Какие основные характеристики приняты для оценки механических свойств
Любое вещество, будь то газ, жидкость или твердое тело, обладает рядом специфических, только ему присущих свойств. Однако эти свойства позволяют не только индивидуализировать элементы, но и объединять их в группы по принципу схожести.
Посмотрите на металлы: с обывательской точки зрения это блестящие элементы, с высокой электро- и теплопроводностью, не восприимчивые к внешним физическим воздействиям, ковкие и легко свариваемые при высоких температурах. Достаточен ли этот перечень. чтобы объединить металлы в одну группу? Конечно же нет, металлы и их производные (сплавы) гораздо сложнее и обладают целым набором химических, физических, механических и технологических свойств. Сегодня мы поговорим лишь об одной группе: механических свойствах металлов.
Основные механические свойства металлов
Что это за свойства? Под механическими понимают такие свойства субстанции, которые отражают ее умение противостоять действиям извне. Известно девять основных механических свойств металлов:
– Прочность – означает, что приложение статической, динамической или знакопеременной нагрузки не приводит к нарушению внешней и внутренней целостности материала, изменению его строения, формы и размеров.
– Твердость (часто путают с прочностью) – характеризует возможность одного материала противостоять прониканию другого, более твердого предмета.
– Упругость – означает способность к деформированию без нарушения целостности под действием определенных сил и возвращению первоначальной формы после освобождения от нагрузки.
– Пластичность (часто путают с упругостью и наоборот) – также способность к деформации без нарушения целостности, однако в отличие от упругости, пластичность означает, что объект способен сохранить полученную форму.
– Стойкость к трещинам – под воздействием внешних сил (ударов, натяжений и пр.) материал не образует трещин и сохраняет наружную целостность.
– Вязкость или ударная вязкость – антоним ломкости, то есть возможность сохранять целостность материала при возрастающих физических воздействиях.
– Износостойкость – способность к сохранению внутренней и внешней целостности при длительном трении.
– Жаростойкость – длительная возможность противостоять изменению формы, размера и разрушению при воздействии больших температур.
– Усталость – время и количество циклических воздействий, которые материал может выдержать без нарушения целостности.
Часто, говоряо тех или иных свойствах, мы путаем их названия: технологические свойства относим к физическим, физические к механическим и наоборот. И это неудивительно, ведь несмотря на глубинные отличия, лежащие в основе той или иной группы свойств, механические свойства не только крайне тесно связаны с другими характеристиками металлов, но и напрямую зависят от них.
Физические свойства металлов
Наиболее взаимозависимы между собой механические и химические свойства металлов, ведь именно химический состав металла или сплава, его внутреннее строение (особенности кристаллической решетки) диктуют все остальные его параметры. Если говорить о механических и физических свойствах металлов, то их чаще других путают между собой, что обусловлено близостью данных определений.
Физические свойства часто неотделимы от механических. К примеру, тугоплавкие металлы еще и самые прочные. Главное же отличие лежит в природе свойств. Физические свойства – те что проявляется в покое, механические – только под воздействием извне. Не хуже других связаны механические и технологические свойства металлов. Например, механическое свойство металла “прочность” может быть результатом его грамотной технологической обработки (с этой целью нередко используют “закалку” и “старение”). Обратная взаимосвязь не менее важна, к примеру, ковкость проявление хорошей ударной вязкости.
Делая вывод, можно сказать, что зная некоторые химические, физические или технологические свойства можно предугадать, как будет вести себя металл под воздействием нагрузки (т.е. механически), и наоборот.
В чем отличия механических свойств металлов и сплавов?
Различаются ли механические свойства металлов и сплавов? Безусловно. Ведь любой металлический сплав изначально создается с целью получения каких-либо конкретных свойств. Некоторые сочетания легирующих элементов и основного металла в сплаве способны мгновенно преобразить легируемый элемент. Так алюминий ( не самый прочный и твердый металл в мире) в сочетании с цинком и магнием образует сплав по прочности сравнимый со сталью. Все это дает практически неограниченные возможности в получении веществ наиболее близких к требуемым.
Отдельное внимание следует уделить механическим свойствам наплавленных металлов. Наплавленным считается металл, с помощью которого производилась сварка двух или более частей какого-то металлического элемента или конструкции. Этот металл словно нитки соединяет разорванные части. От того, как будет вести себя “шов” под нагрузкой, будет зависеть безопасность и надежность всей конструкции. Исходя из этого, крайне важно, чтобы свойства наплавленного металла были не хуже, чем у главного металла.
Как определить механические свойства?
Экспериментальным путем. Среди основных методов определения механических свойств металлов можно выделить:
– испытания на растяжение;
– метод вдавливания по Бринеллю;
– определение твердости металла по Роквеллу;
– оценка твердости по Виккерсу;
– определение вязкости с помощью маятникового копра;
Механические свойства имеют весьма серьезное значение. Их знание позволяет использовать металлы и их сплавы с наибольшей эффективностью и отдачей.
Источник
| АнатомияАнглийский язык тестированиеБилеты ГИМСВедомственная охранаВоспитание и обучение тестыГеографияДеление чиселКоординаты картыЛицензия на оружиеМедицинские тестыНовый годПословицыПрофтобор в военкоматеПсиходиагностикаРостехнадзорСпортивные тестыТаблица МенделееваТаблица умноженияТест MMPIТест на беременностьТест на ДальтонизмТест на темпераментТест РавенаТест тревожностиТесты для бухгалтеровТесты для госслужащихТесты для полицииТесты для спасателейТесты для судебных приставовТесты для учителейТесты ДОПОГТесты жизнестойкостиТесты на iqТесты на госслужбу РКТесты на профессиюТесты на статус адвокатаТесты по английскому языкуТесты по географииТесты по историиТесты по менеджменту и маркетингуТесты по охране трудаТранспортная безопасностьУголовное правоФизкультура и спорт тестыЧастная охранаЭкзамен для мигрантовЭкзамен ПДД 2015Экзамен ПДД 2016Экзамен ПДД 2018 онлайнЭкзамен ПДД онлайн 2017ЭлектробезопасностьЮриспруденция, государство и право тесты
Вопрос из теста: Тесты для сварщиков. Еще вопросы: Для чего в сталь вводятся легирующие элементы? Что называют трещиной? Какой тип источников питания предназначен для сварки на переменном токе? Какие проводники должны использоваться в качестве нулевых защитных проводников, идущих к переносным электроприемникам? Чем определяются свойства сварного соединения?
|
Источник
| АнатомияАнглийский язык тестированиеБилеты ГИМСВедомственная охранаВоспитание и обучение тестыГеографияДеление чиселКоординаты картыЛицензия на оружиеМедицинские тестыНовый годПословицыПрофтобор в военкоматеПсиходиагностикаРостехнадзорСпортивные тестыТаблица МенделееваТаблица умноженияТест MMPIТест на беременностьТест на ДальтонизмТест на темпераментТест РавенаТест тревожностиТесты для бухгалтеровТесты для госслужащихТесты для полицииТесты для спасателейТесты для судебных приставовТесты для учителейТесты ДОПОГТесты жизнестойкостиТесты на iqТесты на госслужбу РКТесты на профессиюТесты на статус адвокатаТесты по английскому языкуТесты по географииТесты по историиТесты по менеджменту и маркетингуТесты по охране трудаТранспортная безопасностьУголовное правоФизкультура и спорт тестыЧастная охранаЭкзамен для мигрантовЭкзамен ПДД 2015Экзамен ПДД 2016Экзамен ПДД 2018 онлайнЭкзамен ПДД онлайн 2017ЭлектробезопасностьЮриспруденция, государство и право тесты
Вопрос из теста: Тесты для сварщиков. Еще вопросы: Для чего в сталь вводятся легирующие элементы? Какая сталь обыкновенного качества относится к полуспокойной? Когда должна быть проконтролирована каждая партия сварочных материалов? Какую электрическую величину измеряют электрическим прибором – вольтметром? Укажите основные причины образования прожога
|
Источник
Механические свойства металлов и сплавов
К основным механическим свойствам металлов относятся прочность, вязкость, пластичность, твердость, выносливость, ползучесть, износостойкость. Они являются главными характеристиками металла или сплава.
Рассмотрим некоторые термины, применяемые при характеристике механических свойств. Изменения размеров и формы, происходящие в твердом теле под действием внешних сил, называются деформациями, а процесс, их вызывающий,— деформированием. Деформации, исчезающие при разгрузке, называются упругими, а не исчезающие после снятия нагрузки — остаточными или пластическими.
Напряжением
называется величина внутренних сил, возникающих в твердом теле под влиянием внешних сил.
Под прочностью материала понимают его способность сопротивляться деформации или разрушению под действием статических или динамических нагрузок. О прочности судят по характеристикам механических свойств, которые получают при механических испытаниях. К статическим испытаниям на прочность относятся растяжение, сжатие, изгиб, кручение, вдавливание. К динамическим относятся испытания на ударную вязкость, выносливость и износостойкость. Эластичностью называется способность материалов упруго деформироваться, а пластичностью — способность пластически деформироваться без разрушения.
Вязкость
— это свойство материала, которое определяет его способность к поглощению механической энергии при постепенном увеличении пластической деформации вплоть до разрушения материала. Материалы должны быть одновременно прочными и пластичными.
Твердость
— это способность материала сопротивляться проникновению в него других тел.
Выносливость
— это способность материала выдерживать, не разрушаясь, большое число повторно-переменных нагрузок.
Износостойкость
— это способность материала сопротивляться поверхностному разрушению под действием внешнего трения.
Ползучесть
— это способность материала медленно и непрерывно пластически деформироваться (ползти) при постоянном напряжении (особенно при высоких температурах).
Поведение некоторых металлов (например, отожженной стали) при испытании на растяжение показано на рис. 3
. При увеличении нагрузки в металле сначала развиваются процессы упругой деформации, удлинение образца при этом незначительно. Затем наблюдается пластическое течение металла без повышения напряжения, этот период называется текучестью. Напряжение, при котором продолжается деформация образца без заметного увеличения нагрузки, называют пределом текучести. При дальнейшем повышении нагрузки происходит развитие в металле процессов наклепа (упрочнения под нагрузкой). Наибольшее напряжение, предшествующее разрушению образца, называют пределом прочности при растяжении.
Рис. 3. Диаграмма деформации при испытании металлов на растяжение.
Напряженное состояние
— это состояние тела, находящегося под действием уравновешенных сил, при установившемся упругом равновесии всех его частиц. Остаточные напряжения — это напряжения, остающиеся в теле, после прекращения действия внешних сил, или возникающие при быстром нагревании и охлаждении, если линейное расширение или усадка слоев металла и частей тела происходит неравномерно.
Внутренние напряжения образуются при быстром охлаждении или нагревании в температурных зонах перехода от пластического к упругому состоянию металла. Эти температуры для стали соответствую 400—600°. Если образующиеся внутренние напряжения превышают предел прочности, то в деталях образуются трещины, если они превышают предел упругости, то происходит коробление детали.
Предел прочности при растяжении в кг/мм2
определяется на разрывной машине как отношение нагрузки Р в кГ, необходимой для разрушения стандартного образца (
рис. 4, а
), к площади поперечного сечения образца в мм2.
Рис. 4. Методы испытания прочности материалов: а — на растяжение; б — на изгиб; в — на ударную вязкость; г — на твёрдость
Предел прочности при изгибе в кГ/мм2
определяется разрушением образца, который устанавливаете» на двух опорах (
рис. 4, б
), нагруженного по середине сосредоточенной нагрузкой Р.
Для установления пластичности материала определяют относительное удлинение δ при растяжении или прогиб ƒ при изгибе.
Относительное удлиненней δ в %
определяется на образцах, испытуемых на растяжение. На образец наносят деления (рис. 4, а) и измеряют между ними расстояние до испытания (l0) и после разрушения (l) и определяют удлинение
δ = l-lo / lo · 100%
Прогиб при изгибе в мм определяется при помощи прогибомера машины, указывающего прогиб ƒ, образующийся на образце в момент его разрушения (рис. 4, б).
Ударная вязкость в кГм/см2 определяется на образцах (рис. 4, в
), подвергаемых на копре разрушению ударом отведенного в сторону маятника. Для этого работу деформации в кГм делят на площадь поперечного сечения образца в см 2.
Твердость по Бринелю (НВ) определяют на зачищенной поверхности образца, в которую вдавливают стальной шарик (рис. 4, г
) диаметром 5 или 10 мм под соответствующей нагрузкой в 750 или 3000 кГ и замеряют диаметр d образовавшейся лунки. Отношение нагрузки в кГ к площади лунки πd2 / 4 в мм2 дает число твердости.
Показатели для механических свойств для основных сплавов приведены в табл. 1
.
Какие виды встречаются?
Свойства металлов во многом зависят от того, к какому виду тот или иной ингредиент относится. В этом ракурсе стоит выделить черные и цветные компоненты.
Чермет
Данная группа считается самой распространенной и востребованной в объемном ракурсе. Свое название они получили благодаря своему цвету – темному. При этом отличительной особенностью черных руд считается низкая стоимость.
В свою очередь, классифицируется на:
- железные – сюда стоит отнести железосодержащие материалы и основы, а также никелевые и кобальтовые сплавы;
- тугоплавкие основания для сплавов (имеют температуру плавления равную или превышающую 1600 градусов Цельсия, что является достаточно высоким показателем);
- низкопрочностные редкоземельные элементы, такие как церий, неодим и другие (активно используются в производстве микроэлектроники).
Цветмет
Принято считать, что эта группа элементов отличается меньшими прочностными характеристиками, температурой плавления, устойчивостью к механическим нагрузкам, но более солидной стоимостью. Понятно, что по всем этим позициям встречаются исключения.
Цветные ранжируют на следующие категории:
- Легкие – литий, натрий и так далее. Они характеризуются небольшой плотностью – до 5 тонн на метр кубический. Это всего в 5 раз больше воды.
- Тяжелые – свинец, серебро, золото. Их плотность в разы выше легких.
- Благородные – те же золото и серебро, а также платина, плутоний.
Также поделить «цветные» разновидности можно на тугоплавкие и легкоплавкие.
Вязкость и хрупкость
Эти характеристики указывают на возможность металла оказывать сопротивление при воздействии ударных нагрузок. Показателем является скорость деформации, т.е. изменение изначальной конфигурации заготовки при внешнем воздействии.
Знание показателя вязкости и хрупкости необходимо для расчета поглощаемой энергии воздействия, которая приводит к деформации металлического образца. В зависимости от необходимых данных различают следующие методы измерения и виды вязкости металлов:
- статическая. Происходит медленное воздействие на материал до момента его разрушения;
- циклическая. Образец подвергают многократным нагрузкам с одинаковым или изменяющимся показателем силы. При этом основной величиной циклической вязкости является количество работы, необходимой для разрушения образца;
- ударная. Для ее расчета применяют маятниковый копер. Заготовку крепят на нижнем основании, маятник с рубящим конусом находится в верхней точке. После его опускания происходит взаимодействие металла и рубящей части. Степень деформации характеризуется вязкостью образца.
В зависимости от системы измерения существуют различные показатели вязкости:
- СИ — м²/с;
- СГС – стокс (СТ) или сантистокс (сСт)
Помимо метода испытания необходимо учитывать другие механические свойства металлов – температура на его поверхности и в структуре, влажность в помещении и т.д.
Хрупкость является обратным показателем вязкости. Она определяет, насколько быстро металл или сплав будет разрушаться под воздействием внешней силы.
Определение твердости металла
Твердостью металла является его способность противостоять или осуществлять сопротивление телу, которое намного тверже.
Твердость проверяют методами вдавливания в исследуемый материал шариков определенных размеров или алмазной пирамиды. Твердость определяют по трем показателям, а именно по Бринеллю, по Роквеллу и по Виккерсу.
Твердость по Бринеллю определяется в результате вдавливания стального шарика, который имеет диаметр два с половиной миллиметра, или пять или десять миллиметров.
Для определения твердости по Роквеллу вдавливается или стальной шарик, который имеет диаметр 1,58 мм, или алмазный конус, который имеет угол на своей вершине 120 °. Различают несколько значений твердости, а именно очень твердую, мягкую сталь и закаленную сталь. Для первого вида твердости используют вдавливания алмазного конуса, для второго применяют стальной шарик, а для последнего вида принимают алмазный или твердосплавный конус. Система Роквелла в результате неглубокого погружения алмазного конуса в исследуемый материал позволяет исследовать металл более точно, чем система Бринелля.
Что касается определения твердости по системе Виккерса, то при его методике используется алмазная пирамида, которая имеет правильную четырехгранную форму. После того, как подвергли воздействию металл со стороны пирамиды, то есть ее погрузили в металл на определенную величину, осуществляют расчеты, отталкиваясь от величины диагоналей вмятины в металле. Там даже разработаны специальные таблицы. Этот метод применяют для измерения твердости металлических деталей, имеющих небольшое поперечное сечение, а также для поверхностных слоев, имеющих большую твердость и малую тонкость.
Ползучесть
Этот показатель определяет степень непрерывной пластической деформации при постоянном воздействии внешних и внутренних факторов. Вычисление этого параметра необходимы для определения жаропрочности металлов и их сплавов.
Для определения ползучести образец нагревают до определенной температуры. После этого наблюдают степень изменения его конфигурации с учетом приложенного напряжения. В зависимости от термического воздействия различают два вида испытаний на ползучесть:
- низкотемпературное. Степень нагрева образца не превышает 0,4 от температуры его плавления;
- высокотемпературная. Коэффициент нагрева больше 0,4 температуры нагрева.
Для проведения испытаний используют стандартные образцы прямоугольной или цилиндрической формы. При этом степень погрешности измерения не должна превышать 0,002 мм. В результате испытаний формируется кривая, характеризующая процесс ползучести.
В видеоматериале показан пример работы маятникового копера:
Выносливость и усталость
При длительном приложении внешних сил в структуре образца выявляются деформации и дефекты. Они приводят к потере прочности образца и как следствие – к его разрушению. Это называется усталостью металла. Выносливость является обратной характеристикой.
Такое явление наступает в результате появления последовательных напряжений (внутренних или поверхностных) за определенный промежуток времени. Если структура не подвергается изменению – говорят о хорошем показателе выносливости. В противном случае происходит деформация.
В зависимости от точности расчета выполняют следующие испытания образца на выносливость для того, чтобы узнать механические свойства металлов:
- чистый изгиб. Деталь закрепляется на концах и происходит ее вращение, в результате чего она деформируется;
- поперечный изгиб. Дополнительно выполняется вращение образца;
- изгиб в одной плоскости;
- поперечный и продольный изгиб в одной плоскости;
- неравномерное кручение с повторением цикла.
Эти испытания позволяют определить показатель выносливости и рассчитать время наступления усталости детали.
Для проведения испытаний необходимо руководствоваться принятыми методиками, которые изложены в ГОСТ-1497-84. Особое внимание уделяется отклонению свойств металла от нормы.
( 2 оценки, среднее 4.5 из 5 )
Источник