Свойства металлов и сплавов

Машиностроение предъявляет к применяемым материалам высокие требования к качеству, которое характеризуется рядом свойств материалов.

Все свойства металлов и сплавов делятсяна: механические, физические, химические, технологические и эксплуатационные.

Механические свойства определяют способность материала сопротивляться деформации и разрушению при воздействии внешних сил. Основнымимеханическими свойствами металлов (сплавов) являются: прочность, вязкость, пластичность и твердость.

Деформация -изменение формы и размеров тела под влиянием приложенных силили в результате физико-механических процессов, возникающих в самом теле. Различают упругую деформацию, исчезающую после снятия нагрузок (пружина) и пластическую, остающуюся после снятия нагрузок (пластилин).

Рассмотрим основные характеристикимеханических свойств.

Прочность - способность твердого тела сопротивляться деформации и разрушению под воздействием статических нагрузок, т.е. нагрузок, прикладываемых к телу без ускорения. Определяют прочность материала на растяжение, сжатие, изгиб и кручение. Например, предел прочности при растяжении характеризуется временным сопротивлением на разрыв (σ _b) и определяется по формуле

;

гдеР_max - наибольшая нагрузка, которую выдерживает образец до разрушения;

F_о - начальная площадь поперечногосечения.

Вязкость - способностьматериала сопротивлятьсяударным нагрузкам.

где А - работа излома;

F - площадь в месте надреза образца.

Прочность материала на ударную вязкость определяетсяна маятниковых копрах.

Пластичность - свойство материала деформироваться без разрушения под действием внешних сил. Пластичность определяется относительным удлинением материала при разрыве.

где l - длина образца при разрыве;

l₀ - длина образца до растяжения (начальная).

Показателем пластичности является также относительное укорочение при сжатии материала

где h ₀ - начальная высота образца;

h_k - конечная высота образца.

Твердость - способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого, тела. Твердость определяется несколькими методами; методом Бринелля, методом Роквелла и методом Виккерса.

Сущность метода Бринелля заключается в том, что в испытываемый материал на специальном прессе вдавливается стальной закаленный шарик определенного диаметра, затем замеряют отпечаток и рассчитывают по формуле твердость материала в единицах Бринелля

где Р – нагрузка;

F _отп – площадь отпечатка.

Метод Роквелла осуществляется вдавливанием шарика или алмазного конуса, затем определяется глубина проникновения. Твердость, измеряемая единицами (HRC и HRA), соответствует разности глубин основной и предварительной нагрузок.

Метод Виккерса осуществляется вдавливанием четырехгранной алмазной пирамидки, затем замеряют диагонали отпечатка и определяют твердость по формуле:

где d - среднее арифметическое длины обеих диагоналей отпечатка.

Этим методом определяют твердость тонких поверхностных слоев (тонкостенные сосуды, трубы, пленки и т.п.).

Химические свойства - способность материала сопротивляться химическому воздействию различных активных сред (окисляемость, растворимость, коррозийная стойкость). Знание химических свойств необходимо для рационального выбора материала, соприкасающегося при своей работе с паром, водой, кислотами, щелочами и т.п.

К физическим свойствам относятся: цвет, плотность, электро- и теплопроводность, теплоемкость, температура плавления, магнитные свойства и др.

К технологическим свойствам относятся жидкотекучесть, свариваемость, обрабатываемость режущими инструментами, обрабатываемость методами пластической деформации (ковкой, штамповкой, прокаткой, волочением и т.п.). Эти свойства имеют большое значение при выборе того или иного метода обработки материала.

К эксплуатационным свойствам относятся хладостойкость, жаропрочность, антифрикционность, способность прирабатываться к другому материалу и др.