МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Механические свойства имеют главное рассмотрение в более больших промышленных применениях металлов, поэтому они требуют большого внимания в их изучении.

Сила.- Сила материала - свойство устойчивости внешним нагрузкам или напряжениям без подвержения структурному повреждению. Термин "Предел прочности" относится к удельному напряжению (фунты на квадратный дюйм) вызванному в материале максимумом медленно прикладываемой нагрузкой, которой материал может сопротивляться, не разрушаясь в испытании на разрыв. Испытание на разрыв наиболее часто применяется к металлам, потому что оно говорит намного больше об их свойствах, чем любое другое единственное испытание. В металлургии о ломке часто говорят как о неисправности, или разрыве, или трещине; трещина металла - название, данное поверхности, поперек которой произошел разлом.

Сила металлов и сплавов зависит от двух факторов, то есть, от силы кристаллов, из которых состоят металлы и силы сцепления между этими кристаллами. Самая известная прочная материя - вольфрамовая нить, из накаленных добела электрических ламп. Чистое железо является слабым, но когда сплавляется с углеродом, чтобы получить сталь, сталь может быть прочнее, чем любой из чистых металлов кроме вольфрама.

Напряжение и Деформация.- Напряжение - сила внутри тела, которое сопротивляется деформации, обусловленной внешней прикладываемой нагрузкой. Если эта нагрузка действует на поверхность единицы площади, она называется удельной силой, а напряжение сопротивления - этоудельное напряжение.Количественно, тогда, напряжение - это сила на единицу площади; на европейском континенте оно выражено в килограммах на квадратный миллиметр, в Соединенных Штатах в фунтах на квадратный дюйм, в то время как в Англии обычно используются большие тонны на квадратный дюйм.

Когда внешняя сила действует на эластичный материал, материал деформируется, и деформация пропорциональна нагрузке. Это искажение или напряжение - деформация,и единица деформации измеряется в Соединенных Штатах и в Англии в дюймах на дюйм, в то время как в Европе она измеряется в сантиметрах в сантиметр. Единица деформации, следовательно - отношение расстояний или длин.

Эластичность.- Любой материал, подвергнутый внешней нагрузке, искажен или деформирован. Упруго подвергнутые напряжению материалы возвращаются к их первоначальным размерам, когда нагрузка исчезает, если нагрузка не является слишком большой. Такое искажение или деформация находятся в пропорции к суммарной нагрузке до некоторой точки, но когда нагрузка становится слишком большой, материал постоянно искажается, и когда нагрузка будет увеличена далее к некоторой точке, материал разрушается. Свойство восстановления первоначальных размеров после удаления внешней нагрузки известно как эластичность.

Модуль упругости.- Под пределом упругости понимается отношение напряжения к деформации, известное как модуль упругости(т.е. критерий эластичности).

Модуль упругости выражает жёсткость материала. Для стали и большинства металлов - это постоянное свойство, на которое очень слабо воздействует термообработка, горячая или холодная обработка, или фактический предел прочности металла. Их модули эластичности показывают, что, когда стержни равного размера из стали и алюминия подвергнуты той же самой нагрузке, результирующая упругая деформация в алюминии будет почти в три раза больше, чем в стальном стержне.

Пропорциональный Предел упругости.- Металлы вообще не эластичны по полному диапазону загрузки. Предел пропорциональности напряжения к деформации известен как предел пропорциональности.Предел упругости - самое высокое удельное напряжение, которое опытный образец будет поддерживать и всё ещё возвращаться к его первоначальным размерам, когда нагрузка удалена. Предел пропорциональности и предел упругости в металлах - очень близки друг к другу, поэтому, чтобы их часто не путали, сейчас обычно объединяют их в один термин пропорциональный предел упругости.Это - важное свойство, напряжение, которое не должно - быть превышенным в инженерном проектировании.

Природа Эластичности.- Эластичность металлической материи - функция устойчивости ее атомов к разделению или сжатию или вращению друг вокруг друга, и таким образом - фундаментальное свойство материала. Так что эластичность демонстрируется как функция атомных сил. Это объясняет, почему модуль упругости сильной и ломкой термообработанной легированной стали точно такой же, как у сравнительно жидкой и пластичной обожжённой стали.

Предел текучести.- Это точка напряжения - характеристика деформации, в которой напряжение выравнивается или фактически уменьшается, в то время как деформация продолжается. Термин строго применим только к мягким низкоуглеродистым сталям, начиная с характеристики, которая определяет это, не находится в других металлах или в легированных сталях или даже в деформированной в холодном состоянии или нормализованной малоуглеродистой стали.

Предел прочности.- Самая большая нагрузка, которую опытный образец выдержал на оригинальную площадью поперечного сечения, называется пределом прочности при растяжении или пределом прочности детали.

Пластичность.- Пластичность - способность металла быть постоянно деформированным в напряжении без ломки. Определенно, термин означает, что свойство тянется от большего диаметра проволоки к меньшему. Такая операция очевидно включает и удлинение и уменьшение площади, и значения этих двух характеристик металла, определенного в испытаниях на растяжение обычно принимаются как мера пластичности металла.

Вязкость.- Вязкость была определена как свойство поглощения значительной энергии перед трещиной. Это - критерий полной абсорбционной способности энергии материала, включая энергию и эластичной и пластичной деформации под постепенно появляющейся нагрузкой. Одно из самых общих испытаний на вязкость - испытание на удар, в котором измерена энергия, поглощенная при разломе опытного образца внезапным ударом.

Природа Вязкости.- Вязкость металла обозначается величиной скольжения, которое может произойти в пределах кристаллов без того, чтобы приводить к разрыву металла. Это возможно результат дополнительных скольжений и заклиниваний, которым создаёт препятствие каждая кристаллографическая плоскость, пока не действует большее напряжение. Хрупкий металл или сплав или не будут прекращать скользить после того, как упругая деформация достигнута, или иначе остановится только в течение краткого периода перед ломкой. Очевидно, поочередная остановка и скольжение произведут искажение; поэтому, жесткие металлы и сплавы часто наиболее ковки и пластичны.

Иногда кристаллы металла могут быть вязкими, но кристаллические границы могут содержать примеси так, чтобы наименьшее количество искажения кристаллической массы могло причинить раскол материала поверхности раздела ломкого материала. Это справедливо для стали, содержащей значительную часть фосфора, и для меди, содержащей висмут.

Ковкость.- Ковкость - свойство металла, который поддерживает постоянную деформацию путём сжатия без разрыва. Определенно, это означает способность раскатывать или ковать в тонкие листовые материалы. Свойство ковкости подобно, но не то же самое, что и пластичность, и различные металлы не обладают этими двумя свойствами в одинаковой степени: в то время как свинец и олово относительно хороши в плане ковкости, им недостаёт необходимой прочности при растяжении, чтобы вытянуться в тонкую проволоку. Большинство металлов увеличивают ковкость и пластичность при более высоких температурах. Например, железо и никель очень ковки в ярком красном накале, (l000°C).

Хрупкость.- Хрупкость подразумевает внезапное повреждение. Это - свойство ломки без предупреждения, то есть, без видимой постоянной деформации. Это - изменение вязкости в смысле, что хрупкое тело имеет небольшое сопротивление разрушению после того, как достигает своего предела эластичности. Хрупкость - противоположность пластичности в смысле, что она включает разрыв без сильной деформации. Часто твердые сплавы являются ломкими, но термины не должны быть перепутаны или использоваться синонимично.

Усталостное разрушение.- Если металл подвергнут частым повторениям напряжения, он в конечном счете разрушится и выйдет из строя.

Альтернирования напряжения произведут выход из строя более быстро, чем повторение напряжения. Под "альтернированиями напряжения" подразумеваются дополнительная сила и сжатие в любом волокне. Повреждение металлов и сплавов под повторяющимися или переменными напряжениями, слишком мало, чтобы произвести даже постоянную деформацию, когда применяется статически, это называется усталостным разрушением.

Коррозийная усталость.- Если элемент подвергается также коррозийным влияниям типа влажной атмосферы или масла, не освобожденного от кислоты, напряжение, необходимое для разрушения намного ниже. Самые прочные стали будут разрушаться под усталостью и коррозией с напряжением на единицу волокна не более 24000 пси, даже когда их пределы прочности могут указать, что они могут выдержать намного более высокое напряжение. Интересно заметить, что удельное напряжение чрезвычайно сильной термообработанной легированной стали будет подвергаться коррозийной усталости, не более чем относительно жидкая конструкционная сталь. Значение защиты поверхностей элементов от коррозии, гальванизацией, оцинковкой, и т.д., если и когда возможно, является очевидным.

Твердость.- Качество твердости - комплекс, который детализирует изучение, показанный в виде комбинации множества физических и механических свойств. Она более часто определяется в терминах, как метод, используемый для измерений, и обычно означает устойчивость материи к вдавливанию. Твердость может также быть определена в терминах, как устойчивость к насечке, и таким образом связана с сопротивлением износу. Термин "твердость" иногда используется относительно твёрдости или степени твёрдости ковких изделий продуктов, потому что твердость металла по Роквеллу тесно связана с его пределом прочности.

В технической практике устойчивость металла к проникновению твердым инструментом вообще является определением свойства твердости. Было изобретено множество стандартных тестовых механизмов и наконечников приборов для определения твердости, самые распространённые из которых это Бринель, Роквелл и механизмы Викерс.

В испытании Бринелля шарик из жёсткой стали диаметром 10 миллиметров прижимается к поверхности тестируемого материала при нагрузке или 500, или 3 000 кг, и участок вдавливания измеряется. Твердость по Бринелю затем выражается как частное прикладной загрузки и участка отпечатка.

Определение твёрдости по Роквеллу использует множество различных испытательных шкал, используя различные наконечники приборов для определения твердости и нагрузки. Наиболее часто используемые шкалы - это шкала "C", которая использует алмазный конический наконечник прибора для определения твердости при главной нагрузке в 150 кг, и шкала "B", которая использует шарик из жёсткой стали диаметром 1/16 дюйма под главной нагрузкой в 100 кг. В этом испытании разность между глубинами проникновения, произведенными малой нагрузкой в 10 кг, и главной нагрузкой принимается как мера твердости.

В испытании Викерс алмазный индентор в виде пирамиды с квадратным основанием используется, как нагрузка от 1 до 120 кг. Как в испытании Бринелля твердость выражена в условиях прикладной нагрузки, разделенной на площадь поверхности пирамидального отпечатка.

Определение твердости по Бринеллю обычно используется только для довольно толстых секций типа арматурных желез и поковки, в то время как определение твёрдости по Роквеллу обычно используется и на толстых, и на тонких секциях типа полос и трубных соединениях. Поверхностный Роквелл может использоваться на частях толщиной 0.010 дюйма. Испытательный прибор Викерс чаще всего используется как лабораторный прибор для очень точных определений твердости, а не как инструмент контроля продукции.

Склероскоп Шора контролирует работоспособность критериев, а не твердость, хотя они связаны. Склероскоп измеряет отскок молотка от тестируемой поверхности, а показатель твердости выражен, как высота отскока в условиях максимального отскока от полностью укрепленной высокоуглеродистой стали.

Природа Твердости и Мягкости.- Устойчивость металла к проникновению другим телом - очевидно частично функция силы сопротивления ее межатомных связей. Это обозначено почти точной параллелью порядка твердости металлов и их модулей упругости. Единственное известное исключение - соотношение магния и алюминия. Магний будет царапать алюминий, хотя его модуль упругости и его средняя прочность межатомных связей меньше.

Поиск по сайту: