Работа 1. Механические характеристики металлов и сплавов

Цели работы:

1. Изучить основные показатели свойств металлов и сплавов.

2. Освоить способы определения твердости материалов различными способами. Определить твердость образцов.

3. Провести испытания материалов на удар.

4. Изучить основы методики испытания материалов на растяжение.

Оборудование и приборы: твердомеры Бринелля и Роквелла, измерительный микроскоп, маятниковый копер КМ-5, штангенциркуль.

Введение

Надежность машиностроительных изделий (машины, механизмы, приборы инструменты, бытовые устройства и т.д.) и строительных конструкций определяются качеством материалов, из которых изготовлены их детали, качеством сборочных и испытательных работ.

Научно-технический прогресс в области развития производственных сил и улучшения социальных условий жизни человека приводит к появлению более современных машин и конструкций, элементы которых воспринимают все большие нагрузки и температуры, скорости взаимного перемещения. Поэтому при разработке новых конструкций во многих случаях нельзя использовать ранее применяемые материалы, т.к. в этом случае необходимо будет увеличивать размеры рабочих сечений и поверхностей и, следовательно, увеличивать габариты и вес конструкций. Поэтому наряду с совершенствованием конструкций изделий непрерывно идет разработка новых, более совершенных материалов. Используемые материалы и сплавы должны обеспечивать статическую и динамическую прочность деталей, гарантировать от опасности их усталостного разрушения, обеспечивать необходимую коррозийную стойкость и высокую износостойкость трущихся поверхностей и, как результат этого,– высокую надежность и долговечность конструкций.

Свойства металлов и сплавов можно разделить на группы:

• химического состава;

• физических свойств;

• макро- и микроструктуры;

• механических характеристик;

• технологических свойств;

• эксплуатационных свойств;

• экономических показателей.

Эти группы свойств взаимосвязаны между собой. Так химический состав в совокупности с технологией производства материалов и деталей определяет макро- и микроструктуру металла и сплава, что в свою очередь влияет на механические и технологические свойства и определяет в целом результирующие показатели качества материала – эксплуатационные свойства (надежность и долговечность изделия) и, в целом, экономическую эффективность его использования.

1.1. Химический состав

Чистые металлы (правильнее следует называть их технически чистыми металлами, т.к. они обязательно содержат какие-то примеси, даже и в очень маленькой доле) редко используются, т.к. практически все обладают более низкими свойствами, чем сплавы. Так, железо («технически чистое», с малым содержанием углерода, примесей серы, фосфора и др. химических элементов), используемое в XVII … XIX веках, сначала было вытеснено более лучшими по свойствам углеродистыми сталями, состоящими из железа и углерода (до 1,3%), а позднее - легированными (марганцем, кремнием, молибденом, вольфрамом и др. химическими элементами в различных комбинациях) сталями.

Металлы и сплавы делятся на две группы: черные металлы (железо и сплавы: стали и чугуны, имеющие в своей основе железо) и цветные металлы и сплавы (алюминиевые, медные, цинковые, титановые, оловяннистые и др.). Наибольшее распространение имеют черные металлы, т.к. при своей низкой стоимости они имеют достаточно высокие свойства по прочности и долговечности.

В реальных механизмах сопрягаемые детали изготовляются из различных материалов Так вал изготовляется из стали, обладающей высокой твердостью, а подшипник скольжения из мягкого сплава (меди, бронзы, олова,… ).