Механические свойства материалов
Широкое применение в промышленности получило железо, которое в сплавах с углеродом и другими элементами образует группу черных металлов. В эту группу входят различные марки стали и чугуна. Из цветных металлов широко используются медь (обычно в виде сплавов), магний, алюминий, свинец, олово и др.
Металлы и сплавы имеют различные физические, механические, химические и технологические свойства.
Механические свойствахарактеризуют способность материалов сопротивляться действию внешних сил. К основным механическим свойствам относятся прочность, твердость, ударная вязкость, упругость, пластичность, хрупкость и др.
Прочность — это способность материала сопротивляться разрушающему
воздействию внешних сил.
Твердость — это способность материала сопротивляться внедрению в него
другого, более твердого тела под действием нагрузки.
Вязкостью называется свойство материала сопротивляться разрушению под
действием динамических нагрузок.
Упругость — это свойство материалов восстанавливать свои размеры и форму после прекращения действия нагрузки.
Пластичностью называется способность материалов изменять свои размеры и форму под действием внешних сил, не разрушаясь при этом.
Хрупкость — это свойство материалов разрушаться под действием внешних сил без остаточных деформаций.
Рисунок 2.1 Статические испытания на растяжение:а – схема испытания; б – диаграмма растяжения
При статических испытаниях на растяжение определяют величины,
характеризующие прочность, пластичность и упругость материала. Испытания производятся на цилиндрических (или плоских) образцах с определенным соотношением между длиной l0 и диаметром d0. Образец растягивается под действием приложенной силы Р (рис. 1,а) до разрушения. Внешняя нагрузка вызывает в образце напряжение и деформацию. Σ — это отношение силы Р к площади поперечною сечения F, Мпа:
Деформация характеризует изменение размеров образца под действием нагрузки, %:
где: l — длина растянутого образца.
Деформация может быть упругой (исчезающей после снятия нагрузки) и пластической (остающейся после снятия нагрузки).
Относительное удлинение и относительное сужение характеризуют пластичность материала.
Твердость металлов измеряется путем вдавливания в испытуемый образец
твердого наконечника различной формы.
Метод Бринелля основан на вдавливании в поверхность металла стального
закаленного шарика под действием определенной нагрузки. После снятия нагрузки в образце остается отпечаток. Число твердости по Бринеллю НВ определяется отношением нагрузки, действующей на шарик, к площади поверхности полученного отпечатка.
Метод Роквелла основан на вдавливании в испытуемый образец закаленного
стального шарика диаметром 1,588 мм (шкала В) или алмазного конуса с углом при вершине 120° (шкалы А и С). Вдавливание производится под действием двух нагрузок — предварительной равной 100 Н и окончательной равной 600, 1000. 1500 Н для шкал А, В и С соответственно. Число твердости по Роквеллу HRA, HRB и HRC определяется по разности глубин вдавливания.
В методе Виккерса применяют вдавливание алмазной четырехгранной
пирамиды с углом при вершине 136°. Число твердости по Виккерсу HV
определяется отношением приложенной нафузки к площади поверхности
отпечатка.
Ударная вязкость определяется работой А, затраченной на разрушение
образца, отнесенной к площади его поперечного сечения F; Дж/м2:
Испытания проводятся ударом специального маятникового копра. Для
испытания применяется стандартный надрезанный образец, устанавливаемый на опорах копра. Маятник определенной массы наносит удар по стороне
противоположной надрезу.