Механические свойства металлов

Классификация металлов и их основные механические свойства

В промышленности металлы используются в качестве конструкционных, инструментальных и электротехнических материалов. Металлы классифицируются по двум основным признакам:

1. Химические свойства. Согласно данному признаку металлы делятся на щелочные (калий, литий, натрий), щелочноземельные (кальций, барий, стронций), переходные (титан, железо, никель, уран, молибден, кобальт, платина, вольфрам), постпереходные (алюминий, олово).
2. Физические свойства и отрасли промышленности. Согласно данному признаку металлы делятся на тяжелые (медь, свинец, кобальт, ртуть, кадмий), тугоплавкие (вольфрам, молибден), цветные (медь, олово, цинк, свинец, никель), благородные (серебро, олово, металлы платиновой группы).

К основным механическим свойствам металлов относятся:

1. Твердость. Данное свойство металла заключается в способности металла оказывать сопротивление пластической деформации при проникновении в него более твердого тела.
2. Прочность. Данное свойство металла заключается в способности металла сопротивляться разрушениям и деформациям. Под разрушением в данном случае понимается процесс развития в металле трещин, которые становятся причиной его разделения на части. Под деформацией понимается изменение размеров и формы тела под действием внутренних сил или внешних воздействий.
3. Пластичность. Данное свойство металла заключается в его способности к получению остаточных изменений размеров и формы без нарушения сплошности, то есть способность металла к пластической деформации.
4. Вязкость. Данное свойство металла заключается в его способности поглощать механическую энергию внешних сил благодаря пластической деформации.

Определение механических свойств металлов, испытание на растяжение и трещиностойкость

Все методы, которые используются для определения механических свойств металлов делятся на три группы: циклические, статические и динамические. При циклических методах нагрузка многократно изменяется по направлению и величине, в данном случае определяется усталость. При статических методах нагрузка растет плавно и медленно. Благодаря статическим методам можно определить твердость и способности на растяжение, изгиб, кручение, сжатие. При динамических методах нагрузка возрастает с большой скоростью.

При испытании на растяжение определяются предел текучести, предел прочности, относительное сужение и относительное удлинение. Данное испытание проводятся при помощи разрывных машин. В результате измерений получается диаграмма, пример которой изображен на рисунке ниже. На оси ординат отмечаются нагрузки, прилагаемые к исследуемому образцу, а на оси абсцисс указываются значения деформации.

Рисунок 1. Диаграмма. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Предел прочности металла представляет собой его способность выдерживать нагрузку без разрушения. При растяжении образец удлиняется, а поперечное сечение образца непрерывно уменьшается. Истинное напряжение определяется посредством деления действующей в определенный момент нагрузки на площадь образца в данный момент. В современной практике истинное напряжение не определяется.

Предел текучести - нагрузка, при которой происходит пластическая деформация. У большинства сплавов в случае испытания на растяжение на диаграммах отсутствует площадка текучести. Поэтому определяется условный предел текучести, соответствующий пластической деформации 0,2 %. Под пределом упругости имеется в виду напряжение, при котором пластическая деформация достигает заданного значения. Как правило используются значения остаточной деформации 0,005, 0,02, 0,05 %. Таким образом, например:

$s0.05 = Рпр/F0$

где: Рпр - нагрузка, при которой остаточное удлинение составляет 0,05 %; F0 - площадь поперечного сечения испытуемого образца.

Пластичность металла характеризуется относительным сужением и относительным удлинением:

$d = [(lk - lo)/lo]∙100% $

$y = [(Fo – Fk)/Fo]∙100%,$

где: d - относительное удлинение; у - относительное сужение; lk - конечная длина образца; l0 - начальная длина образца; F0 - начальная площадь поперечного сечения; Fк - площадь поперечного сечения в месте разрыва.

Для малопластичных металлов испытания на растяжение сопровождаются некоторыми затруднениями, потому что незначительные перекосы являются причиной существенных погрешностей при определении разрушающей способности. Потому такие металлы, обычно подвергаются испытанию на изгиб.

Трещиностойкость характеризуется коэффициентом интенсивности напряжений. Он определяется экспериментально на образце, на дне которого инициирована усталостная трещина. Чтобы рассчитать данный коэффициент фиксируют усилие в момент роста трещины на некоторую величину и перехода к ее нестабильному распространению.