструктивной прочности.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 16Следующая ⇒

И МЕТОДЫ ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

Цель работы: изучить способы определения основных механических свойств металлических материалов.

Теоретические сведения

Механические свойства определяют способность металлов сопротивляться воздействию внешних сил (нагрузок). Они зависят от химического состава металлов, их структуры, характера технологической обработки и других факторов. Зная механические свойства металлов, можно судить о поведении металла при обработке и в процессе работы машин и механизмов.

К основным механическим свойствам металлов относятся прочность, пластичность, твердость и ударная вязкость.

Прочность – способность металла не разрушаться под действием приложенных к нему внешних сил.

Пластичность – способность металла получать остаточное изменение формы и размеров без разрушения.

Твердость – способность металла сопротивляться вдавливанию в него другого, более твердого тела.

Ударная вязкость – степень сопротивления металла разрушению при ударной нагрузке.

Механические свойства определяют путем проведения механических испытаний.

Испытания на растяжение. Этими испытаниями определяют такие характеристики, как пределы пропорциональности, упругости, прочности и пластичность металлов. Для испытаний на растяжение применяют круглые и плоские образцы (рисунок 2.1,

а, б), форма и размеры которых установлены стандартом. Цилиндрические образцы диаметром d₀ = 10 мм, имеющие расчетную длину l₀ = 10d₀, называют нормальными, а образцы, у которых длина l₀ = 5d₀, – короткими. При испытании на растяжение образец растягивается под действием плавно возрастающей нагрузки и доводится до разрушения.

Разрывные машины снабжены специальным самопишущим прибором, который автоматически вычерчивает кривую деформации, называемую диаграммой растяжения. Диаграмма растяжения в координатах «нагрузка Р – удлинение ∆l» отражает характерные участки и точки, позволяющие определить ряд свойств металлов и сплавов (рисунок 2.1). На участке 0 —

Р_пц удлинение образца увеличивается прямо пропорционально возрастанию нагрузки. При повышении нагрузки свыше Р_пц, на участке Р_пц — P_упр прямая пропорциональность нарушается, но деформация остается упругой (обратимой). На участке выше точки P_v_пр возникают заметные остаточные деформации, и кривая растяжения значительно отклоняется от прямой. При нагрузке Р_т появляется горизонтальный участок диаграммы — площадка текучести Т-Т¹, которая наблюдается, главным образом, у деталей из низкоуглеродистой стали. На кривых растяжения хрупких металлов площадка текучести отсутствует. Выше точки Р_т нагрузка возрастает до точки А, соответствующей максимальной нагрузке Р_в, после которой начинается ее падение, связанное с образованием местного утонения образца (шейки). Затем нагрузка падает до точки В, где и происходит разрушение образца. С образованием шейки разрушаются только пластичные металлы.

а, б – стандартные образцы для испытания на растяжение;

в – диаграмма растяжения образца из пластичного материала

Рисунок 2.1 – Испытание на растяжение

Усилия, соответствующие основным точкам диаграммы растяжения, дают возможность определить характеристики прочности, выраженные в мегапаскалях, МПа, по формуле

, (2.1)

где σ_i – напряжение, МПа;

P_i – соответствующая точка диаграммы растяжения, Н;

F₀ – площадь поперечного сечения образца до испытания, мм².

Предел пропорциональности σ_пц

– это наибольшее напряжение, до которого сохраняется прямая пропорциональность между напряжением и деформацией:

, (2.2)

где P_пц – напряжение, соответствующее пределу пропорциональности, Н.

Предел упругости σ_упр – напряжение, при котором пластические деформации впервые достигают некоторой малой величины, характеризуемой определенным допуском (обычно 0,05 %):

, (2.3)

где P_упр – напряжение, соответствующее пределу упругости, Н.

Предел текучести физический σ_т — напряжение, начиная с которого деформация образца происходит почти без дальнейшего увеличения нагрузки:

, (2.4)

где P_т – напряжение, соответствующее пределу текучести, Н.

Если площадка текучести на диаграмме растяжения данного материала отсутствует, то определяется условный предел текучести σ_0,2 — напряжение, вызывающее пластическую деформацию, равную 0,2 %.

Предел прочности (временное сопротивление) σ

в — напряжение, равное отношению наибольшей нагрузки, предшествующей разрушению образца, к первоначальной площади его сечения:

, (2.5)

где P_в – напряжение, соответствующее пределу прочности, Н.

По результатам испытания на растяжение определяют характеристики пластичности металлов.

Показатели пластичности металлов — относительное удлинение и относительное сужение – рассчитывают по результатам замеров образца до и после испытания.

Относительное удлинение δ находится как отношение увеличения длины образца после разрыва к его первоначальной расчетной длине, выраженное в процентах:

, (2.6)

где l_k – длина образца после разрыва, мм;

l₀ – расчетная (начальная) длина образца, мм.

Относительное сужение ψ определяется отношением уменьшения площади поперечного сечения образца после разрыва к первоначальной площади его поперечного сечения, выраженным в процентах:

, (2.7)

где F₀ – начальная площадь поперечного сечения образца;

F_к – площадь поперечного сечения образца в месте разрушения.

Методы определения твердости.Наиболее распространенным методом определения твердости металлических материалов является метод вдавливания, при котором в испытуемую поверхность под действием постоянной статической нагрузки вдавливается другое, более твердое тело (наконечник). На поверхности материала остается отпечаток, по величине которого судят о твердости материала. Показатель твердости характеризует сопротивление материала пластической деформации, как правило, большой, при местном контактном приложении нагрузки.

Твердость определяют на специальных приборах – твердомерах, которые отличаются друг от друга формой, размером и материалом вдавливаемого наконечника, величиной приложенной нагрузки и способом определения числа твердости. Так как для измерения твердости испытывают поверхностные слои металла, то для получения правильного результата поверхность металла не должна иметь наружных дефектов (трещин, крупных царапин и т. д.).

Измерение твердости по Бринеллю. Сущность этого способа заключается в том, что в поверхность испытуемого металла вдавливается стальной закаленный шарик диаметром 10, 5 или 2,5 мм в зависимости от толщины образца под действием нагрузки, которая выбирается в зависимости от предполагаемой твердости испытуемого материала и диаметра наконечника по формулам:

Р = 30D²; Р = 10D²;
Р = 2,5D² (таблица 2.1).

Таблица 2.1 – Выбор диаметра шарика D и нагрузки Р

Материал образца	Твердость, кгс/мм²	Толщина образца, мм	Диаметр шарика D, мм	P/D², кгс/мм²	Нагрузка Р, кгс	Выдержка под нагрузкой, с
Черные металлы (сталь, чугун)	450 — 140	более 6 6 – 3 менее 3	2,5		187,5
Черные металлы	Менее 140	более 6 6 – 3 менее 3	2,5		187,5
Твердые цветные металлы (латунь, бронза, медь)	140 – 32	более 6 6 – 3 менее 3	2,5		62,5
Мягкие цветные металлы (олово, алюминий и др.)	35 — 8	более 6 6 – 3 менее 3	2,5	2,5	62,5 15,6

На поверхности образца остается отпечаток (рисунок 2.2, а), по диаметру которого определяют твердость. Диаметр отпечатка измеряют специальной лупой с делениями.

Твердость рассчитывают по формуле

, (2.8)

где НВ – твердость по Бринеллю, кгс/мм²;

Р – нагрузка при испытании, кгс или Н;

F – площадь полученного отпечатка, мм²;

D – диаметр наконечника, мм;

d – диаметр отпечатка, мм.

Рисунок 2.2 – Измерение твердости методами Бринелля (а),

Роквелла (б), Виккерса (в)

На практике пользуются специальными таблицами, которые дают перевод диаметра отпечатка в число твердости, обозначаемое НВ. Например: 120 НВ, 350 НВ и т.д. (Н – твердость, В – по Бринеллю, 120, 350 – число твердости в кгс/мм², что соответствует 1200 и 3500 МПа).

Этот способ применяют, главным образом, для измерения твердости незакаленных металлов и сплавов: проката, поковок, отливок и др.

Твердомер Бринелля можно использовать в том случае, если твердость материала не превышает 450 кгс/мм². В противном случае произойдет деформация шарика, что приведет к погрешностям в измерении. Кроме того, твердомер Бринелля не применяется для испытания тонких поверхностных слоев и образцов тонкого сечения.

Измерение твердости по Роквеллу. Измерение осуществляют путем вдавливания в испытуемый металл стального шарика диаметром 1,588 мм или алмазного конуса с углом при вершине 120° (см. рисунок 2.2, б).В отличие от метода Бринелля твердость по Роквеллу определяют не по диаметру отпечатка, а по глубине вдавливания наконечника.

Вдавливание производится под действием двух последовательно приложенных нагрузок — предварительной, равной ≈ 100 Н, и окончательной (общей) нагрузки, равной 1400, 500 и 900 Н. Твердость определяют по разности глубин вдавливания отпечатков. Для испытания твердых материалов (например, закаленной стали) необходима нагрузка 1500 Н, а вдавливание стальным шариком нагрузкой 1000 Н производят для определения твердости незакаленной стали, бронзы, латуни и других мягких материалов. Глубина вдавливания измеряется автоматически, а твердость после измерения отсчитывается по трем шкалам: А, В, С (таблица 2.2).

Таблица 2.2 – Наконечники и нагрузки для шкал А, В, С

Наконечник	Суммарная нагрузка Р, Н (кгс)	Отсчет по шкале	Обозначение твердости
Стальной шарик	1000 (100)	В (красная)	HRB
Алмазный конус	1500 (150)	С (черная)	HRC
Алмазный конус	600 (60)	А (черная)	HRA

Твердость (число твердости) по Роквеллу обозначается следующим образом: 90 HRA, 80 HRB, 55 HRC (Н – твердость, Р – Роквелл, А, В, С – шкала твердости, 90, 80, 55 – число твердости в условных единицах).

Определение твердости по Роквеллу имеет широкое применение, так как дает возможность испытывать мягкие и твердые металлы без дополнительных измерений; размер отпечатков очень незначителен, поэтому можно испытывать готовые детали без их порчи.

Измерение твердости по Виккерсу. Данный метод позволяет измерять твердость как мягких, так и очень твердых металлов и сплавов. Он пригоден для определения твердости очень тонких поверхностных слоев (толщиной до 0,3мм). В этом случае в испытуемый образец вдавливается четырехгранная алмазная пирамида с углом при вершине 136^о (см. рисунок 2.2, в). При таких испытаниях применяются нагрузки от 50 до 1200 Н. Измерение отпечатка производят по длине его диагонали, рассматривая отпечаток под микроскопом, входящим в твердомер. Число твердости по Виккерсу, обозначаемое НV, находят по формуле

, (2.9)

где Р – нагрузка, Н;

d – длина диагонали отпечатка, мм.

На практике число твердости НV находят по специальным таб-лицам.

Определение ударной вязкости производят на специальном маятниковом копре (рисунок 2.3). Для испытаний применяется стандартный надрезанный образец, который устанавливается на опорах копра. Маятник определенной массой поднимают на установленную высоту Н и закрепляют, а затем освобожденный от защелки маятник падает, разрушает образец и снова поднимается на некоторую вы-
соту h. Удар наносится по стороне образца, противоположной надрезу. Для испытаний используют призматические образцы с надрезами различных видов: U-образный, V-образный, T-образный (надрез с усталостной трещиной).

а – схема испытания; б – образцы для испытаний.

Рисунок 2.3 – Испытания на ударную вязкость

Ударная вязкость КС (Дж/см²) оценивается работой, затраченной маятником на разрушение стандартного надрезанного образца, отнесенной к сечению образца в месте надреза:

, (2.10)

где А – работа, затраченная на разрушение образца (определяется по разности энергий маятника до и после удара: А₀ – А₁), Дж;

F – площадь поперечного сечения образца в месте надреза, см².

В зависимости от вида надреза в образце ударная вязкость обозначается KCU, KCV, KCТ (третья буква – вид надреза).

Материалы и принадлежности

· Образцы для испытания на растяжение, твердость и ударную вязкость.

· Разрывная испытательная машина.

· Твердомеры Бринелля, Роквелла, Виккерса.

· Маятниковый копер.

· Штангенциркуль.

Порядок выполнения работы

Испытания на растяжение

2.3.1.1 Измерить рабочую длину и диаметр образца перед испытанием, записать данные в протокол испытаний.

2.3.1.2 Подготовленный для испытания образец поместить в зажимы машины.

2.3.1.3 Включить электродвигатель.

2.3.1.4 Наблюдать за перемещением стрелки по шкале машины, зафиксировать нагрузку, соответствующую текучести образца, и наибольшую нагрузку, предшествующую разрушению образца, записать в соответствующие графы протокола испытаний.

2.3.1.5 После разрыва образца выключить электродвигатель, обе части образца вынуть из зажимов, снять с диаграммного аппарата часть бумажной ленты с записанной диаграммой.

2.3.1.6 Обе части образца плотно приложить одну к другой, измерить длину и диаметр образца в месте разрыва, записать данные в протокол испытаний.

2.3.1.7 Рассчитать характеристики прочности и пластичности материала, записать полученные данные.

Механические свойства металлов и сплавов

К основным механическим свойствам металлов относятся прочность, вязкость, пластичность, твердость, выносливость, ползучесть, износостойкость. Они являются главными характеристиками металла или сплава.

Рассмотрим некоторые термины, применяемые при характеристике механических свойств. Изменения размеров и формы, происходящие в твердом теле под действием внешних сил, называются деформациями, а процесс, их вызывающий,— деформированием. Деформации, исчезающие при разгрузке, называются упругими, а не исчезающие после снятия нагрузки — остаточными или пластическими.

Напряжением называется величина внутренних сил, возникающих в твердом теле под влиянием внешних сил.

Под прочностью материала понимают его способность сопротивляться деформации или разрушению под действием статических или динамических нагрузок. О прочности судят по характеристикам механических свойств, которые получают при механических испытаниях. К статическим испытаниям на прочность относятся растяжение, сжатие, изгиб, кручение, вдавливание. К динамическим относятся испытания на ударную вязкость, выносливость и износостойкость. Эластичностью называется способность материалов упруго деформироваться, а пластичностью — способность пластически деформироваться без разрушения.

Вязкость — это свойство материала, которое определяет его способность к поглощению механической энергии при постепенном увеличении пластической деформации вплоть до разрушения материала. Материалы должны быть одновременно прочными и пластичными.

Твердость — это способность материала сопротивляться проникновению в него других тел.

Выносливость — это способность материала выдерживать, не разрушаясь, большое число повторно-переменных нагрузок.

Износостойкость — это способность материала сопротивляться поверхностному разрушению под действием внешнего трения.

Ползучесть — это способность материала медленно и непрерывно пластически деформироваться (ползти) при постоянном напряжении (особенно при высоких температурах).

Поведение некоторых металлов (например, отожженной стали) при испытании на растяжение показано на рис. 3. При увеличении нагрузки в металле сначала развиваются процессы упругой деформации, удлинение образца при этом незначительно. Затем наблюдается пластическое течение металла без повышения напряжения, этот период называется текучестью. Напряжение, при котором продолжается деформация образца без заметного увеличения нагрузки, называют пределом текучести. При дальнейшем повышении нагрузки происходит развитие в металле процессов наклепа (упрочнения под нагрузкой). Наибольшее напряжение, предшествующее разрушению образца, называют пределом прочности при растяжении.

Рис. 3. Диаграмма деформации при испытании металлов на растяжение.

Напряженное состояние — это состояние тела, находящегося под действием уравновешенных сил, при установившемся упругом равновесии всех его частиц. Остаточные напряжения — это напряжения, остающиеся в теле, после прекращения действия внешних сил, или возникающие при быстром нагревании и охлаждении, если линейное расширение или усадка слоев металла и частей тела происходит неравномерно.

Внутренние напряжения образуются при быстром охлаждении или нагревании в температурных зонах перехода от пластического к упругому состоянию металла. Эти температуры для стали соответствую 400—600°. Если образующиеся внутренние напряжения превышают предел прочности, то в деталях образуются трещины, если они превышают предел упругости, то происходит коробление детали.

Предел прочности при растяжении в кг/мм2 определяется на разрывной машине как отношение нагрузки Р в кГ, необходимой для разрушения стандартного образца (рис. 4, а), к площади поперечного сечения образца в мм².

Рис. 4. Методы испытания прочности материалов: а — на растяжение; б — на изгиб; в — на ударную вязкость; г — на твёрдость

Предел прочности при изгибе в кГ/мм2 определяется разрушением образца, который устанавливаете» на двух опорах (рис. 4, б), нагруженного по середине сосредоточенной нагрузкой Р.

Для установления пластичности материала определяют относительное удлинение δ при растяжении или прогиб ƒ при изгибе.

Относительное удлиненней δ в % определяется на образцах, испытуемых на растяжение. На образец наносят деления (рис. 4, а) и измеряют между ними расстояние до испытания (l0) и после разрушения (l) и определяют удлинение

δ = l-l_o / l_o · 100%

Прогиб при изгибе в мм определяется при помощи прогибомера машины, указывающего прогиб ƒ, образующийся на образце в момент его разрушения (рис. 4, б).

Ударная вязкость в кГм/см² определяется на образцах (рис. 4, в), подвергаемых на копре разрушению ударом отведенного в сторону маятника. Для этого работу деформации в кГм делят на площадь поперечного сечения образца в см².

Твердость по Бринелю (НВ) определяют на зачищенной поверхности образца, в которую

Механические свойства металлов

Любое вещество, будь то газ, жидкость или твердое тело, обладает рядом специфических, только ему присущих свойств. Однако эти свойства позволяют не только индивидуализировать элементы, но и объединять их в группы по принципу схожести.

Посмотрите на металлы: с обывательской точки зрения это блестящие элементы, с высокой электро- и теплопроводностью, не восприимчивые к внешним физическим воздействиям, ковкие и легко свариваемые при высоких температурах. Достаточен ли этот перечень. чтобы объединить металлы в одну группу? Конечно же нет, металлы и их производные (сплавы) гораздо сложнее и обладают целым набором химических, физических, механических и технологических свойств. Сегодня мы поговорим лишь об одной группе: механических свойствах металлов.

Блок: 1/4 | Кол-во символов: 773
Источник: https://promplace.ru/vidy-metallov-i-klassifikaciya-staty/mehanicheskie-svoistva-metallov-1542.htm

Основные механические свойства

Прочность — способность металла сопротивляться разрушению при действии на него внешних сил.

Твердость — способность металла сопротивляться внедрению в него более твердого тела. Твердость определяют с помощью твердомеров внедрением стального закаленного шарика в металл (на приборе Бринелля) или внедрением алмазной пирамиды в хорошо подготовленную поверхность образца (на приборе Роквелла). Чем меньше размер отпечатка, тем больше твердость испытуемого металла. Например, углеродистая сталь до закалки имеет твердость 100 . . . 150 НВ () , а после закалки — 500 . . . 600 НВ.

Ударная вязкость — способность металла сопротивляться действию ударных нагрузок. Эта величина, обозначаемая КС (Дж/см2 или кгс • м/см ), определяется отношением механической работы А, затраченной на разрушение образца при ударном изгибе, к площади поперечного сечения образца.

Упругость — способность металла восстанавливать форму и объем после прекращения действий внешних сил. Эта величина характеризуется модулем упругости Е (МПа или кгс/мм2), который равен отношению напряжения а к вызванной им . Высокой упругостью должны обладать стали и сплавы для изготовления рессор и пружин.

Блок: 2/4 | Кол-во символов: 1556
Источник: https://www.metalcutting.ru/content/mehanicheskie-svoystva-metallov

Таблица.1. Механические свойства основных промышленных сплавов

Техническое железо	Мембраны
Чугун серый	12—38	до 0,25	143—220	Отливки фасонные
Чугун высокопрочный	30—60	0,5—10	170—262	Ответственные отливки
Сталь малоуглеродистая (мягкая)	32 — 70	11 — 28	100—130	Котельное железо трубы, котлы
Сталь среднеуглеродистая (средней твердости)	50—70	12 — 16	170 — 200	Оси, шатуны, валы, рельсы
Сталь твердая после закалки и отпуска	110—140	до 9	400—600	Инструмент ударный и режущий
Бронза оловянистая	15 — 25	3—10	70—80	Детали, работающие на истирание и подверженные коррозии
Бронза алюминиевая	40—50	120	То же
Латунь однофазная	25 — 35	30-60	42—60	Патронно-гильзовое производство
Латунь двухфазная	35—45	30—40	_	Детали, изготовленные горячей штамповкой
Силумин	21—23	1 — 3	65—100	Детали в авиастроении и автостроении
Сплавы магния	24 — 32	10—16	60—70	То же

Блок: 2/2 | Кол-во символов: 1107
Источник: http://xn--80awbhbdcfeu.su/mehansv

Основные механические свойства металлов

Что это за свойства? Под механическими понимают такие свойства субстанции, которые отражают ее умение противостоять действиям извне. Известно девять основных механических свойств металлов:

— Прочность — означает, что приложение статической, динамической или знакопеременной нагрузки не приводит к нарушению внешней и внутренней целостности материала, изменению его строения, формы и размеров.

— Твердость (часто путают с прочностью) — характеризует возможность одного материала противостоять прониканию другого, более твердого предмета.

— Упругость — означает способность к деформированию без нарушения целостности под действием определенных сил и возвращению первоначальной формы после освобождения от нагрузки.

— Пластичность (часто путают с упругостью и наоборот) — также способность к деформации без нарушения целостности, однако в отличие от упругости, пластичность означает, что объект способен сохранить полученную форму.

— Стойкость к трещинам — под воздействием внешних сил (ударов, натяжений и пр.) материал не образует трещин и сохраняет наружную целостность.

— Вязкость или ударная вязкость — антоним ломкости, то есть возможность сохранять целостность материала при возрастающих физических воздействиях.

— Износостойкость — способность к сохранению внутренней и внешней целостности при длительном трении.

— Жаростойкость — длительная возможность противостоять изменению формы, размера и разрушению при воздействии больших температур.

— Усталость — время и количество циклических воздействий, которые материал может выдержать без нарушения целостности.

Часто, говоряо тех или иных свойствах, мы путаем их названия: технологические свойства относим к физическим, физические к механическим и наоборот. И это неудивительно, ведь несмотря на глубинные отличия, лежащие в основе той или иной группы свойств, механические свойства не только крайне тесно связаны с другими характеристиками металлов, но и напрямую зависят от них.

Блок: 2/4 | Кол-во символов: 2075
Источник: https://promplace.ru/vidy-metallov-i-klassifikaciya-staty/mehanicheskie-svoistva-metallov-1542.htm

Механические свойства металлов

Оценка свойств

При оценке механических свойств металлических материалов различают несколько групп их критериев.

Критерии, определяемые независимо от конструктивных особенностей и характера службы изделий. Эти критерии находятся путем стандартных испытаний гладких образцов на растяжение, сжатие, изгиб, твердость (статические испытания) или на ударный изгиб образцов с надрезом (динамические испытания).
Прочностные и пластические свойства, определяемые при статических испытаниях на гладких образцах хотя и имеют важное значение (они входят в расчетные формулы) во многих случаях не характеризуют прочность этих материалов в реальных условиях эксплуатации деталей машин и сооружений. Они могут быть использованы только для ограниченного числа простых по форме изделий, работающих в условиях статической нагрузки при температурах, близких к нормальной.
Критерии оценки конструктивной прочности материала, которые находятся в наибольшей корреляции со служебными свойствами данного изделия и характеризуют работоспособность материала в условиях эксплуатации.

Блок: 3/4 | Кол-во символов: 1660
Источник: https://www.metalcutting.ru/content/mehanicheskie-svoystva-metallov

Физические свойства металлов

Наиболее взаимозависимы между собой механические и химические свойства металлов, ведь именно химический состав металла или сплава, его внутреннее строение (особенности кристаллической решетки) диктуют все остальные его параметры. Если говорить о механических и физических свойствах металлов, то их чаще других путают между собой, что обусловлено близостью данных определений.

Физические свойства часто неотделимы от механических. К примеру, тугоплавкие металлы еще и самые прочные. Главное же отличие лежит в природе свойств. Физические свойства — те что проявляется в покое, механические — только под воздействием извне. Не хуже других связаны механические и технологические свойства металлов. Например, механическое свойство металла «прочность» может быть результатом его грамотной технологической обработки (с этой целью нередко используют «закалку» и «старение»). Обратная взаимосвязь не менее важна, к примеру, ковкость проявление хорошей ударной вязкости.

Делая вывод, можно сказать, что зная некоторые химические, физические или технологические свойства можно предугадать, как будет вести себя металл под воздействием нагрузки (т.е. механически), и наоборот.

В чем отличия механических свойств металлов и сплавов?

Различаются ли механические свойства металлов и сплавов? Безусловно. Ведь любой металлический сплав изначально создается с целью получения каких-либо конкретных свойств. Некоторые сочетания легирующих элементов и основного металла в сплаве способны мгновенно преобразить легируемый элемент. Так алюминий ( не самый прочный и твердый металл в мире) в сочетании с цинком и магнием образует сплав по прочности сравнимый со сталью. Все это дает практически неограниченные возможности в получении веществ наиболее близких к требуемым.

Отдельное внимание следует уделить механическим свойствам наплавленных металлов. Наплавленным считается металл, с помощью которого производилась сварка двух или более частей какого-то металлического элемента или конструкции. Этот металл словно нитки соединяет разорванные части. От того, как будет вести себя «шов» под нагрузкой, будет зависеть безопасность и надежность всей конструкции. Исходя из этого, крайне важно, чтобы свойства наплавленного металла были не хуже, чем у главного металла.

Блок: 3/4 | Кол-во символов: 2340
Источник: https://promplace.ru/vidy-metallov-i-klassifikaciya-staty/mehanicheskie-svoistva-metallov-1542.htm

Конструкторская прочность металлов

Критерии конструктивной прочности металлических материалов можно разделить на две группы:

критерии, определяющие надежность металлических материалов против внезапных разрушений (вязкость разрушения, работа, поглощаемая при распространении трещин, живучесть и др.). В основе этих методик, использующих основные положения механики разрушения, лежат статические или динамические испытания образцов с острыми трещинами, которые имеют место в реальных деталях машин и конструкциях в условиях эксплуатации (надрезы, сквозные отверстия, неметаллические включения, микропустоты и т. д.). Трещины и микронесплошности сильно меняют поведение металла под нагрузкой, так как являются концентраторами напряжений;
критерии, которые определяют долговечность изделий (сопротивление усталости, износостойкость, сопротивление коррозии и т. д.).

Критерии оценки

Критерии оценки прочности конструкции в целом (конструкционной прочности), определяемые при стендовых, натурных и эксплуатационных испытаниях. При этих испытаниях выявляется влияние на прочность и долговечность конструкции таких факторов, как распределение и величина , дефектов технологии изготовления и конструирования металлоизделий и т. д.

Блок: 4/4 | Кол-во символов: 1456
Источник: https://www.metalcutting.ru/content/mehanicheskie-svoystva-metallov

Как определить механические свойства?

Экспериментальным путем. Среди основных методов определения механических свойств металлов можно выделить:

— испытания на растяжение;

— метод вдавливания по Бринеллю;

— определение твердости металла по Роквеллу;

— оценка твердости по Виккерсу;

— определение вязкости с помощью маятникового копра;

Механические свойства имеют весьма серьезное значение. Их знание позволяет использовать металлы и их сплавы с наибольшей эффективностью и отдачей.

Блок: 4/4 | Кол-во символов: 545
Источник: https://promplace.ru/vidy-metallov-i-klassifikaciya-staty/mehanicheskie-svoistva-metallov-1542.htm

Кол-во блоков: 8 | Общее кол-во символов: 11512
Количество использованных доноров: 3
Информация по каждому донору:

https://www.metalcutting.ru/content/mehanicheskie-svoystva-metallov: использовано 3 блоков из 4, кол-во символов 4672 (41%)
https://promplace.ru/vidy-metallov-i-klassifikaciya-staty/mehanicheskie-svoistva-metallov-1542.htm: использовано 4 блоков из 4, кол-во символов 5733 (50%)
http://xn--80awbhbdcfeu.su/mehansv: использовано 1 блоков из 2, кол-во символов 1107 (10%)

Механические свойства

Область напряжений, при которых происходит только упругая деформация, ограничена пределом пропорциональности ?_пц. В этой области в каждом зерне имеют место только упругие деформации, а для образца в целом выполняется закон Гука – деформация пропорциональна напряжению (отсюда и название предела).

Переход к пластическому состоянию наблюдается в таком интервале нагрузок, при которых движение дислокаций (и, следовательно, пластическая деформация) происходит только в отдельных кристаллических зернах, а в остальных продолжает реализовываться механизм упругой деформации.

Пластическое состояние реализуется, когда движение дислокаций происходит во всех зернах образца.

После перестройки дислокационной структуры (завершения пластической деформации) металл возвращается в упругое состояние, но с измененными упругими свойствами.

2.5. ТВЕРДОСТЬ

В единицах HRC часто формулируют требования к качеству поверхности стальных деталей после термообработки. Твердость HRC в наибольшей степени отражает уровень рабочих характеристик высокопрочных сталей, а с учетом простоты измерений по Роквеллу, очень широко применяется на практике. Подробно о методе Роквелла с описанием различных шкал и твердости разных классов материалов см. http://www.fast-const.ru/articles.php?article_id=2

3.1. ТРЕЩИНОСТОЙКОСТЬ (ВЯЗКОСТЬ РАЗРУШЕНИЯ)

Свойство противостоять усталости называется выносливостью. Её важнейшей характеристикой является предел выносливости. Он показывает наибольшее напряжение цикла, при котором не происходит усталостного разрушения после заданного числа циклов. Чаще используют симметричные знако-переменные циклы (поочередно действуют одинаковые по амплитуде сжимающие и растягивающие напряжения), в таких случаях предел выносливости обозначается ?_-1.

Испытания на усталостную прочность регламентированы в ГОСТ 25.502.79 и в ГОСТ 25.505-85

В другом варианте нижний индекс указывает допустимую скорость установившейся ползучести.

Для получения необходимой полноты сведений о свойствах необходимо пользоваться не ГОСТами, в которых приведены несколько легкоизмеряемых величин,а справочной литературой.

Механические свойства металлов — Студопедия

Отклонение частоты

f = f – f_ноом [ Гц ]

f = ± 0,1 Гц – допускаемое значение

f = ± 0,2 Гц – предельно допускаемое значение

f = ± 0,4 Гц – аварийно допускаемое значение

Изменение нагрузки потребителей в сети может быть различным . При малом изменении нагрузки требуется небольшой резерв мощности. В этих случаях автоматическое регулирование частоты одной так называемой частотно-регулируемой станцией.

При больших изменениях нагрузки, автоматическое регулирование частоты должно быть предусмотрено на значительном числе станций. Для этого составляются графики изменения нагрузок электростанций.

При отключении мощных линий электропередач в послеаварийных режимах, система может оказаться разделенной на отдельно не синхронно работающие части.

На электростанциях, на которых мощности может оказаться не достаточно, произойдет снижение производительности оборудования собственных нужд (питательных и циркуляционных насосов), следовательно вызовет значительное снижение мощности станции , вплоть до выхода ее из строя.

В подобных случаях для предотвращения аварий предусматриваются устройства АЧР, отключающие в таких случаях часть менее ответственных потребителей, а после включения резервных источников питания, устройства ЧАПВ включают отключенных потребителей.

Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться деформации (упругой и пластической) и разрушению. Для металлов и сплавов, работающих как конструкционные материалы, эти свойства являются определяющими. Выявляют их испытаниями при воздействии внешних нагрузок.

Количественные характеристики механических свойств: упругость, пластичность, прочность, твердость, вязкость, усталость, трещиностойкость, хладостойкость, жаропрочность. Эти характеристики необходимы для выбора материалов и режимов их технологической обработки, расчетов на прочность деталей и конструкций, контроля и диагностики их прочностного состояния в процессе эксплуатации.

Под действием внешней нагрузки в твердом теле возникают напряжение и деформация.

Напряжение — это нагрузка (сила) P, отнесенная к первоначальной площади поперечного сечения F₀образца:

Деформация — это изменение формы и размеров твердого тела под действием внешних сил или в результате физических процессов, возникающих в теле при фазовых превращениях, усадке и т.п. Деформация может быть упругая (исходные размеры образца восстанавливаются после снятия нагрузки) и пластическая (сохраняется после снятия нагрузки).

Напряжение s измеряют в паскалях (Па), деформацию e — в процентах (%) относительного удлинения (Dl/l)×100 или сужения площади сечения (DS/S)×100.

При все возрастающей нагрузке упругая деформация, как правило, переходит в пластическую, и далее образец разрушается (рис.1). В зависимости от способа приложения нагрузки методы испытания механических свойств металлов, сплавов и других материалов делятся на статические, динамические и знакопеременные.

Прочность — способность металлов оказывать сопротивление деформации или разрушению статическим, динамическим или знакопеременным нагрузкам. Прочность металлов при статических нагрузках испытывают на растяжение, сжатие, изгиб и кручение. Испытание на разрыв является обязательным. Прочность при динамических нагрузках оценивают удельной ударной вязкостью, а при знакопеременных нагрузках — усталостной прочностью.

Прочность при испытании на растяжение оценивают следующими характеристиками (рис.1).

Предел прочности на разрыв (предел прочности или временное сопротивление разрыву) s_в — это напряжение, отвечающее наибольшей нагрузке Р_max, предшествующей разрушению образца:

Эта характеристика является обязательной для металлов.

Предел пропорциональности s_пц — это условное напряжение Р_пц, при котором начинается отклонение от пропорциональной зависимости между деформацией и нагрузкой:

Предел текучести s_т — это наименьшее напряжение Р_т, при котором образец деформируется (течет) без заметного увеличения нагрузки:

Условный предел текучести s_0,2 — напряжение, после снятия которого остаточная деформация достигает величины 0,2 %.

Если же на кривой напряжение — деформация за пределом упругости образуется площадка текучести (рис.1), то за предел текучести s_т принимают напряжение, отвечающее площадке текучести.

Если после того, как напряжение превысило s_т, его снять, то деформация уменьшится по пунктирной линии. Отрезок ОО^¢показывает остаточную пластическую деформацию.

Величина s_т чрезвычайно чувствительна к скорости деформации (продолжительности действия нагрузки) и к температуре. Если прикладывать к материалу напряжение меньше s_т в течение длительного времени, то оно может вызвать пластическую (остаточную) деформацию. Это медленное и непрерывное пластическое деформирование воздействием постоянной нагрузки называют ползучестью (криппом).

Пластичность — свойство металлов деформироваться без разрушения под действием внешних сил и сохранять измененную форму после снятия этих сил. Пластичность — одно из важных механических свойств металла, которое в сочетании с высокой прочностью делает его основным конструкционным материалом. Ее характеристиками являются относительное удлинение перед разрывом d и относительное сужение перед разрывом y. Эти характеристики определяют при испытании металлов на растяжение, а их численные значения вычисляют по формулам (в процентах):

где l₀ и l_р — длина образца до и после разрушения соответственно;

F₀и F_р — площадь поперечного сечения образца до и после разрушения.

Упругость — свойство металлов восстанавливать свою прежнюю форму после снятия внешних сил, вызывающих деформацию. Упругость — свойство, обратное пластичности.

Твердость — способность металлов оказывать сопротивление проникновению в них более твердого тела. Испытания на твердость — самый доступный и распространенный вид механических испытаний. Наибольшее применение в технике получили статические методы испытания на твердость при вдавливании индентора: метод Бринелля, метод Виккерса и метод Роквелла. Твердость, согласно этим методам, определяют следующим образом.

По Бринеллю — в испытуемый образец с определенной силой вдавливается закаленный стальной шарик диаметром D под действием нагрузки P, и после снятия нагрузки измеряется диаметр отпечатка d (рис.2,а). Число твердости по Бринеллю — НВ, характеризуется отношением нагрузки P, действующей на шарик, к площади поверхности сферического отпечатка M:

Чем меньше диаметр отпечатка d, тем больше твердость образца. Диаметр шарика D и нагрузку P выбирают в зависимости от материала и толщины образца. Метод Бринелля не рекомендуется применять для материалов с твердостью более 450 HB, так как стальной шарик может заметно деформироваться, что внесет погрешность в результаты испытаний.

При испытании на твердость по методу Виккерса в поверхность материала вдавливается алмазная четырехгранная пирамида с углом при вершине a = 136° (рис.2,б). После снятия нагрузки вдавливания измеряется диагональ отпечатка d₁. Число твердости по Виккерсу HV подсчитывается как отношение нагрузки Р к площади поверхности пирамидального отпечатка М:

Число твердости по Виккерсу обозначается символом HV с указанием нагрузки Р и времени выдержки под нагрузкой, причем размерность числа твердости (кгс/мм²) не ставится. Продолжительность выдержки индентора под нагрузкой принимают для сталей 10-15 с, а для цветных металлов — 30 с. Например, 450 HV_10/15 означает, что число твердости по Виккерсу 450 получено при Р = 10 кгс (98,1 Н), приложенной к алмазной пирамиде в течение 15 с.

Преимущество метода Виккерса по сравнению с методом Бринелля заключается в том, что методом Виккерса можно испытывать материалы более высокой твердости из-за применения алмазной пирамиды.

При испытании на твердость по методу Роквелла в поверхность материала вдавливается алмазный конус с углом при вершине 120° или стальной шарик диаметром 1,588 мм. Однако, согласно этому методу, за условную меру твердости принимается глубина отпечатка. Схема испытания по методу Роквелла показана на рис.2,в. Вначале прикладывается предварительная нагрузка Р₀,под действием которой индентор вдавливается на глубину h₀. Затем прикладывается основная нагрузка Р₁, под действием которой индентор вдавливается на глубину h₁. После этого снимают нагрузку Р₁,но оставляют предварительную нагрузку Р₀.

При этом под действием упругой деформации индентор поднимается вверх, но не достигает уровня h₀. Разность (h – h₀) зависит от твердости материала; чем тверже материал, тем меньше эта разность. Глубина отпечатка измеряется индикатором часового типа с ценой деления 0,002 мм. При испытании мягких металлов методом Роквелла в качестве индентора применяется стальной шарик. Последовательность операций такая же, как и при испытании алмазным конусом. Число твердости, определенное методом Роквелла, обозначается символом HR. Однако в зависимости от формы индентора и значений нагрузок вдавливания к этому символу добавляется буква А, С, или В, обозначающая соответствующую шкалу измерений.

Числа твердости по Роквеллу определяют в условных единицах по формулам:

;

где 100 и 130 — предельно заданное число делений индикатора часового типа с ценой деления 0,002 мм.

Трещиностойкость — свойство материалов сопротивляться развитию трещин при механических и других воздействиях.

Трещины в материалах могут быть металлургического и технологического происхождения, а также возникать и развиваться в процессе эксплуатации. В случае возможности хрупкого разрушения для безопасной работы элементов конструкций необходимо количественно оценивать размеры допустимых трещиноподобных дефектов.

Количественной характеристикой трещиностойкости материала является критический коэффициент интенсивности напряжений в условиях плоской деформации в вершине трещины K_I_с.

Многие конструкции при эксплуатации испытывают ударные нагрузки. Для решения вопроса об их долговечности и надежности в этих условиях очень важными являются результаты динамических испытаний (нагрузка прилагается ударом с большой силой).

Переход от статических нагружений к динамическим вызывает изменение всех свойств металлов и сплавов, связанных с пластической деформацией.

Для оценки склонности материала к хрупкому разрушению применяют испытания на ударный изгиб образцов с надрезом, в результате которых определяют ударную вязкость.

Ударная вязкость — работа, затраченная при динамическом разрушении надрезанного образца, отнесенная к площади поперечного сечения в месте надреза.

Вязкость — свойство, обратное хрупкости. Ударная вязкость ответственных деталей должна быть высокой.

Кроме числовых значений, получаемых при испытании на удар, важным критерием является характер излома. Волокнистый матовый излом без характерного металлического блеска свидетельствует о вязком разрушении. Хрупкое разрушение дает кристаллический блестящий излом.

Ударная вязкость зависит от многих факторов. Наличие в изделиях резких переходов в сечении, надрезов, вырезов и т. п. вызывает неравномерное распределение напряжений по сечению и их концентрацию. Ударная вязкость зависит также и от состояния поверхности образца. Риски, царапины, следы механической обработки и другие дефекты снижают ударную вязкость.

Динамическое нагружение вызывает повышение предела упругости и предела текучести, не переводя материал в хрупкое состояние. Но при понижении температуры, сопротивление удару резко уменьшается. Это явление называется хладоломкостью.

К хладоломким металлам относятся металлы с объемноцентрированной кубической решеткой (например, a-Fe, Mo, Cr). Для этой группы металлов при определенной минусовой температуре наблюдается резкое снижение ударной вязкости. К нехладоломким металлам можно отнести металлы с гранецентрированной кубической решеткой (g-Fe, Al, Ni и др.). Хладоломкость у крупнозернистого материала наступает при более высокой температуре, чем у мелкозернистого.

Характер падения ударной вязкости напоминает порог, что привело к выражению «порог хладоломкости».

Температура, при которой происходит определенное падение ударной вязкости, называется критической температурой хрупкости T_кр.

Большинство разрушений деталей и конструкций при эксплуатации происходит в результате циклического нагружения. Причем в ряде случаев разрушение происходит при напряжениях, лежащих ниже предела упругости.

Усталость — процесс постепенного накопления повреждений в материале при действии циклических нагрузок, приводящий к образованию трещин и разрушению.

Термин «усталость» часто заменяют термином «выносливость», который показывает сколько перемен нагрузок может выдержать металл или сплав без разрушения. Сопротивление усталости характеризуется пределом выносливости s_-1. Число циклов условно принято для сталей равным 10⁷, для цветных металлов — 10^-8.

Явление усталости наблюдается при изгибе, кручении, растяжении-сжатии и при других способах нагружения.

Большое влияние на выносливость оказывают микроскопическая неоднородность, неметаллические включения, газовые пузыри, химические соединения, а также надрезы, риски, царапины, наличие обезуглероженного слоя и следов коррозии на поверхности изделий, которые приводят к неравномерному распределению напряжений и снижают сопротивление материала повторно-переменным нагрузкам.

Износостойкость — сопротивление металлов изнашиванию вследствие процессов трения. Износ заключается в отрыве с трущейся поверхности отдельных ее частиц и определяется по изменению геометрических размеров или массы детали.

Усталостная прочность и износостойкость дают наиболее полное представление о долговечности деталей в конструкциях, а ударная вязкость и трещиностойкость характеризует надежность этих деталей.

Жаропрочность — способность металлов и сплавов длительно сопротивляться началу и развитию пластической деформации и разрушению под действием постоянных нагрузок при высоких температурах. Предел кратковременной прочности, предел ползучести и предел длительной прочности — численные характеристики жаропрочности.

МЕТАЛЛОВ МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

МЕТАЛЛОВ МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. Когда на металлический образец действует сила или система сил, он реагирует на это, изменяя свою форму (деформируется). Различные характеристики, которыми определяются поведение и конечное состояние металлического образца в зависимости от вида и интенсивности сил, называются механическими свойствами металла.

Интенсивность силы, действующей на образец, называется напряжением и измеряется как полная сила, отнесенная к площади, на которую она действует. Под деформацией понимается относительное изменение размеров образца, вызванное приложенными напряжениями.

УПРУГАЯ И ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ, РАЗРУШЕНИЕ

Если напряжение, приложенное к металлическому образцу, не слишком велико, то его деформация оказывается упругой – стоит снять напряжение, как его форма восстанавливается. Некоторые металлические конструкции намеренно проектируют так, чтобы они упруго деформировались. Так, от пружин обычно требуется довольно большая упругая деформация. В других случаях упругую деформацию сводят к минимуму. Мосты, балки, механизмы, приборы делают по возможности более жесткими. Упругая деформация металлического образца пропорциональна силе или сумме сил, действующих на него. Это выражается законом Гука, согласно которому напряжение равно упругой деформации, умноженной на постоянный коэффициент пропорциональности, называемый модулем упругости: s = eY, где s – напряжение, e – упругая деформация, а Y – модуль упругости (модуль Юнга). Модули упругости ряда металлов представлены в табл. 1.

Таблица1. Модули упругости металлов
Таблица 1
Металл	Вольфрам	Железо (сталь)	Медь	Алюминий	Магний	Свинец
Модуль Юнга, 10⁵МПа	3,5	2,0	1,1	0,70	0,45	0,18

Пользуясь данными этой таблицы, можно вычислить, например, силу, необходимую для того, чтобы растянуть стальной стержень квадратного поперечного сечения со стороной 1 см на 0,1% его длины:

F = YґAґDL/L = 200 000 МПа ґ 1 см²ґ0,001 = 20 000 Н (= 20 кН)

Когда к металлическому образцу прикладываются напряжения, превышающие его предел упругости, они вызывают пластическую (необратимую) деформацию, приводящую к необратимому изменению его формы. Более высокие напряжения могут вызвать разрушение материала.

Важнейшим критерием при выборе металлического материала, от которого требуется высокая упругость, является предел текучести. У самых лучших пружинных сталей практически такой же модуль упругости, как и у самых дешевых строительных, но пружинные стали способны выдерживать гораздо большие напряжения, а следовательно, и гораздо большие упругие деформации без пластической деформации, поскольку у них выше предел текучести.

Пластические свойства металлического материала (в отличие от упругих) можно изменять путем сплавления и термообработки. Так, предел текучести железа подобными методами можно повысить в 50 раз. Чистое железо переходит в состояние текучести уже при напряжениях порядка 40 МПа, тогда как предел текучести сталей, содержащих 0,5% углерода и несколько процентов хрома и никеля, после нагревания до 950° С и закалки может достигать 2000 МПа.

Когда металлический материал нагружен с превышением предела текучести, он продолжает деформироваться пластически, но в процессе деформирования становится более твердым, так что для дальнейшего увеличения деформации требуется все больше повышать напряжение. Такое явление называется деформационным или механическим упрочнением (а также наклепом). Его можно продемонстрировать, скручивая или многократно перегибая металлическую проволоку. Деформационное упрочнение металлических изделий часто осуществляется на заводах. Листовую латунь, медную проволоку, алюминиевые стержни можно холодной прокаткой или холодным волочением довести до уровня твердости, который требуется от окончательной продукции.

Растяжение.

Соотношение между напряжением и деформацией для материалов часто исследуют, проводя испытания на растяжение, и при этом получают диаграмму растяжения – график, по горизонтальной оси которого откладывается деформация, а по вертикальной – напряжение (рис. 1). Хотя при растяжении поперечное сечение образца уменьшается (а длина увеличивается), напряжение обычно вычисляют, относя силу к исходной площади поперечного сечения, а не к уменьшенной, которая давала бы истинное напряжение. При малых деформациях это не имеет особого значения, но при больших может приводить к заметной разнице. На рис. 1 представлены кривые деформация – напряжение для двух материалов с неодинаковой пластичностью. (Пластичность – это способность материала удлиняться без разрушения, но и без возврата к первоначальной форме после снятия нагрузки.) Начальный линейный участок как той, так и другой кривой заканчивается в точке предела текучести, где начинается пластическое течение. Для менее пластичного материала высшая точка диаграммы, его предел прочности на растяжение, соответствует разрушению. Для более пластичного материала предел прочности на растяжение достигается тогда, когда скорость уменьшения поперечного сечения при деформировании становится больше скорости деформационного упрочнения. На этой стадии в ходе испытания начинается образование «шейки» (локальное ускоренное уменьшение поперечного сечения). Хотя способность образца выдерживать нагрузку уменьшается, материал в шейке продолжает упрочняться. Испытание заканчивается разрывом шейки.

Типичные значения величин, характеризующих прочность на растяжение ряда металлов и сплавов, представлены в табл. 2. Нетрудно видеть, что эти значения для одного и того же материала могут сильно различаться в зависимости от обработки.

Таблица 2
Таблица 2
Металлы и сплавы	Состояние	Предел текучести, МПа	Предел прочности на растяжение, МПа	Удлинение, %
Малоуглеродистая сталь (0,2% С)	Горячекатанная	300	450	35
Среднеуглеродистая сталь (0,4% С, 0,5% Mn)	Упрочненная и отпущенная	450	700	21
Высокопрочная сталь (0,4% С, 1,0% Mn, 1,5% Si, 2,0% Cr, 0,5% Мo)	Упрочненная и отпущенная	1750	2300	11
Серый чугун	После литья	–	175–300	0,4
Алюминий технически чистый	Отожженный	35	90	45
Алюминий технически чистый	Деформационно-упрочненный	150	170	15
Алюминиевый сплав (4,5% Cu, 1,5% Mg, 0,6% Mn)	Упрочненный старением	360	500	13
Латунь листовая (70% Cu, 30% Zn)	Полностью отожженная	80	300	66
Латунь листовая (70% Cu, 30% Zn)	Деформационно-упрочненная	500	530	8
Вольфрам, проволока	Тянутая до диаметра 0,63 мм	2200	2300	2,5
Свинец	После литья	0,006	12	30

Сжатие.

Упругие и пластические свойства при сжатии обычно весьма сходны с тем, что наблюдается при растяжении (рис. 2). Кривая соотношения между условным напряжением и условной деформацией при сжатии проходит выше соответствующей кривой для растяжения только потому, что при сжатии поперечное сечение образца не уменьшается, а увеличивается. Если же по осям графика откладывать истинное напряжение и истинную деформацию, то кривые практически совпадают, хотя при растяжении разрушение происходит раньше.

Твердость.

Твердость материала – это его способность сопротивляться пластической деформации. Поскольку испытания на растяжение требуют дорогостоящего оборудования и больших затрат времени, часто прибегают к более простым испытаниям на твердость. При испытаниях по методам Бринелля и Роквелла в поверхность металла при заданных нагрузке и скорости нагружения вдавливают «индентор» (наконечник, имеющий форму шара или пирамиды). Затем измеряют (часто это делается автоматически) размер отпечатка, и по нему определяют показатель (число) твердости. Чем меньше отпечаток, тем больше твердость. Твердость и предел текучести – это в какой-то мере сравнимые характеристики: обычно при увеличении одной из них увеличивается и другая.

Может сложиться впечатление, что в металлических материалах всегда желательны максимальные предел текучести и твердость. На самом деле это не так, и не только по экономическим соображениям (процессы упрочнения требуют дополнительных затрат).

Во-первых, материалам необходимо придавать форму различных изделий, а это обычно осуществляется с применением процессов (прокатки, штамповки, прессования), в которых важную роль играет пластическая деформация. Даже при обработке на металлорежущем станке очень существенна пластическая деформация. Если твердость материала слишком велика, то для придания ему нужной формы требуются слишком большие силы, вследствие чего режущие инструменты быстро изнашиваются. Такого рода трудности можно уменьшить, обрабатывая металлы при повышенной температуре, когда они становятся мягче. Если же горячая обработка невозможна, то используется отжиг металла (медленные нагрев и охлаждение).

Во-вторых, по мере того как металлический материал становится тверже, он обычно теряет пластичность. Иначе говоря, материал становится хрупким, если его предел текучести столь велик, что пластическая деформация не происходит вплоть до тех напряжений, которые сразу же вызывают разрушение. Конструктору обычно приходится выбирать какие-то промежуточные уровни твердости и пластичности.

Ударная вязкость и хрупкость.

Вязкость противоположна хрупкости. Это способность материала сопротивляться разрушению, поглощая энергию удара. Например, стекло хрупкое, потому что оно не способно поглощать энергию за счет пластической деформации. При столь же резком ударе по листу мягкого алюминия не возникают большие напряжения, так как алюминий способен к пластической деформации, поглощающей энергию удара.

Существует много разных методов испытания металлов на ударную вязкость. При использовании метода Шарпи призматический образец металла с надрезом подставляют под удар отведенного маятника. Работу, затраченную на разрушение образца, определяют по расстоянию, на которое маятник отклоняется после удара. Такие испытания показывают, что стали и многие металлы ведут себя как хрупкие при пониженных температурах, но как вязкие – при повышенных. Переход от хрупкого поведения к вязкому часто происходит в довольно узком температурном диапазоне, среднюю точку которого называют температурой хрупко-вязкого перехода. Другие испытания на ударную вязкость тоже указывают на наличие такого перехода, но измеренная температура перехода изменяется от испытания к испытанию в зависимости от глубины надреза, размеров и формы образца, а также от метода и скорости ударного нагружения. Поскольку ни в одном из видов испытаний не воспроизводится весь диапазон рабочих условий, испытания на ударную вязкость ценны лишь тем, что позволяют сравнивать разные материалы. Тем не менее они дали много важной информации о влиянии сплавления, технологии изготовления и термообработки на склонность к хрупкому разрушению. Температура перехода для сталей, измеренная по методу Шарпи с V-образным надрезом, может достигать +90° С, но соответствующими легирующими присадками и термообработкой ее можно понизить до -130° С.

Хрупкое разрушение стали было причиной многочисленных аварий, таких, как неожиданные прорывы трубопроводов, взрывы сосудов давления и складских резервуаров, обвалы мостов. Среди самых известных примеров – большое количество морских судов типа «Либерти», обшивка которых неожиданно расходилась во время плавания. Как показало расследование, выход из строя судов «Либерти» был обусловлен, в частности, неправильной технологией сварки, оставлявшей внутренние напряжения, плохим контролем за составом сварного шва и дефектами конструкции. Сведения, полученные в результате лабораторных испытаний, позволили существенно уменьшить вероятность таких аварий. Температура хрупко-вязкого перехода некоторых материалов, например вольфрама, кремния и хрома, в обычных условиях значительно выше комнатной. Такие материалы обычно считаются хрупкими, и придавать им нужную форму за счет пластической деформации можно только при нагреве. В то же время медь, алюминий, свинец, никель, некоторые марки нержавеющих сталей и другие металлы и сплавы вообще не становятся хрупкими при понижении температуры. Хотя многое уже известно о хрупком разрушении, это явление нельзя еще считать полностью изученным.

Усталость.

Усталостью называется разрушение конструкции под действием циклических нагрузок. Когда деталь изгибается то в одну, то в другую сторону, ее поверхности поочередно подвергаются то сжатию, то растяжению. При достаточно большом числе циклов нагружения разрушение могут вызывать напряжения, значительно более низкие, чем те, при которых происходит разрушение в случае однократного нагружения. Знакопеременные напряжения вызывают локализованные пластическую деформацию и деформационное упрочнение материала, в результате чего с течением времени возникают малые трещины. Концентрация напряжений вблизи концов таких трещин заставляет их расти. Сначала трещины растут медленно, но по мере уменьшения поперечного сечения, на которое приходится нагрузка, напряжения у концов трещин увеличиваются. При этом трещины растут все быстрее и, наконец, мгновенно распространяются на все сечение детали. См. также РАЗРУШЕНИЯ МЕХАНИЗМЫ.

Усталость, несомненно, является самой распространенной причиной выхода конструкций из строя в условиях эксплуатации. Особенно подвержены этому детали машин, работающие в условиях циклического нагружения. В авиастроении усталость оказывается очень важной проблемой из-за вибрации. Во избежание усталостного разрушения приходится часто проверять и заменять детали самолетов и вертолетов.

Ползучесть.

Ползучестью (или крипом) называется медленное нарастание пластической деформации металла под действием постоянной нагрузки. С появлением воздушно-реактивных двигателей, газовых турбин и ракет стали приобретать все более важное значение свойства материалов при повышенных температурах. Во многих областях техники дальнейшее развитие сдерживается ограничениями, связанными с высокотемпературными механическими свойствами материалов.

При нормальных температурах пластическая деформация устанавливается почти мгновенно, как только прикладывается соответствующее напряжение, и в дальнейшем мало увеличивается. При повышенных же температурах металлы не только становятся мягче, но и деформируются так, что деформация продолжает нарастать со временем. Такая зависящая от времени деформация, или ползучесть, может ограничивать срок службы конструкций, которые должны длительное время работать при повышенных температурах.

Чем больше напряжения и чем выше температура, тем больше скорость ползучести. Типичные кривые ползучести представлены на рис. 3. После начальной стадии быстрой (неустановившейся) ползучести эта скорость уменьшается и становится почти постоянной. Перед разрушением скорость ползучести вновь увеличивается. Температура, при которой ползучесть становится критической, неодинакова для разных металлов. Предметом забот телефонных компаний является ползучесть подвесных кабелей в свинцовой оболочке, работающих при обычных температурах окружающей среды; в то же время некоторые специальные сплавы могут работать при 800° С, не обнаруживая чрезмерной ползучести.

Срок службы деталей в условиях ползучести может определяться либо предельно допустимой деформацией, либо разрушением, и конструктор должен всегда иметь в виду эти два возможных варианта. Пригодность материалов для изготовления изделий, рассчитанных на длительную работу при повышенных температурах, например лопаток турбин, трудно оценить заранее. Испытания за время, равное предполагаемому сроку службы, зачастую практически невозможны, а результаты кратковременных (ускоренных) испытаний не так просто экстраполировать на более длительные сроки, поскольку может измениться характер разрушения. Хотя механические свойства жаропрочных сплавов постоянно улучшаются, перед металлофизиками и материаловедами всегда будет стоять задача создания материалов, способных выдерживать еще более высокие температуры. См. также МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОЕ.

КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА

Выше речь шла об общих закономерностях поведения металлов под действием механических нагрузок. Чтобы лучше понять соответствующие явления, нужно рассмотреть атомное строение металлов. Все твердые металлы – кристаллические вещества. Они состоят из кристаллов, или зерен, расположение атомов в которых соответствует правильной трехмерной решетке. Кристаллическую структуру металла можно представить как состоящую из атомных плоскостей, или слоев. Когда прикладывается напряжение сдвига (сила, заставляющая две соседние плоскости металлического образца скользить друг по другу в противоположных направлениях), один слой атомов может сдвинуться на целое межатомное расстояние. Такой сдвиг скажется на форме поверхности, но не на кристаллической структуре. Если один слой сдвинется на много межатомных расстояний, то на поверхности образуется «ступенька». Хотя отдельные атомы слишком малы, чтобы их можно было увидеть под микроскопом, ступеньки, образовавшиеся за счет скольжения, хорошо видны под микроскопом и названы линиями скольжения.

Обычные металлические предметы, встречающиеся нам ежедневно, являются поликристаллическими, т.е. состоят из большого числа кристаллов, в каждом из которых своя ориентация атомных плоскостей. Деформация обычного поликристаллического металла имеет с деформацией монокристалла то общее, что она происходит за счет скольжения по атомным плоскостям в каждом кристалле. Заметное же скольжение целых кристаллов по их границам наблюдается только в условиях ползучести при повышенных температурах. Средний размер одного кристалла, или зерна, может составлять от нескольких тысячных до нескольких десятых долей сантиметра. Желательна более мелкая зернистость, так как механические характеристики мелкозернистого металла лучше, чем у крупнозернистого. Кроме того, мелкозернистые металлы менее хрупки.

Скольжение и дислокации.

Процессы скольжения удалось подробнее исследовать на монокристаллах металлов, выращенных в лаборатории. При этом выяснилось не только то, что скольжение происходит в некоторых определенных направлениях и обычно по вполне определенным плоскостям, но и то, что монокристаллы деформируются при очень малых напряжениях. Переход монокристаллов в состояние текучести начинается для алюминия при 1, а для железа – при 15–25 МПа. Теоретически же этот переход в обоих случаях должен происходить при напряжениях ок. 10 000 МПа. Такое расхождение между экспериментальными данными и теоретическими расчетами на протяжении многих лет оставалось важной проблемой. В 1934 Тейлор, Полани и Орован предложили объяснение, основанное на представлении о дефектах кристаллической структуры. Они высказали предположение, что при скольжении сначала происходит смещение в какой-то точке атомной плоскости, которое затем распространяется по кристаллу. Граница между сдвинувшейся и несдвинувшейся областями (рис. 4) представляет собой линейный дефект кристаллической структуры, названный дислокацией (на рисунке эта линия уходит в кристалл перпендикулярно плоскости рисунка). Когда к кристаллу прикладывается напряжение сдвига, дислокация движется, вызывая скольжение по плоскости, в которой она находится. После того как дислокации образовались, они очень легко движутся по кристаллу, чем и объясняется «мягкость» монокристаллов.

В кристаллах металлов обычно имеется множество дислокаций (общая длина дислокаций в одном кубическом сантиметре отожженного металлического кристалла может составлять более 10 км). Но в 1952 научные сотрудники лабораторий корпорации «Белл телефон», испытывая на изгиб очень тонкие нитевидные кристаллы («усы») олова, обнаружили, к своему удивлению, что изгибная прочность таких кристаллов близка к теоретическому значению для совершенных кристаллов. Позднее были обнаружены чрезвычайно прочные нитевидные кристаллы и многих других металлов. Как предполагают, столь высокая прочность обусловлена тем, что в таких кристаллах либо вообще нет дислокаций, либо имеется одна, идущая по всей длине кристалла.

Температурные эффекты.

Влияние повышенных температур можно объяснить, исходя из представлений о дислокациях и зеренной структуре. Многочисленные дислокации в кристаллах деформационно-упрочненного металла искажают кристаллическую решетку и увеличивают энергию кристалла. Когда же металл нагревается, атомы становятся подвижными и перестраиваются в новые, более совершенные кристаллы, содержащие меньше дислокаций. С такой рекристаллизацией и связано разупрочнение, которое наблюдается при отжиге металлов.

Механические и технологические свойства металлов

Твердость: Твердость — это свойство металлов, которое позволяет им сопротивляться вдавливанию или надрезам. Менее закаленный металл легко обрабатывается. Напротив, когда твердость металла увеличивается, обрабатываемость металла уменьшается. Когда металл затвердевает слишком сильно, это делает металл хрупким, что, в свою очередь, может сделать металл необрабатываемым. Повышение содержания углерода в стали может привести к увеличению ее твердости и, следовательно, сделать ее хрупкой и менее поддающейся обработке.Характер термической обработки металлов после литья в песчаные формы, литье по выплавляемым моделям или другими способами определяет твердость металлов.

Еще одним важным свойством керамики является хрупкость. Некоторые виды керамики хрупкие, что делает их необрабатываемыми. Небольшая выемка на этих материалах может привести к растрескиванию и поломке.

Размер и форма металла: Это еще один важный фактор, определяющий, насколько легко или сложно обрабатывать металлы.Как вы думаете, какие металлы толщиной от 50 до 400 мм можно легко обрабатывать на станке? Тот, который имеет размер 50 мм, может быть обработан легче, чем другой, потому что его толщина меньше, чем у другого.

Металлические формы, с другой стороны, влияют на их легкость или трудность резки станком. Металл полой формы легче обрабатывать, чем толстый металлический блок квадратной формы.

Тип используемого станка: Обрабатываемость зависит от типа станка, используемого в процессе резки.Время, затрачиваемое на резку металла, работающего со скоростью 20 об / сек, не может быть таким же, когда тот же металл резается на станке со скоростью 50 об / с. То, что с частотой вращения 50 об / с будет иметь большую обрабатываемость, чем с оборотом 20 об / с. Причина в том, что отрезной диск первого покрывает металл на большее расстояние, чем второй.

Кроме того, твердость станка также определяет, насколько обрабатываемым может быть материал. Ясно известно, что обработка на станках, изготовленных из алмаза, не может быть такой же, когда один и тот же материал обрабатывается станками с низкой прочностью.Алмаз, самый твердый из известных материалов, может легко обрабатывать многие материалы из-за своей прочности.

Охлаждающие жидкости / смазки: Охлаждающие жидкости и смазочные материалы играют важную роль во время обработки материала. Поскольку смазочные материалы применяются при механической обработке, обрабатываемость металлов повышается. Это связано с тем, что смазочные материалы снижают силы трения, действующие между машиной и обрабатываемым материалом.

Также охлаждающая жидкость играет свою роль в снижении температуры обрабатывающего инструмента и обрабатываемого материала.Это снижает количество операций горячего отрыва, которое может возникнуть из-за чрезмерного нагрева. Примерами охлаждающих жидкостей, которые могут использоваться при механической обработке, являются жидкий водород, жидкий азот и жидкий гелий.

Коэффициент трения: С точки зрения физики, следует отметить, что коэффициент трения µ прямо пропорционален силе трения F из формулы µ = F / R . В формуле R — нормальная реакция между поверхностью заготовки и поверхностью режущего станка.

Согласно формуле, когда коэффициент трения покоя увеличивается, сила трения между двумя контактирующими поверхностями также увеличивается. Таким образом, более высокий коэффициент трения, который является результатом высокой силы трения, увеличивает обрабатываемость металлов. В этом контексте сила трения — это сила, необходимая для преодоления трения между двумя контактирующими поверхностями во время операции обработки. Обратите внимание, что µ не может быть равным единице, т.е. 100%.

Свариваемость

Это свойство металла, которое указывает на легкость, с которой два одинаковых или разнородных металла соединяются плавлением (с приложением давления или без него) и с использованием или без использования присадочных металлов.Между свариваемыми металлами должно иметь место капиллярное действие.

Перед сваркой свариваемые части очищаются от загрязнений. Примеси могут быть в виде жира, масла или даже оксидов. Жир на свариваемой поверхности можно удалить с помощью обезжиривающих средств. Примеси оксидов можно удалить методом флюсования. Если примеси не удалить, свариваемость металла будет нарушена до и после сварки.

При сварке, включающей использование присадочных металлов, для достижения оптимальной свариваемости используемый присадочный металл должен соответствовать основным металлам, которые необходимо сваривать.Для соединения некоторых основных металлов существуют подходящие присадочные металлы. Например, медь может использоваться в качестве присадочного металла при выполнении стальных соединений.

Фактор, влияющий на свариваемость

Есть уникальные факторы, которые влияют на свариваемость соединений. Эти факторы включают:

Состав металла;
Тепловые свойства;
Сварка техническая;
Флюсирование; и
Правильная обработка до и после сварки

Состав металла: Элементы, входящие в состав металла, влияют на его свариваемость.Материалы с более высоким содержанием серы и фосфора имеют более низкую свариваемость. Если взять, например, серый чугун, то его свариваемость низкая из-за высокого содержания в нем серы и фосфора. Опять же, когда интерес вызывает чугун с шаровидным графитом, его свариваемость выше, чем у серого чугуна, потому что он содержит меньшую долю серы и фосфора.

Тепловые свойства: Слово «тепловая» может использоваться вместо тепловой энергии. Скорость, с которой любой металл проводит тепло, влияет на свариваемость этого металла.Любой металл с хорошей теплопроводностью также хорошо сваривается.

Техника сварки: Специальные знания в области сварки также определяют свариваемость любого соединения. Существует явная разница между сваркой, выполняемой сварщиком, имеющим хороший опыт в области сварки в течение многих лет, и «мальчиком», который только учится сварке. Когда эксперт сваривает соединение, его свариваемость выглядит лучше и лучше, чем когда его выполняет простой ученик. Таким образом, свариваемость любого соединения зависит от применяемых навыков сварки, а также от техники, используемой в процессе сварки.

Флюс и присадочный металл: Флюсование проводится на металлах во время сварки для удаления примесей; особенно оксидные примеси. Материал, который будет флюсоваться, определяет вид флюса, который будет использоваться на нем. Когда флюсование выполняется на деталях, чтобы сплавиться вместе, может легко возникнуть капиллярное действие на металл.

Правильная обработка до и после сварки: Это важный фактор, определяющий свариваемость любого металла. Обработка поверхностей перед сваркой может определить, насколько свариваемым может быть соединение.Частями обработки может быть правильная сборка двух свариваемых металлов, а также сглаживание двух точек для обеспечения хорошего соединения между ними. Опять же, некоторые виды обработки свариваемой части могут продлить срок ее службы.

Отливка

Что такое литье? Литейность — это свойство металла, которое указывает на легкость изготовления отливок с меньшими затратами, меньшими дефектами и меньшими затратами времени. При изготовлении отливки необходимо стремиться к тому, чтобы отливка была без дефектов.Это одна из причин, по которой отливки после изготовления подвергаются контролю. Бездефектная отливка не может легко выйти из строя в результате коррозии или напряжения.

Пластичность: Это способность металла вытягиваться в тонкий лист или проволоку. Это может быть достигнуто путем увеличения давления на металл и последующего вытягивания под действием большой силы или приложения силы путем вытягивания. Литые или изготовленные металлы обычно обладают направленными свойствами, особенно в отношении пластичности, и обычно литой металл менее пластичен, чем металл в кованом или отожженном состоянии («Механические свойства металлов» Дональда Маклина).

Механические свойства металла «Mechteacher.com

Механические свойства — это свойства, связанные со способностью металла сопротивляться нагрузкам. Они сильно влияют на характеристики металла.

Ниже приведены некоторые важные механические свойства металла:

Эластичность
Пластичность
Пластичность
Прочность
Ковкость
Прочность
Жесткость
Ползучесть
Устойчивость
Твердость

Эластичность:

Когда к металлу прикладывается внешняя сила, он деформируется.Эластичность — это свойство, благодаря которому металл восстанавливает свою первоначальную форму после снятия приложенной к нему внешней силы.

Пластичность:

Пластичность — это свойство, благодаря которому металл постоянно сохраняет свою деформацию, когда внешняя сила, приложенная к нему, снимается.

Примеры: формовка, ковка, ковка

Пластичность:

Пластичность — это свойство, благодаря которому металл можно растянуть на тонкую проволоку. Он определяется процентным удлинением и процентным уменьшением площади металла.

Прочность:

Когда к металлу прикладывается огромная внешняя сила, металл разрушается. Прочность — это способность металла сопротивляться разрушению.

Ковкость:

Это свойство, благодаря которому металл можно раскатывать в тонкие листы. Металлы с высокой ковкостью (например, мягкая сталь) широко используются при производстве листового металла.

Прочность:

При приложении внешних сил к металлу может произойти разрыв (хрупкий металл) или деформация (пластичный металл).Прочность — это свойство металла, благодаря которому он противостоит внешней силе, не ломаясь и не деформируясь.

Жесткость:

При приложении внешней силы к металлу возникает внутреннее сопротивление. Внутреннее сопротивление, развиваемое на единицу площади, называется напряжением. Жесткость — способность

Механические свойства металлов

Механические свойства металлов определяют диапазон полезности металла и определяют ожидаемую службу. Механические свойства также используются для определения и идентификации металлов. Наиболее распространенными рассматриваемыми свойствами являются прочность, твердость, пластичность и ударопрочность.

Механические свойства металлов определяют диапазон использования. металла и установить сервис, которого можно ожидать.механический свойства также используются для определения и идентификации металлов. Большинство общие рассматриваемые свойства: прочность, твердость, пластичность и ударопрочность. сопротивление.

Прочность

Сила металла — это его способность выдерживать воздействие внешних сил без поломки. Предел прочности на разрыв, также называемый пределом прочности, — максимальная прочность металла при испытании на растяжение. испытание на растяжение — это метод определения поведения металла при фактическая растягивающая нагрузка.Этот тест обеспечивает предел упругости, удлинение, предел текучести, предел текучести, предел прочности и уменьшение площади. Испытания на растяжение обычно проводятся в стандартизированных при комнатной температуре, но также можно производить при повышенных температурах.

Многие машины для испытаний на растяжение оборудованы для построения кривой, которая показывает нагрузка или напряжение, а также напряжение или движение, возникающие во время теста операция. В процессе тестирования нагрузка увеличивается постепенно и образец будет растягиваться или удлиняться пропорционально растягивающей нагрузке.

Образец будет удлиняться прямо пропорционально нагрузке во время упругий участок кривой до точки А. В этой точке образец продолжит удлинение, но без увеличения нагрузки. Это известен как предел текучести стали и является концом эластичного часть. В любой точке до точки А, если нагрузка устранена, образец вернется к своему первоначальному размеру.

Урожайность происходит от точки А до точки Б, и это область пластическая деформация.Если бы нагрузка была устранена в точке B, образец не вернется к своему первоначальному размеру, а вместо этого взять перманентный набор. После точки B нагрузку необходимо увеличить до далее растяните образец.

Нагрузка увеличится до точки C, которая является пределом прочности материал. В точке C образец сломается, и нагрузка больше не будет несется. Предел прочности материала на разрыв достигается за счет деление предельной нагрузки на площадь поперечного сечения исходного образец.Это обеспечивает предел прочности на разрыв в Ньютонах на квадратный миллиметр (мегапаскали, МПа) или фунтов на квадратный дюйм.

Предел текучести или предел текучести получают путем деления нагрузки на текучесть или в точке А по исходной площади. Это дает цифру в фунтах на квадратный дюйм или МПа. Чрезвычайно пластичные металлы не имеют предела текучести. Они растягиваются или прогибаются при малых нагрузках. Для этих металлов предел текучести равен определяется изменением удлинения.Две десятых процента относительное удлинение произвольно задается как предел текучести. Предел текучести это предел, на котором рассчитываются конструкции.

Пластичность

Пластичность металла — это свойство, которое позволяет ему растягиваться. или иным образом изменить форму без разрушения и сохранить измененные форма после снятия нагрузки.

Пластичность металла можно определить с помощью испытания на растяжение. Это выполняется путем определения процента удлинения.Маркировки делаются двумя дюймы друг от друга в точке, где произойдет разрушение. Увеличение измерительная длина, относящаяся к исходной длине, умноженная на 100, — это процент удлинения. Это делается путем нанесения меток кернером на два дюйма друг от друга. на уменьшенном участке тестового купона, тестируя купон, плотно удерживая две части вместе и повторно измеряя расстояние между отметки кернера. Исходные два дюйма вычитаются из измеренная длина, а разница делится на два и умножается на 100, чтобы получить процент удлинения.

Уменьшение площади

Уменьшение площади является еще одним показателем пластичности и достигается за счет испытание на растяжение путем измерения исходной площади поперечного сечения образец и соотнесение его с площадью поперечного сечения после разрушения.

Для круглого образца измеряется диаметр и поперечное сечение. рассчитывается площадь. После того, как испытательный стержень сломан, измеряется диаметр. в самой маленькой точке. Снова рассчитывается площадь поперечного сечения. Разница в площади делится на исходную площадь и умножается. на 100, чтобы получить процентное уменьшение площади.Эта цифра меньшее значение, чем удлинение, но обычно сообщается, когда приведены механические свойства металла.

Образец для испытания на растяжение также обеспечивает другое свойство металла. известен как его модуль упругости, также называемый модулем Юнга. это — отношение напряжения к упругой деформации. Это относится к наклон кривой к пределу текучести. Модуль упругости равен важен для дизайнеров и включен во многие формулы дизайна.

Твердость

Твердость металла определяется как сопротивление металла местное проникновение более твердого вещества. Твердость металлов измеряется вставив шарик из закаленной стали или алмаз на поверхность образец под определенным весом в машине для определения твердости.

Бринелля — один из самых популярных типов машин для измерения твердость. Он обеспечивает число твердости по Бринеллю (BHN), которое находится в килограммов на квадратный миллиметр в зависимости от нагрузки, приложенной к закаленной мяч в килограммах и делится на площадь отпечатка, оставленного мяч в квадратных миллиметрах.

Существует несколько других систем измерения твердости. Популярная машина — это твердомер по Роквеллу, в котором используется алмаз, в поверхность образца. Для обеспечения разный масштаб. Для более мягких материалов используются меньшие нагрузки. Другой метод с помощью машины твердости Виккерса, которая считывает непосредственно, как алмаз вдавливается в поверхность металла. Другой способ — это Склероскоп Берега, в котором используется небольшой падающий груз, который подпрыгивает от поверхности металла, обеспечивая меру твердости.

Ударопрочность

Стойкость металла к ударам оценивается по ударной вязкости. Металл может обладать удовлетворительной пластичностью при статических нагрузках, но может выходят из строя при динамических нагрузках или ударах.

Ударную вязкость чаще всего определяют с помощью теста Шарпи. Иногда бывает измеряется тестом Изоде. Оба типа тестов используют один и тот же тип маятниковая испытательная машина. Образец для испытаний по Шарпи представляет собой балку, поддерживаемую на обоих концах и содержит выемку в центре.Образец помещен по опорам и ударил маятником по стороне, противоположной выемке. Точность и расположение выемки имеют огромное значение. Там несколько типов образцов Шарпи; V-образный вырез — самый популярный.

Ударная вязкость металла определяется измерением энергии впитывается в перелом. Это равно весу маятника. умноженное на высоту, на которой маятник выпущен, и высоту до маятник качается после удара об образец.В стандарте Метрическая практика, ударопрочность измеряется двумя способами. Один, в Джоулях на основе поглощенной энергии и, два, в Джоулях на квадратный сантиметр площадь поверхности излома или площадь поперечного сечения под выемка. В англо-саксонских терминах ударная вязкость — это фунт-фут. поглощенной энергии.

Механические свойства материалов | Fractory

Наверное, стоит начать с признания того, что список механических свойств довольно длинный. Некоторые из них более важны и распространены, чем другие, при описании материала. Поэтому мы смотрим на эту тему с точки зрения инженера. Ему необходимо знать основы, чтобы отличать типы металлов друг от друга, чтобы принять обоснованное решение при разработке чего-либо.

Напряжение и деформация материала

Во-первых, нам нужно объяснить некоторые физические концепции, лежащие в основе механических свойств.Основной из них — стресс . Стресс говорит вам, насколько большая сила применяется к области. В машиностроении чаще всего выражается в МПа или Н / мм ². Эти двое взаимозаменяемы. Формула для расчета напряжения:

σ = F / A, где F — сила (Н), а A — площадь (мм ²).

Второе важное понятие — штамм . У деформации нет единицы, поскольку это отношение длин. Он рассчитывается следующим образом:

ε = (l-l ₀) / l ₀, где l ₀ — начальная или начальная длина (мм), а l — длина в растянутом состоянии (мм).

Модуль Юнга

Из этих двух концепций мы переходим к нашим первым механическим свойствам — жесткости и упругости как противоположности. Это важный фактор для инженеров при решении физических задач (пригодность материала для определенного применения).

Жесткий материал не сжимается и не удлиняется легко.

Жесткость выражается модулем Юнга, также известным как модуль упругости. Как одно из основных механических свойств материалов, оно определяет соотношение между напряжением и деформацией — чем больше его значение, тем жестче материал.

Это означает, что одна и та же нагрузка будет по-разному деформировать две детали одинакового размера, если у них разные модули Юнга. В то же время меньшее значение означает, что материал более эластичный.

Формула модуля Юнга:

E = σ / ε (МПа)

Предел текучести

Предел текучести или предел текучести — это значение, наиболее часто используемое в инженерных расчетах. Он придает материалу значение напряжения в МПа, которое может выдержать перед пластической деформацией. Это место называется пределом текучести.Перед ним материал восстанавливает прежнюю форму при подъеме груза. После превышения предела текучести деформация остается постоянной.

Кривая напряжения-деформации

Есть веская причина использовать предел текучести как наиболее важный фактор в машиностроении. Как видно из кривой напряжение-деформация, когда напряжение превышает предел текучести, повреждение еще не является катастрофическим. Это оставляет «подушку» перед тем, как конструкция полностью выйдет из строя.

Предел прочности на разрыв

Предел прочности на разрыв, или просто предел прочности на разрыв, является следующим шагом после предела текучести.Это значение, также измеренное в МПа, указывает максимальное напряжение, которое материал может выдержать до разрушения.

При выборе подходящего материала, который выдерживает известные силы, два материала с одинаковым пределом текучести могут иметь разные значения прочности на разрыв. Более высокая прочность на растяжение может помочь избежать несчастных случаев в случае приложения непредвиденных сил.

Пластичность

Пластичность — это механическое свойство материалов, которое показывает способность деформироваться под действием напряжения без разрушения, сохраняя при этом форму деформированной после подъема нагрузки.Металлы с большей пластичностью лучше поддаются формовке. Это очевидно при гибке металла.

Два связанных механических свойства материалов: пластичность и пластичность . Пластичность имеет очень похожее описание на пластичность — это способность материала подвергаться пластической деформации перед разрушением. Он выражается как процент удлинения или процент уменьшения площади. По сути, пластичность — это свойство, которое вам нужно, например, при волочении тонкой металлической проволоки.Хорошим примером такого пластичного материала является медь. Это делает возможным изготовление проводов.

Ковкость по определению также аналогична. Но на самом деле он характеризует пригодность материала к деформации сжатия. По сути, металл с хорошей пластичностью подходит для производства металлических пластин или листов прокаткой или молотком.

Прочность

Прочность — это сочетание прочности и пластичности. Прочный материал выдерживает сильные удары, не разрываясь.Прочность часто определяют как способность материала поглощать энергию без образования трещин.

Прочность материала важна для такого оборудования

Примером требуемой прочности являются карьерные погрузчики. Бросание огромных камней в бункеры приводит к деформациям, а не к трещинам, если материал жесткий.

Твердость

Еще один важный атрибут инженерного материала. Высокие значения твердости показывают, что материал выдерживает локальное давление. Проще говоря, твердый материал непросто поцарапать или покрыть стойкими следами (пластическая деформация).Это особенно важно при процессах сильного износа. В таких условиях подходят твердые материалы, такие как Hardox. Твердость и ударная вязкость — это два качества, на которые приходится прочность .

Твердость измеряется по царапинам, ударам или вдавливанию. Наиболее распространенный способ описания твердости — твердость при вдавливании. В зависимости от материала существуют разные способы проведения этих испытаний. Каждый дает разные единицы твердости — по Бринеллю, Виккерсу или Роквеллу.Если вы хотите сравнить 2 материала, которые имеют значения твердости в разных системах, вы должны сначала преобразовать их в один и тот же тип (например, по Виккерсу).

Хрупкость

Хрупкость обычно является нежелательным свойством материала в машиностроении. Это означает, что материал ломается без заметной пластической деформации. Признаком хрупкости материала является щелкающий звук, который он издает при разрыве.

Хрупкие материалы оставляют сломанные края, которые заметно прилегают друг к другу.

Хотя, если подумать о хрупкости, это может быть связано с низкой прочностью, но на самом деле это не так.Эти двое не исключают друг друга. Прочный материал может быть хрупким. Пример тому — керамика. Чугун — это пример хрупкого металла.

Прочность на усталость

Испытание на усталость алюминиевого образца

Испытание на усталость алюминиевой детали

Усталостная прочность или предел выносливости выражает способность материала выдерживать циклические нагрузки. В случае железных сплавов существует четкий предел, которому металл может сопротивляться. В случае, если напряжение ниже предела (по количеству циклов), нет страха сломаться.

Это важное свойство материала, которое следует учитывать при проектировании валов. Направление силы постоянно меняется при вращении вала, что означает, что напряжение имеет циклический характер.

Для других металлов, таких как алюминий и медь, нет четких пределов устойчивости к циклическим нагрузкам. Они все еще имеют тенденцию ломаться после определенного значения обратного напряжения изгиба . Для таких материалов существует еще одна аналогичная измеряемая величина — , предел прочности .

Обладая усталостной прочностью, материал имеет бесконечный срок службы, если значение напряжения ниже предела усталости. В случае прочности на выносливость вы получаете значение, ниже которого материал может работать определенное количество циклов. Обычно это 10 ⁷.

Если вы приняли осознанное решение о выборе материала, пришло время для производства. Мы здесь, чтобы помочь вам с производственными услугами онлайн!

Механические свойства металлов | Металлы и сплавы

Основные механические свойства

Механические свойства металлов

Оценка свойств

Конструкторская прочность металлов

Критерии оценки

Похожие материалы

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

Механические свойства металлов и сплавов

Механические свойства металлов

Основные механические свойства

Таблица.1. Механические свойства основных промышленных сплавов

Основные механические свойства металлов

Механические свойства металлов

Оценка свойств

Физические свойства металлов

Конструкторская прочность металлов

Критерии оценки

Как определить механические свойства?

Механические свойства

Механические свойства металлов — Студопедия

Отклонение частоты

МЕТАЛЛОВ МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА | Энциклопедия Кругосвет

УПРУГАЯ И ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ, РАЗРУШЕНИЕ

Растяжение.

Сжатие.

Твердость.

Ударная вязкость и хрупкость.

Усталость.

Ползучесть.

КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА

Скольжение и дислокации.

Температурные эффекты.

Механические и технологические свойства металлов

Механические свойства металла «Mechteacher.com

Эластичность:

Пластичность:

Пластичность:

Прочность:

Ковкость:

Прочность:

Жесткость:

Механические свойства металлов

Прочность

Пластичность

Уменьшение площади

Твердость

Ударопрочность

Механические свойства материалов | Fractory

Напряжение и деформация материала

Модуль Юнга

Предел текучести

Предел прочности на разрыв

Пластичность

Прочность

Твердость

Хрупкость

Прочность на усталость

Испытание на усталость алюминиевого образца

Добавить комментарий Отменить ответ