Свойства металлических материалов

К физическим свойствам металлов относят: цвет, плотность, температуру плавления, теплопроводность, тепловое расширение, теплоемкость, электропроводность и электросопротивление, магнитные свойства.

К химическим свойствам относятся: химическая активность, способность противостоять коррозии (коррозионная стойкость) и окислению в газовой среде при высокой температуре (жаростойкость или окалиностойкость).

Машиностроительные материалы, выбираемые для деталей машин и конструкций, должны обладать технологическими свойствами: легко поддаваться обработке режущими инструментами; хорошо заполнять литейную форму, а после охлаждения давать плотную и однородную отливку (жидкотекучесть); при сварке образовывать неразъемное прочное соединение (свариваемость); поддаваться пластической деформации от ударов или давления в холодном и нагретом состоянии без разрушения (ковкость). В ряде случаев для качественной или сравнительной оценки машиностроительные материалы подвергают технологическим пробам, т.е. испытаниям на деформации, подобные тем, которые металл испытывает в производственных условиях. В качестве примеров можно привести пробы на изгиб труб, простого, фасонного и специального проката; пробу на навивание проволоки из черных и цветных металлов; пробу на сплющивание труб. Свойства, характеризующие способность металла или сплава сопротивляться

воздействию внешних сил, называют механическими.

Внешние силы (нагрузки) могут быть статическими, динамическими или циклическими (повторно-переменными). По направлению действия силы возникают деформации растяжения, сжатия изгиба, скручивания и среза. В практике, как правило, на деталь или изделие силы воздействуют не раздельно, а в комбинации друг с другом. В этом случае возникают упругая (обратимая) или пластическая (необратимая) деформации.

Механические свойства в качестве главных включают характеристики прочности, твердости, пластичности, упругости и вязкости. Кроме того производят испытания металлов на усталость (выносливость), ползучесть и др.

При статических испытаниях на растяжение определяют такие прочностные свойства металла, как предел пропорциональности, предел упругости, предел текучести, предел прочности, а также характеристики пластичности – относительное удлинение и относительное сужение образца. Испытанию подвергаются стандартные образцы, форма и размеры которых определяются ГОСТом. При испытании на растяжение образец растягивается под действием плавно возрастающей нагрузки до разрыва. Напряжение, при котором начинается течение пластичного металла или сплава, называют пределом текучести (в МПа). Напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, которую выдерживает образец в процессе испытания до разрушения, называют пределом прочности или временным сопротивлением разрыву (в МПа):

,

где - максимальная нагрузка в момент разрушения образца;

- сечение стандартного образца перед испытанием на растяжение.

Относительным удлинением d после разрыва называют отношение приращения длины образца после разрыва к его первоначальной длине , выраженное в процентах.

Относительное сужение образца y определяется как отношение уменьшения площади поперечного сечения образца после разрыва к первоначальной площади его поперечного сечения, выраженное в

процентах. Относительное удлинение и относительное сужение определяют так называемую статическую вязкость металлов и сплавов.

Твердость – это свойство твердого тела сопротивляться внедрению в его поверхность другого более твердого тела.

В условиях производства используют три метода испытания на твердость, называемых по имени их изобретателей: метод Бринелля (НВ), метод Роквелла (HRA, HRB, HRC) и метод Виккерса (HV). Испытания на твердость позволяют косвенно судить о прочности материалов, их износостойкости, и осуществлять контроль качества деталей после обработки давлением, термической и химико-термической обработок.

Важным свойством металлов является их способность сопротивляться ударным, циклическим (повторно – переменным) нагрузкам и нагрузкам при высоких температурах.

Ударную вязкость определяют на маятниковых копрах, перебивая стандартный образец с надрезом. Работа, затраченная на излом образца (в ДЖ), характеризует ударную вязкость металла или сплава (KCU, KCV и КСТ).

Циклические испытания на усталость проводят для тех материалов и деталей машин, которые работают при многократных повторно-переменных нагрузках: нагружение – разгружение; растяжение – сжатие; закручивание в противоположные стороны и т.п. Усталостное разрушение наблюдается у пружин, рессор, валов, шатунов и др. Свойство металла противостоять усталости называется выносливостью. Выносливость оценивается числом циклов нагрузка – разгрузка до момента усталостного разрушения.

При работе деталей при высокой температуре под нагрузкой возникает явление ползучести материала. В таких случаях главным показателем качества применяемого металлического сплава является его стойкость против ползучести.