9 Механические свойства металлов

Механические свойства металлов и сплавов. К механическим свойствам металлов и сплавов относятся: прочность, твердость, упругость, пластичность, ударная вязкость, ползучесть и усталость.

Рис. 76. Виды нагрузок, вызывающих изменение формы металла или cплава

Прочность - это способность металла или сплава противостоять деформации и разрушению под действием приложенных нагрузок - растягивающих, сжимающих, изгибающих, скручивающих и срезающих (рис. 76). Нагрузки бывают внешними (вес, давление и др.) и внутренними (изменение размеров тела от нагревания и охлаждения, изменение структуры металла и т. д.), а также статическими, т. е. постоянными по величине и направлению действия, или динамическими, т. е. переменными по величине, направлению и продолжительности действия. Методы определения прочности рассмотрены отдельно. Твердостью называется способность металла или сплава оказывать сопротивление проникновению в него другого, более твердого тела. Применяют следующие способы испытания твердости металлов и сплавов вдавливанием в поверхность образца: стального закаленного шарика диаметром 2,5; 5 или 10 мм - определение твердости по Бринеллю; стального закаленного шарика диаметром 1,588 мм или алмазного конуса с углом 120° - определение твердости по Роквеллу; правильной четырехгранной алмазной пирамиды – определение твердости по Виккерсу. Упругостью называется способность металла или сплава восстанавливать первоначальную форму после прекращения действия внешней нагрузки (рис. 77).

Рис. 77. Деформация, характеризующая упругость (после снятия нагрузки образец возвращается в исходное положение)

Пластичностью называется способность металла или сплава, не разрушаясь, изменять форму под действием нагрузки и сохранять эту форму после ее снятия. Ударной вязкостью называется способность металла или сплава сопротивляться действию ударных нагрузок. Ударная вязкость измеряется в кгс•м/см2 (Дж/м2). Ползучестью называется свойство металла или сплава медленно и непрерывно пластически деформироваться под действием постоянной нагрузки (особенно при повышенных температурах). Усталостью называется постепенное разрушение металла или сплава при большом числе повторно-переменных нагрузок; свойство выдерживать эти нагрузки называется выносливостью.

10 Статические испытания металлов

Статические испытания осуществляются путем плавного возрастающего нагружения стандартного образца вплоть до его полного разрушения. При этом в любой момент можно определить с достаточной точностью значения усилия, приложенного к образцу с помощью преобразователя силы, а также измерить деформацию при помощи преобразователя перемещения или деформации.

По способу приложения нагрузок различают следующие статические испытания:

на растяжение;

сжатие;

изгиб;

кручение;

сдвиг или срез;

ползучесть.

Если детали подвергаются в процессе эксплуатации быстро возникающим нагрузкам и ударам, то испытания образцов статической нагрузкой не могут характеризовать работоспособность металла в этих условиях, так как он может переходить в хрупкое состояние. Недостаточное сопротивление быстро действующим нагрузкам будет особенно опасным для детали. Особенно опасны динамические нагрузки при наличии трещин. Поэтому во многих ТУ оговаривается необходимость динамических испытаний в определенных условиях.

Некоторые детали могут разрушаться при многократных, особенно знакопеременных нагрузках еще до наступления предела упругости. В связи с этим возникла необходимость испытывать образцы на установках, воспроизводящих те переменные напряжения, которые возникают при эксплуатации. Испытаниям подобного рода присвоено общее название испытаний на усталость .