Материаловедение
Механические свойства металлов и сплавов
1
Под механическими свойствами понимают характеристики, определяющие поведение металла под действием приложенных внешних сил.
К механическим свойствам относят сопротивление металлов и сплавов деформации (прочность) и сопротивление разрушению (пластичность, вязкость). В результате механических испытаний получают численные значения механических свойств.
Статическими называют испытания, при которых прилагаемая к образцу нагрузка возрастает медленно и плавно.
Наиболее часто применяют статические испытания на растяжение.
2
Испытания на растяжение. Используют стандартные образцы круглого или прямоугольного сечения. Диаметр круглых образцов от 3 мм, для плоских образцов соотношение толщины к ширине не должно превышать 1:4. Рабочая длина образцов l0=(5,65…11,3) S.
Основным результатом испытания на растяжение является диаграмма «нагрузка – удлинение», по которой рассчитывают механические
характеристики.
Тангенс угла наклона начального участка кривой к оси абсцисс характеризует модуль нормальной упругости материала .
3
Прочностные характеристики
предел пропорциональности - это напряжение, которое материал образца выдерживает без отклонения от закона Гука, σпц.
предел упругости - условный предел упругости – напряжение, при котором остаточное удлинение достигает заданной величины, обычно 0,05% - σ0,05
предел текучести - это напряжение, при котором остаточное удлинение достигает заданной величины, обычно 0,2% - σ0,2 или σт
временное сопротивление (предел прочности) -
напряжение, равное отношению наибольшей нагрузки, предшествовавшей разрушению образца, к первоначальной площади сечения образца.
4
Характеристики пластичности
По результатам испытаний на растяжение оценивают характеристики пластической деформации.
- увеличение длины образца в результате деформации характеризуют относительным удлинением после разрыва:
|
lк |
l0 |
100% |
l 100% |
|
|
|||
|
|
l0 |
l0 |
|
- относительное сужение
F0 F k 100%
F0
5
Твердость материалов
Твердость характеризует сопротивление металла большим пластическим деформациям. Твердость определяют путем воздействия на поверхность металла наконечника, изготовленного из малодеформирующегося материала (твердая закаленная сталь, алмаз, сапфир или твердый сплав) и имеющего форму шарика, конуса, пирамиды или иглы.
d
Твердость по Бринеллю.
|
|
2P |
|
|
6 |
|
HB |
|
|
|
|
10 |
|
D( D |
|
D2 |
d2 ) |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
P0 |
|
|
|
|
|
|
Твердость по Роквеллу. |
|
|
h0 |
|
Р0+P1 |
Р0 |
|
При измерении по шкалам А и С HR = 100 - e; |
|||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
h |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
При измерении по шкале В HR = 130 - e; |
|||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
h2 |
Твердость по Виккерсу. HV=1,854(P/d2) 10-6,
6
Динамические испытания
Динамические испытания на ударный изгиб выявляют склонность материала к хрупкому разрушению. Испытания на изгиб проводят на
маятниковых копрах.
Величина работы деформации и разрушения определяется разностью потенциальных энергий маятника в начальный (после подъема на угол ) и конечный (после взлета на угол ) момент испытания:
Ан = P (H - h)
Ударная вязкость: отношение работы ударного разрушения образца к площади его поперечного сечения в месте концентратора:
KCU = Ан/F0.
Полная работа разрушения затрачивается на зарождение трещины и ее распространение:
КС = КСЗ + КСР.
Склонность к хрупкому разрушению определяется
работой распространения трещины. Для определения отдельно Краспр используют метод
Дроздовского – определение КСТ. |
7 |
Технологические свойства характеризуют способность материала подвергаться различным способам обработки.
1. Литейные свойства :
-жидкотекучесть – способность расплавленного металла заполнять литейную форму;
-усадка – характеризует способность металла изменять свои линейные размеры и объем в процессе затвердевания и охлаждения.
-ликвация – неоднородность химического состава по объему.
2.Способность материала к обработке давлением – это способность материала изменять свою форму и размеры под влиянием внешних нагрузок без разрушения.
3.Свариваемость – способность материала образовывать неразъемные соединения необходимого качества.
4.Способность к обработке резанием характеризует способность материала поддаваться обработке различным режущим инструментом.
8
Эксплуатационные свойства характеризуют способность материала работать в конкретных условиях.
Износостойкость – способность материала сопротивляться поверхностному разрушению под действием внешнего трения.
Коррозионная стойкость - способность материала сопротивляться действию агрессивных сред.
Жаростойкость - способность материала сопротивляться окислению в газовой среде при высокой температуре.
Жаропрочность - способность материала сохранять свои свойства при высоких температурах.
Хладостойкость - способность материала сохранять пластические свойства при отрицательных температурах.
Антифрикционность - способность материала прирабатываться к другому материалу.
9
Пластическая деформация металлов и сплавов
Деформацией называется изменение размеров и формы тела под действием приложенных сил.
Если после снятия внешней нагрузки форма и размеры тела возвращаются к исходным, деформация называется упругой. Упругая деформация не вызывает остаточных изменений в структуре и свойствах материала.
Если после снятия внешней нагрузки форма и размеры тела не возвращаются к исходным, деформация называется пластической. При
пластической деформации структура и свойства материала изменяются необратимо.
В общем случае, любое изменение формы определяется перемещением частиц. Перемещение происходит вдоль таких поверхностей, которые
имеют наименьшую связь по атомам или молекулам. Может быть интеркристаллитное (межзеренное) смещение и транскристаллитное (внутризеренное) смещение. В основном имеет
место транскристаллитное смещение.
10