Механические свойства материалов
Твёрдость
21
www.chemdm.ru
Механические свойства материалов
Ударные испытания – сопротивление образца повторным ударам груза определенной массы, падающегосзаданнойвысоты
c 
h
a
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Нож |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
маятника |
|
|
|
|
0 |
|
|
Образец |
Надрез |
|
|
|
||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
|
H |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Маятниковый копр |
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
E0 |
= G H = G l 1 cosα – исходный запас энергии маятника |
|||
|
l |
|
|||||||||||
|
|
|
|
Опоры |
|
E = G h = G l 1 cos – остаток энергии маятника |
|||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
A = E0 E = G l cos cosα |
– работа, затраченнаянаизлом |
||
b |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
a = |
A |
– ударнаявязкость |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
Усталостные испытания |
H |
S |
|
||||||||||
– сопротивление |
|||||||||||||
образца циклическим синусоидальным напряжениям |
|||||||||||||
|
|
|
max |
|
ln max |
|
|
|
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|||||||
+max
|
|
1 |
|
N1 – усталостная долговечность |
|
|
t R |
ln R |
|
– |
|
|
||
min |
|
R – предел выносливости |
||
|
|
|
|
|
N1 N ln N
максимальноенапряжениецикла ( max) – долговечность (N числоцикловнагружениядомоментаразрушенияобразца)
22
www.chemdm.ru
Механические свойства материалов
Износостойкость
v = |
U |
|
– скорость изнашивания (U – значениеизносалинейного, объемногоилимассового) |
|
|
τ |
|||
|
|
|
|
|
I = |
U |
|
– интенсивностьизнашивания (L – путьизнашивания) |
|
L |
|
|||
|
|
|
|
|
Долговечность
|
|
α |
Аи эмпирическиопределяемыекоэффициентывременной |
|
τ = А exp |
|
|
|
прочности, зависящиеотприродыматериала |
|
||||
|
|
σ |
||
Вязкость – сопротивление, испытываемоематериаломпри движенииоднихегочастейотносительнодругих
η = |
±F l τ |
– эффективнаявязкостьтвердыхтел, Па∙с |
|
± l S |
|||
|
,T |
F – значениерастягивающейилисжимающейсилы l – длинаобразца
l – величинанеупругойдеформации– время
S – площадьпоперечногосеченияобразца
23
www.chemdm.ru
Физические свойства материалов
Плотность
ρ= m V
Метод обмера и взвешивания |
|
mв (ρж ρв ) |
|
|
Метод измерения плавучести |
ρ = |
+ ρв |
||
|
||||
Пикнометрический метод |
|
mв mж |
||
(mпм mп ) ρж |
||||
Ареометрический метод ρ= |
|
|||
(mпж mп ) (mпжм mпм ) |
||||
Температура плавления
Термический анализ
24
www.chemdm.ru
Теплофизические свойства материалов
Теплоёмкость– количество теплоты, необходимоедля нагреванияединицымассывеществанаодинградус, Дж/(кг∙К)
с |
С |
|
|
Q |
|
удельная теплоемкость |
|
|
||
|
m T |
|
|
|||||||
|
m |
|
|
|
||||||
Теплопроводность– количественнаяхарактеристика |
|
|||||||||
способностителапроводитьтепло |
|
|
||||||||
(удельнаятеплопроводность) – количество теплоты, проходящейчерез |
Q = S |
T |
||||||||
образецматериалатолщинойвединицудлины (1 м), площадьювединицуплощади |
||||||||||
(1 м2), заединицувремени (1 с) приединичномтемпературномградиенте(1 К), Вт/(м∙К) |
|
l |
||||||||
Температуропроводность– количественная |
|
|
||||||||
характеристикаскоростиизменениятемпературытелав |
|
|
||||||||
неравновесныхтепловыхпроцессах |
|
|
||||||||
= |
|
|
|
|
коэффициент температуропроводности, м2/с |
|
||||
сp |
|
|
||||||||
|
|
|
|
|
|
|||||
25
www.chemdm.ru
Теплофизические свойства материалов
Температурный коэффициент расширения–
эффект изменения размеров тела с изменением температуры при постоянном давлении
V1 dVdT
1 dl l0 dT
температурный коэффициент объемного расширения
температурный коэффициент линейного расширения
|
|
1 |
|
l |
|
|
|||||
|
T |
||||
|
|
l0 |
|||
= 3 дляизотропныхматериалов
Термостойкость– способность материала в виде образцов определенной формы и размеров выдерживать без разрушения действие некоторой разности температур в определенных условиях
Т c1 nE
Т c2 KnE
стационарный режим нагрева
нестационарный режим нагрева
Т – разрушающая разность температур
с1 и с2 , n (0.5 1) – поправочныекоэффициенты
Т n1 T1 n2 T2 ...nm Tm n1 n2 ...nm
26
www.chemdm.ru
Теплофизические свойства материалов
Теплостойкость– температура, прикоторойнаступаетеще допустимоеизменениеформыприточечномилиизгибающем приложениинагрузки
Жаростойкость– сопротивлениематериаларазрушениюпри повышенныхтемпературах
Предел механической жаростойкости– температура, при
которойэффективнаявязкостьснижаетсядоминимальнодопустимогозначения
приопределенномнапряженииизаданнойдлительностиеговоздействия
Химическая жаростойкость– увеличениеилиуменьшениемассыили объемаматериала, приходящеесянаединицуегоповерхностивтечениезаданного временизасчетпротеканияхимическихреакций
Жаропрочность– способностьматериаловработатьпод напряжениемвусловияхповышенныхтемпературбеззаметной остаточнойдеформациииразрушения
27
www.chemdm.ru
Теплофизические свойства материалов
Температура разложения– минимальная температура, прикоторойизматериалаврезультатеразложениявыделяетсязаметное количествогаза
Температура воспламенения– минимальная
температура, прикоторойизматериалаврезультатеразложения выделяетсядостаточноеколичествогорючихгазов, способных воспламенитьсяотвнесенногопламени
Температура возгорания– минимальнаятемпература окружающеговоздуха, прикоторойвотсутствиевнешнегоисточника зажиганиявозникаетсамовозгорание
Огнестойкость– характеризуетстепеньсгоранияматериала (от полностьюсгораемыхдонегорючих) ивыражаетсяпроизведением потеримассынапутьраспространенияфронтагорения
28
www.chemdm.ru
Электрофизические свойства материалов
Напряженность электрического поля– Е |
F |
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||
q |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||||||||
интенсивность его силового воздействия на вещество |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
проводники |
полупроводники |
диэлектрики |
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
большое |
ограниченное |
|
|
|
отсутствие |
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
количество |
|
количество |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
свободных |
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
свободных |
|
свободных |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
носителей заряда |
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
носителей заряда |
носителей заряда |
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
Область |
|
|
|
Е0 |
|
относительная |
|
|
|
||||||||||||||||||
q C |
|
С 4 0 R |
|
|
E |
|
|
|
аномальной |
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
0 |
exp |
|
|
|
|
дисперсии |
|
|
|
|
диэлектрическая |
|
|
|||||||||||||||||
|
|
0 |
|
|
Е |
|
|
|
|||||||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||||
I |
U |
j E |
емкость в вакууме |
|
|
kT |
|
|
|
|
|
проницаемость |
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||
|
|
|
проводящего шара |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
|
|
|
l |
|
|
|
радиусом R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
W |
2 f Е2 tg |
|
|
|
||||||||||
R |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||
|
|
электрическое сопротивление, Ом |
|
|
|
|
|
|
диэлектрические потери |
|
|
||||||||||||||||||||
|
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||||||
|
|
1 |
|
|
|
S |
|
= 0 (Т) |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||
|
|
|
|
|
электропроводность, См (Ом1) |
|
|
|
|
|
|
|
|
= 90 |
|
|
|
|
|||||||||||||
G R |
l |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
q n |
n |
S |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
скоростьдрейфа |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||
|
I |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||
носителейзаряда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||
|
|
|
|
(T) Та |
|
|
|
|
|
|
n |
|
|
|
|
||||||||||||||||
VD a t q |
Е Е |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
ln f |
|
Uпр |
|||||
|
|
|
|
|
|
|
|
m |
|
|
l = VD t |
|
|
а – 0 1 дляметаллов |
|
|
|
|
|
|
|
Епр |
|
||||||||
подвижностьносителейзаряда |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||||||||||||||||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
d |
||||||||||||||||||||
n – объемнаяконцентрацияносителейзаряда |
– 1.5 3 дляполупроводников |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|||||||||||||||||||||
29
www.chemdm.ru
Магнитные свойства материалов
Магнитная индукция– интенсивность силового |
В= |
F |
воздействия магнитного поля на вещество |
q v |
Напряженность магнитного поля– разность
вектора магнитной индукции и вектора намагниченности вещества
H= |
B |
J |
0=4 ∙10 7 Гн/м – магнитная постоянная (абсолютная магнитная проницаемость вакуума) |
||||||
0 |
|||||||||
|
= |
В |
– магнитная проницаемость вещества |
<1 – диамагнетики |
J |
|
|||
|
|
|
>1 – парамагнетики |
|
|||||
|
|
В0 |
|
||||||
|
|
|
|
Jнас |
1 |
||||
|
J H |
магнитнаявосприимчивостьвещества |
<0 – диамагнетики |
Jос |
2 |
||||
|
|
|
|
|
|
>0 – парамагнетики |
-Ннас -Нс |
6 |
|
J
Jнас
Ферромагнетик
Парамагнетик
B |
3 0 |
Нс |
НнасН |
В |
5 |
-Jос |
|
4 |
-Jнас |
|
J
H
max
H |
парамагнетик ферромагнетик |
Парамагнетик в |
Диамагнетик |
|
магнитном поле |
1
0 Н
30
www.chemdm.ru