МЕТАЛЛОВ МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА | Энциклопедия Кругосвет

Содержание статьи

• УПРУГАЯ И ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ, РАЗРУШЕНИЕ
• Растяжение.
• Сжатие.
• Твердость.
• Ударная вязкость и хрупкость.
• Усталость.
• Ползучесть.
• КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА
• Скольжение и дислокации.
• Температурные эффекты.

МЕТАЛЛОВ МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. Когда на металлический образец действует сила или система сил, он реагирует на это, изменяя свою форму (деформируется). Различные характеристики, которыми определяются поведение и конечное состояние металлического образца в зависимости от вида и интенсивности сил, называются механическими свойствами металла.

Интенсивность силы, действующей на образец, называется напряжением и измеряется как полная сила, отнесенная к площади, на которую она действует. Под деформацией понимается относительное изменение размеров образца, вызванное приложенными напряжениями.

УПРУГАЯ И ПЛАСТИЧЕСКАЯ ДЕФОРМАЦИЯ, РАЗРУШЕНИЕ

Если напряжение, приложенное к металлическому образцу, не слишком велико, то его деформация оказывается упругой – стоит снять напряжение, как его форма восстанавливается. Некоторые металлические конструкции намеренно проектируют так, чтобы они упруго деформировались. Так, от пружин обычно требуется довольно большая упругая деформация. В других случаях упругую деформацию сводят к минимуму. Мосты, балки, механизмы, приборы делают по возможности более жесткими. Упругая деформация металлического образца пропорциональна силе или сумме сил, действующих на него. Это выражается законом Гука, согласно которому напряжение равно упругой деформации, умноженной на постоянный коэффициент пропорциональности, называемый модулем упругости: s = eY, где s – напряжение, e – упругая деформация, а Y – модуль упругости (модуль Юнга). Модули упругости ряда металлов представлены в табл. 1.

Пользуясь данными этой таблицы, можно вычислить, например, силу, необходимую для того, чтобы растянуть стальной стержень квадратного поперечного сечения со стороной 1 см на 0,1% его длины:

F = YґAґDL/L = 200 000 МПа ґ 1 см²ґ0,001 = 20 000 Н (= 20 кН)

Когда к металлическому образцу прикладываются напряжения, превышающие его предел упругости, они вызывают пластическую (необратимую) деформацию, приводящую к необратимому изменению его формы. Более высокие напряжения могут вызвать разрушение материала.

Важнейшим критерием при выборе металлического материала, от которого требуется высокая упругость, является предел текучести. У самых лучших пружинных сталей практически такой же модуль упругости, как и у самых дешевых строительных, но пружинные стали способны выдерживать гораздо большие напряжения, а следовательно, и гораздо большие упругие деформации без пластической деформации, поскольку у них выше предел текучести.

Пластические свойства металлического материала (в отличие от упругих) можно изменять путем сплавления и термообработки. Так, предел текучести железа подобными методами можно повысить в 50 раз. Чистое железо переходит в состояние текучести уже при напряжениях порядка 40 МПа, тогда как предел текучести сталей, содержащих 0,5% углерода и несколько процентов хрома и никеля, после нагревания до 950° С и закалки может достигать 2000 МПа.

Когда металлический материал нагружен с превышением предела текучести, он продолжает деформироваться пластически, но в процессе деформирования становится более твердым, так что для дальнейшего увеличения деформации требуется все больше повышать напряжение. Такое явление называется деформационным или механическим упрочнением (а также наклепом). Его можно продемонстрировать, скручивая или многократно перегибая металлическую проволоку. Деформационное упрочнение металлических изделий часто осуществляется на заводах. Листовую латунь, медную проволоку, алюминиевые стержни можно холодной прокаткой или холодным волочением довести до уровня твердости, который требуется от окончательной продукции.

Растяжение.

Соотношение между напряжением и деформацией для материалов часто исследуют, проводя испытания на растяжение, и при этом получают диаграмму растяжения – график, по горизонтальной оси которого откладывается деформация, а по вертикальной – напряжение (рис. 1). Хотя при растяжении поперечное сечение образца уменьшается (а длина увеличивается), напряжение обычно вычисляют, относя силу к исходной площади поперечного сечения, а не к уменьшенной, которая давала бы истинное напряжение. При малых деформациях это не имеет особого значения, но при больших может приводить к заметной разнице. На рис. 1 представлены кривые деформация – напряжение для двух материалов с неодинаковой пластичностью. (Пластичность – это способность материала удлиняться без разрушения, но и без возврата к первоначальной форме после снятия нагрузки.) Начальный линейный участок как той, так и другой кривой заканчивается в точке предела текучести, где начинается пластическое течение. Для менее пластичного материала высшая точка диаграммы, его предел прочности на растяжение, соответствует разрушению. Для более пластичного материала предел прочности на растяжение достигается тогда, когда скорость уменьшения поперечного сечения при деформировании становится больше скорости деформационного упрочнения. На этой стадии в ходе испытания начинается образование «шейки» (локальное ускоренное уменьшение поперечного сечения). Хотя способность образца выдерживать нагрузку уменьшается, материал в шейке продолжает упрочняться. Испытание заканчивается разрывом шейки.

Типичные значения величин, характеризующих прочность на растяжение ряда металлов и сплавов, представлены в табл. 2. Нетрудно видеть, что эти значения для одного и того же материала могут сильно различаться в зависимости от обработки.

Сжатие.

Упругие и пластические свойства при сжатии обычно весьма сходны с тем, что наблюдается при растяжении (рис. 2). Кривая соотношения между условным напряжением и условной деформацией при сжатии проходит выше соответствующей кривой для растяжения только потому, что при сжатии поперечное сечение образца не уменьшается, а увеличивается. Если же по осям графика откладывать истинное напряжение и истинную деформацию, то кривые практически совпадают, хотя при растяжении разрушение происходит раньше.

Твердость.

Твердость материала – это его способность сопротивляться пластической деформации. Поскольку испытания на растяжение требуют дорогостоящего оборудования и больших затрат времени, часто прибегают к более простым испытаниям на твердость. При испытаниях по методам Бринелля и Роквелла в поверхность металла при заданных нагрузке и скорости нагружения вдавливают «индентор» (наконечник, имеющий форму шара или пирамиды). Затем измеряют (часто это делается автоматически) размер отпечатка, и по нему определяют показатель (число) твердости. Чем меньше отпечаток, тем больше твердость. Твердость и предел текучести – это в какой-то мере сравнимые характеристики: обычно при увеличении одной из них увеличивается и другая.

Может сложиться впечатление, что в металлических материалах всегда желательны максимальные предел текучести и твердость. На самом деле это не так, и не только по экономическим соображениям (процессы упрочнения требуют дополнительных затрат).

Во-первых, материалам необходимо придавать форму различных изделий, а это обычно осуществляется с применением процессов (прокатки, штамповки, прессования), в которых важную роль играет пластическая деформация. Даже при обработке на металлорежущем станке очень существенна пластическая деформация. Если твердость материала слишком велика, то для придания ему нужной формы требуются слишком большие силы, вследствие чего режущие инструменты быстро изнашиваются. Такого рода трудности можно уменьшить, обрабатывая металлы при повышенной температуре, когда они становятся мягче. Если же горячая обработка невозможна, то используется отжиг металла (медленные нагрев и охлаждение).

Во-вторых, по мере того как металлический материал становится тверже, он обычно теряет пластичность. Иначе говоря, материал становится хрупким, если его предел текучести столь велик, что пластическая деформация не происходит вплоть до тех напряжений, которые сразу же вызывают разрушение. Конструктору обычно приходится выбирать какие-то промежуточные уровни твердости и пластичности.

Ударная вязкость и хрупкость.

Вязкость противоположна хрупкости. Это способность материала сопротивляться разрушению, поглощая энергию удара. Например, стекло хрупкое, потому что оно не способно поглощать энергию за счет пластической деформации. При столь же резком ударе по листу мягкого алюминия не возникают большие напряжения, так как алюминий способен к пластической деформации, поглощающей энергию удара.

Существует много разных методов испытания металлов на ударную вязкость. При использовании метода Шарпи призматический образец металла с надрезом подставляют под удар отведенного маятника. Работу, затраченную на разрушение образца, определяют по расстоянию, на которое маятник отклоняется после удара. Такие испытания показывают, что стали и многие металлы ведут себя как хрупкие при пониженных температурах, но как вязкие – при повышенных. Переход от хрупкого поведения к вязкому часто происходит в довольно узком температурном диапазоне, среднюю точку которого называют температурой хрупко-вязкого перехода. Другие испытания на ударную вязкость тоже указывают на наличие такого перехода, но измеренная температура перехода изменяется от испытания к испытанию в зависимости от глубины надреза, размеров и формы образца, а также от метода и скорости ударного нагружения. Поскольку ни в одном из видов испытаний не воспроизводится весь диапазон рабочих условий, испытания на ударную вязкость ценны лишь тем, что позволяют сравнивать разные материалы. Тем не менее они дали много важной информации о влиянии сплавления, технологии изготовления и термообработки на склонность к хрупкому разрушению. Температура перехода для сталей, измеренная по методу Шарпи с V-образным надрезом, может достигать +90° С, но соответствующими легирующими присадками и термообработкой ее можно понизить до -130° С.

Хрупкое разрушение стали было причиной многочисленных аварий, таких, как неожиданные прорывы трубопроводов, взрывы сосудов давления и складских резервуаров, обвалы мостов. Среди самых известных примеров – большое количество морских судов типа «Либерти», обшивка которых неожиданно расходилась во время плавания. Как показало расследование, выход из строя судов «Либерти» был обусловлен, в частности, неправильной технологией сварки, оставлявшей внутренние напряжения, плохим контролем за составом сварного шва и дефектами конструкции. Сведения, полученные в результате лабораторных испытаний, позволили существенно уменьшить вероятность таких аварий. Температура хрупко-вязкого перехода некоторых материалов, например вольфрама, кремния и хрома, в обычных условиях значительно выше комнатной. Такие материалы обычно считаются хрупкими, и придавать им нужную форму за счет пластической деформации можно только при нагреве. В то же время медь, алюминий, свинец, никель, некоторые марки нержавеющих сталей и другие металлы и сплавы вообще не становятся хрупкими при понижении температуры. Хотя многое уже известно о хрупком разрушении, это явление нельзя еще считать полностью изученным.

Усталость.

Усталостью называется разрушение конструкции под действием циклических нагрузок. Когда деталь изгибается то в одну, то в другую сторону, ее поверхности поочередно подвергаются то сжатию, то растяжению. При достаточно большом числе циклов нагружения разрушение могут вызывать напряжения, значительно более низкие, чем те, при которых происходит разрушение в случае однократного нагружения. Знакопеременные напряжения вызывают локализованные пластическую деформацию и деформационное упрочнение материала, в результате чего с течением времени возникают малые трещины. Концентрация напряжений вблизи концов таких трещин заставляет их расти. Сначала трещины растут медленно, но по мере уменьшения поперечного сечения, на которое приходится нагрузка, напряжения у концов трещин увеличиваются. При этом трещины растут все быстрее и, наконец, мгновенно распространяются на все сечение детали. См. также РАЗРУШЕНИЯ МЕХАНИЗМЫ.

Усталость, несомненно, является самой распространенной причиной выхода конструкций из строя в условиях эксплуатации. Особенно подвержены этому детали машин, работающие в условиях циклического нагружения. В авиастроении усталость оказывается очень важной проблемой из-за вибрации. Во избежание усталостного разрушения приходится часто проверять и заменять детали самолетов и вертолетов.

Ползучесть.

Ползучестью (или крипом) называется медленное нарастание пластической деформации металла под действием постоянной нагрузки. С появлением воздушно-реактивных двигателей, газовых турбин и ракет стали приобретать все более важное значение свойства материалов при повышенных температурах. Во многих областях техники дальнейшее развитие сдерживается ограничениями, связанными с высокотемпературными механическими свойствами материалов.

При нормальных температурах пластическая деформация устанавливается почти мгновенно, как только прикладывается соответствующее напряжение, и в дальнейшем мало увеличивается. При повышенных же температурах металлы не только становятся мягче, но и деформируются так, что деформация продолжает нарастать со временем. Такая зависящая от времени деформация, или ползучесть, может ограничивать срок службы конструкций, которые должны длительное время работать при повышенных температурах.

Чем больше напряжения и чем выше температура, тем больше скорость ползучести. Типичные кривые ползучести представлены на рис. 3. После начальной стадии быстрой (неустановившейся) ползучести эта скорость уменьшается и становится почти постоянной. Перед разрушением скорость ползучести вновь увеличивается. Температура, при которой ползучесть становится критической, неодинакова для разных металлов. Предметом забот телефонных компаний является ползучесть подвесных кабелей в свинцовой оболочке, работающих при обычных температурах окружающей среды; в то же время некоторые специальные сплавы могут работать при 800° С, не обнаруживая чрезмерной ползучести.

Срок службы деталей в условиях ползучести может определяться либо предельно допустимой деформацией, либо разрушением, и конструктор должен всегда иметь в виду эти два возможных варианта. Пригодность материалов для изготовления изделий, рассчитанных на длительную работу при повышенных температурах, например лопаток турбин, трудно оценить заранее. Испытания за время, равное предполагаемому сроку службы, зачастую практически невозможны, а результаты кратковременных (ускоренных) испытаний не так просто экстраполировать на более длительные сроки, поскольку может измениться характер разрушения. Хотя механические свойства жаропрочных сплавов постоянно улучшаются, перед металлофизиками и материаловедами всегда будет стоять задача создания материалов, способных выдерживать еще более высокие температуры. См. также МЕТАЛЛОВЕДЕНИЕ ФИЗИЧЕСКОЕ.

КРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ СТРУКТУРА

Выше речь шла об общих закономерностях поведения металлов под действием механических нагрузок. Чтобы лучше понять соответствующие явления, нужно рассмотреть атомное строение металлов. Все твердые металлы – кристаллические вещества. Они состоят из кристаллов, или зерен, расположение атомов в которых соответствует правильной трехмерной решетке. Кристаллическую структуру металла можно представить как состоящую из атомных плоскостей, или слоев. Когда прикладывается напряжение сдвига (сила, заставляющая две соседние плоскости металлического образца скользить друг по другу в противоположных направлениях), один слой атомов может сдвинуться на целое межатомное расстояние. Такой сдвиг скажется на форме поверхности, но не на кристаллической структуре. Если один слой сдвинется на много межатомных расстояний, то на поверхности образуется «ступенька». Хотя отдельные атомы слишком малы, чтобы их можно было увидеть под микроскопом, ступеньки, образовавшиеся за счет скольжения, хорошо видны под микроскопом и названы линиями скольжения.

Обычные металлические предметы, встречающиеся нам ежедневно, являются поликристаллическими, т.е. состоят из большого числа кристаллов, в каждом из которых своя ориентация атомных плоскостей. Деформация обычного поликристаллического металла имеет с деформацией монокристалла то общее, что она происходит за счет скольжения по атомным плоскостям в каждом кристалле. Заметное же скольжение целых кристаллов по их границам наблюдается только в условиях ползучести при повышенных температурах. Средний размер одного кристалла, или зерна, может составлять от нескольких тысячных до нескольких десятых долей сантиметра. Желательна более мелкая зернистость, так как механические характеристики мелкозернистого металла лучше, чем у крупнозернистого. Кроме того, мелкозернистые металлы менее хрупки.

Скольжение и дислокации.

Процессы скольжения удалось подробнее исследовать на монокристаллах металлов, выращенных в лаборатории. При этом выяснилось не только то, что скольжение происходит в некоторых определенных направлениях и обычно по вполне определенным плоскостям, но и то, что монокристаллы деформируются при очень малых напряжениях. Переход монокристаллов в состояние текучести начинается для алюминия при 1, а для железа – при 15–25 МПа. Теоретически же этот переход в обоих случаях должен происходить при напряжениях ок. 10 000 МПа. Такое расхождение между экспериментальными данными и теоретическими расчетами на протяжении многих лет оставалось важной проблемой. В 1934 Тейлор, Полани и Орован предложили объяснение, основанное на представлении о дефектах кристаллической структуры. Они высказали предположение, что при скольжении сначала происходит смещение в какой-то точке атомной плоскости, которое затем распространяется по кристаллу. Граница между сдвинувшейся и несдвинувшейся областями (рис. 4) представляет собой линейный дефект кристаллической структуры, названный дислокацией (на рисунке эта линия уходит в кристалл перпендикулярно плоскости рисунка). Когда к кристаллу прикладывается напряжение сдвига, дислокация движется, вызывая скольжение по плоскости, в которой она находится. После того как дислокации образовались, они очень легко движутся по кристаллу, чем и объясняется «мягкость» монокристаллов.

В кристаллах металлов обычно имеется множество дислокаций (общая длина дислокаций в одном кубическом сантиметре отожженного металлического кристалла может составлять более 10 км). Но в 1952 научные сотрудники лабораторий корпорации «Белл телефон», испытывая на изгиб очень тонкие нитевидные кристаллы («усы») олова, обнаружили, к своему удивлению, что изгибная прочность таких кристаллов близка к теоретическому значению для совершенных кристаллов. Позднее были обнаружены чрезвычайно прочные нитевидные кристаллы и многих других металлов. Как предполагают, столь высокая прочность обусловлена тем, что в таких кристаллах либо вообще нет дислокаций, либо имеется одна, идущая по всей длине кристалла.

Температурные эффекты.

Влияние повышенных температур можно объяснить, исходя из представлений о дислокациях и зеренной структуре. Многочисленные дислокации в кристаллах деформационно-упрочненного металла искажают кристаллическую решетку и увеличивают энергию кристалла. Когда же металл нагревается, атомы становятся подвижными и перестраиваются в новые, более совершенные кристаллы, содержащие меньше дислокаций. С такой рекристаллизацией и связано разупрочнение, которое наблюдается при отжиге металлов.

Механические свойства основных металлов (Таблица)

Обозначения:

σ_в — предел прочности при растяжении,

σ_пц — предел пропорциональности,

σ_т — предел текучести,

δ — относительное удлинение,

Ψ — относительное сужение,

Е — модуль упругости,

НВ — твердость по Бриннелю,

Механические свойства материалов, металлов [Полное руководство]

В этой статье вы подробно узнаете о механических свойствах материалов и металлов.

Содержание

• 900 22

Механическое свойство связано с поведением материалов или металлов, когда они подвергаются воздействию внешних сил или нагрузок. Это характеристика, которая указывает на изменения, происходящие в металле.

Эти механические свойства учитываются при проектировании компонентов машин. Компонент будет хорошо работать во время использования только в том случае, если он разработан с учетом всех механических свойств.

Поведение материалов при внешних нагрузках называется механическими свойствами материалов.

Наиболее важными и полезными механическими свойствами являются;

1. Стресс.

2. Штамм.

3. Удлинение.

4. Сокращение.

5. Эластичность.

6. Пластичность.

7. Прочность.

8. Ударная вязкость.

9. Предел текучести.

10. Жесткость.

11. Прочность.

12. Твердость.

13. Хрупкость.

14. Пластичность.

15. Пластичность.

16. Усталость.

17. Ползучесть.

Здесь вы подробно изучите все вышеперечисленные механические свойства металлов и материалов.

1. Прочность.

Это механическое свойство металла, обеспечивающее сопротивление внешней силе, или способность или способность выдерживать различные нагрузки без деформации или разрушения.

Следовательно, это максимальное сопротивление, обеспечиваемое материалом при воздействии на него внешней нагрузки. Чем прочнее материал, тем большую нагрузку он может выдержать.

В случае с металлами очень важна прочность, поскольку металлы должны выдерживать большие нагрузки. Это означает, что металлы не должны подвергаться сильным нагрузкам и деформироваться.

Если металлы обладают высокой прочностью, они могут выдерживать различные нагрузки.

Различные нагрузки, которые могут воздействовать на металлические компоненты станка:

1. Растяжение,

2. Сжатие,

3. Сдвиг,

4. Изгиб,

5. Кручение и т. д.,

и их соответствующие силы включают;

1. Прочность на растяжение,

2. Прочность на сжатие,

3. Прочность на сдвиг.

4. Прочность на изгиб,

5. Прочность на кручение и т. д.

Некоторые металлы и их сплавы обладают высокой прочностью на единицу массы, что делает их полезными материалами для переноски тяжелых грузов или сопротивления любым повреждениям, вызванным ударными нагрузками .

В зависимости от типа прикладываемой нагрузки прочность может быть на растяжение, сжатие, сдвиг или кручение. Материал может быть нагружен за счет нагрева, внутренней структуры, типа нагружения и т. д.

Максимальное напряжение, которое может выдержать любой материал до разрушения, называется его пределом прочности.

2. Ударная вязкость.

Это свойство металла, придающее ему способность выдерживать удары, толчки или внезапные нагрузки.

Когда ударная нагрузка прикладывается в пределах предела упругости материала, эта энергия поглощается материалом и отдается при снятии нагрузки, как в случае с пружинными материалами.

Это свойство в пределах предела эластичности известно как упругость.

Однако ударной вязкостью является его способность выдерживать нагрузки вплоть до разрыва. Иногда ударная нагрузка приводит к выходу из строя металлического компонента.

Ударные нагрузки могут быть сдвиговыми, сжимающими или растягивающими. Ударную вязкость можно измерить с помощью теста Шарпи или Изода.

Испытание по Шарпи измеряет способность металла выдерживать приложенную ударную нагрузку, а испытание по Изоду измеряет нагрузку, необходимую для разрыва металлического компонента.

3. Эластичность.

Свойство металла и его способность возвращаться к своей форме и размеру после снятия нагрузки или восстанавливать исходное положение или форму и размер при снятии приложенной нагрузки называется эластичностью.

Большинство компонентов имеют соответствующую эластичность; в противном случае компоненты машины будут деформированы при воздействии на них нагрузок.

Большинство металлов имеют лучшую эластичность, например, термообработанные пружины и катушки из стали, меди, алюминия и т. д.

Однако некоторые металлы неэластичны; они обладают такими свойствами, как хрупкость и твердость. Эластичность — это свойство материала при растяжении.

Наибольшее напряжение, которое материал может выдержать без какой-либо остаточной деформации, называется пределом упругости.

4. Жесткость (жесткость).

Сопротивление материала прогибу называется жесткостью или жесткостью, или это свойство металла, благодаря которому он сопротивляется деформации, когда он находится в пределах предела упругости.

Металлы с более высокой жесткостью могут очень мало деформироваться или вообще не деформируются.

Чтобы понять жесткость, необходимо измерить модуль упругости или модуль Юнга для соответствующего металла, поскольку он является мерой жесткости при нагрузках на растяжение и сжатие.

Модуль жесткости используется для сдвиговых нагрузок, а объемный модуль упругости — для объемной деформации.

Сталь жестче или жестче, чем алюминий.

Жесткость измеряется с помощью модуля Юнга (E). Чем выше значение модуля Юнга, тем жестче материал.

5. Пластичность.

Свойство металла, придающее ему способность неупруго деформироваться; без разрушения они не восстанавливают свою первоначальную форму и размер при снятии приложенной нагрузки.

В этом случае материал подвергается некоторой остаточной деформации без разрушения. Пластичность обратна эластичности.

При холодной и горячей обработке металлов металл подвергается остаточной деформации даже после завершения процесса.

Например, сталь деформируется при нагревании докрасна и не восстанавливает свою первоначальную форму и размер. Точно так же свинец, глина и т. д. были бы пластичными при комнатной температуре.

Пластичность полезна в нескольких механических процессах, таких как формование, формование, экструдирование и многих других процессах горячей и холодной обработки.

Как правило, пластичность увеличивается с повышением температуры и является благоприятным свойством материала для процессов вторичной формовки.

Благодаря этим свойствам различный металл можно трансформировать в разные изделия нужной формы и размера. Это преобразование в желаемую форму и размер осуществляется либо путем применения давления, тепла, либо того и другого.

6. Твердость.

Твердость материала является мерой пластической деформации и сопротивлением любой пластической деформации. Твердость указывает на прочность материала.

Способность материала сопротивляться царапанию, истиранию, вдавливанию или проникновению.

Прямо пропорциональна пределу прочности при растяжении и измеряется на специальных машинах для определения твердости путем измерения сопротивления материала проникновению индентора специальной формы и материала при заданной нагрузке.

Существуют различные шкалы твердости: твердость по Бринеллю, твердость по Роквеллу, твердость по Виккеру и т. д.

Твердость металла не имеет прямого отношения к способности металла к упрочнению. Способность к закалке характеризует степень твердости, которую металл может приобрести в процессе закалки. т. е. нагревание или закалка.

7. Пластичность.

Свойство материала или металла, которое представляет собой пластическую деформацию под действием растягивающей нагрузки или позволяет вытягивать его в проволоку или удлинять. Без разрыва при растягивающей нагрузке.

Металлы, используемые для производства станков, должны обладать значительной пластичностью; это противоположность хрупкости.

Различные металлы, такие как сталь, стальные сплавы, мягкая сталь, медь, алюминий, олово, цинк и т. д., являются примерами хороших пластичных материалов.

Золото, серебро, медь, алюминий и т. д. могут быть вытянуты экструзией или протягиванием через отверстие в матрице благодаря свойству пластичности.

Пластичность уменьшается с повышением температуры. Процентное удлинение и уменьшение площади растяжения часто используются в качестве эмпирических показателей пластичности.

8. Пластичность.

Свойство материала или металла, которое представляет собой пластическую деформацию под сжимающей нагрузкой, или свойство металла, которое позволяет ему сворачиваться в тонкие листы или пластины.

Металлы, используемые для изготовления деталей станков, должны обладать достаточной ковкостью из-за изменения размера и формы металла при изготовлении деталей в соответствии с проектом.

Различные металлы, такие как медь, алюминий, золото, кованое железо, стальные сплавы, мягкая сталь и т. д., являются примерами хороших ковких материалов.

9. Прочность.

Это способность поглощать энергию вплоть до разрушения или разрушения, или ударная вязкость — это способность материала сопротивляться любым деформациям вследствие изгиба, скручивания, кручения и т. д.

Измеряется испытанием на удар.

Сталь и стальные сплавы, такие как марганцевая сталь, кованое железо, мягкая сталь и т. д., как правило, все пластичные материалы являются прочными материалами.

10. Хрупкость.

Это свойство материала, которое указывает на разрушение без заметной деформации и противоположно ударной вязкости и пластичности.

Хрупкий материал очень легко выходит из строя или ломается даже при приложении очень небольшой нагрузки.

Чугун, стекло и т. д. являются хрупкими материалами, используемыми в технике.

Детали станков не должны обладать хрупкостью или иметь очень низкую хрупкость; в противном случае они сломаются или выйдут из строя.

11. Усталость.

Усталость представляет собой склонность к разрушению при циклических нагрузках или неспособность выдерживать повторяющиеся и/или непрерывные приложения и снятие нагрузок или циклических нагрузок.

Усталость – это продолжительный эффект повторяющихся деформаций из-за приложения и снятия напряжения, при котором материал ломается или ломается.

Компоненты станков должны выдерживать такую ​​усталостную нагрузку, и это необходимо учитывать при проектировании компонентов станков, высокоскоростных авиационных двигателей и турбин, где они должны обеспечивать длительный срок службы при циклических нагрузках.

12. Ползучесть.

Ползучесть представляет собой медленную и прогрессирующую деформацию во времени при постоянном напряжении или разрушение или деформацию материала при постоянном напряжении при высокой температуре в течение определенного периода времени.

В случае ременных передач, двигателей внутреннего сгорания и т. д. материал подвергается постоянному давлению при высокой температуре.

В этих условиях материал будет медленно и постепенно деформироваться с течением времени и, в конце концов, выйдет из строя.

Аморфные материалы, такие как резиновые ленты и материалы из пластика, чувствительны к ползучести.

Это все, что касается механических свойств металлов и материалов. Спасибо! за то, что пришел сюда.

Пожалуйста, не забудьте поделиться. Делиться — значит заботиться 🙂 —

Читайте также: Что такое подшипник? 15 типов подшипников [Полное руководство]

ПРОЧНОСТЬ МАТЕРИАЛОВ — механические свойства металлов

10 августа 2021 г. 21 апреля 2023 г.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ:

Свойства металлов, определяющие их поведение под действием приложенных сил, известны как механические свойства. Обычно они связаны с упругим и пластическим поведением металлов. Хорошее знание механических свойств металлов обеспечивает основу для прогнозирования поведения металлов при различных условиях нагрузки и проектирования компонентов из них.

• ЭЛАСТИЧНОСТЬ:

• Когда к телу приложены внешние силы, внешние силы имеют тенденцию деформировать тело, в то время как молекулярные силы, действующие между молекулами, оказывают сопротивление деформации. Деформация частиц продолжается до установления полного сопротивления внешним силам. Если теперь силы постепенно уменьшатся, тело полностью или частично вернется к своей первоначальной форме.

  Эластичность — это свойство, благодаря которому материал, деформированный под нагрузкой, может вернуться к своим первоначальным размерам при снятии нагрузки.
  Сталь, алюминий, медь и т. д. можно считать абсолютно эластичными в определенных пределах.

• ПЛАСТИЧНОСТЬ:

  Пластичность обратна эластичности. Это свойство, которое позволяет формировать остаточную деформацию в материале. Пластмассовый материал сохраняет именно ту форму, которую он принимает под нагрузкой, даже после того, как нагрузка будет снята.

  При пластической деформации происходит смещение атомов внутри металлических зерен и, как следствие, изменение формы металлических компонентов.
  Золото и свинец — очень пластичные материалы.
  Пластичность используется при штамповке изображений на монетах и ​​в орнаментах.

• ПЛАСТИЧНОСТЬ:

  Пластичность – это характеристика, которая позволяет материалу вытягиваться в продольном направлении до уменьшенного сечения под действием растягивающей силы. Благодаря этому свойству провода изготавливаются методом протягивания через отверстие. При пластическом растяжении материал проявляет определенную степень эластичности вместе со значительной степенью пластичности. Это ценное свойство цепей, канатов и т. д., поскольку они не отламываются во время эксплуатации, не вызывая достаточного удлинения.

• ХРУПКОСТЬ:

  Хрупкость подразумевает отсутствие пластичности. Материал называется хрупким, если он не может быть растянут до меньшего сечения. В хрупком материале разрушение происходит под нагрузкой без значительной деформации. Хрупкие разрушения происходят без предупреждения, и это свойство, как правило, крайне нежелательно.
  Чугун, высокоуглеродистая сталь, бетон, камень, стекло и т. д. являются распространенными примерами хрупких материалов.

• ПЛАСТИЧНОСТЬ:

  Пластичность — это свойство материала, позволяющее растягивать его во всех направлениях без разрыва. Податливый материал обладает высокой степенью пластичности, но не обязательно большой прочностью. Это свойство используется во многих операциях, таких как ковка, горячая прокатка, штамповка и т. д.
  Это свойство обычно увеличивается с повышением температуры.
  Золото, серебро, медь, алюминий, свинец, цинк и т. д. являются распространенными примерами ковкого материала.

• ПРОЧНОСТЬ:

  Прочность – это свойство материала, которое позволяет ему поглощать энергию без разрушения. Это свойство очень желательно для компонентов, подвергающихся циклическим или ударным нагрузкам.
  Вязкость измеряется с точки зрения энергии, необходимой на единицу объема материала, чтобы вызвать разрыв под действием постепенно увеличивающейся растягивающей нагрузки.
  Распространенным сравнительным испытанием является испытание на изгиб, в котором ожидается, что материал выдержит угловой изгиб без разрушения.

• ТВЕРДОСТЬ:

  Твердость — это способность материала сопротивляться вдавливанию или истиранию поверхности. Твердые материалы устойчивы к царапинам или износу при трении с другим телом.

  Испытания на твердость могут быть классифицированы как
  (i) Испытание на царапание (ii) Испытание на вдавливание

  Испытание на царапание состоит во вдавливании нагруженного алмаза в поверхность образца и последующем вытягивании алмаза для образования царапины. Затем определяется число твердости на основе (i) нагрузки, необходимой для образования царапины заданной ширины, или (ii) ширины царапины, полученной при заданной нагрузке.
  Испытание на вдавливание состоит из вдавливания тела стандартной формы в поверхность испытуемого образца. В обычно используемом испытании на твердость по Бринеллю закаленный стальной шарик заданного диаметра вдавливается в поверхность испытуемого образца под фиксированной стандартной нагрузкой, а затем измеряется площадь поверхности отпечатка.
  Обратная сторона твердости известна как мягкость.

• ПРОЧНОСТЬ:

  Прочность металла – это его способность противостоять различным силам, которым он подвергается во время испытаний или эксплуатации. Прочность материала позволяет ему сопротивляться разрушению под нагрузкой. Обычно он определяется как предел прочности при растяжении, предел прочности при сжатии, условное напряжение, предел прочности при сдвиге и т. д.