Что такое механические свойства металлов


МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ

⇐ ПредыдущаяСтр 4 из 16Следующая ⇒

И МЕТОДЫ ИХ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

 

Цель работы: изучить способы определения основных механических свойств металлических материалов.

 

Теоретические сведения

 

Механические свойства определяют способность металлов сопротивляться воздействию внешних сил (нагрузок). Они зависят от химического состава металлов, их структуры, характера технологической обработки и других факторов. Зная механические свойства металлов, можно судить о поведении металла при обработке и в процессе работы машин и механизмов.

К основным механическим свойствам металлов относятся прочность, пластичность, твердость и ударная вязкость.

Прочность – способность металла не разрушаться под действием приложенных к нему внешних сил.

Пластичность – способность металла получать остаточное изменение формы и размеров без разрушения.

Твердость – способность металла сопротивляться вдавливанию в него другого, более твердого тела.

Ударная вязкость – степень сопротивления металла разрушению при ударной нагрузке.

Механические свойства определяют путем проведения механических испытаний.

Испытания на растяжение. Этими испытаниями определяют такие характеристики, как пределы пропорциональности, упругости, прочности и пластичность металлов. Для испытаний на растяжение применяют круглые и плоские образцы (рисунок 2.1, а, б), форма и размеры которых установлены стандартом. Цилиндрические образцы диаметром d0 = 10 мм, имеющие расчетную длину l0 = 10d0, называют нормальными, а образцы, у которых длина l0 = 5d0, – короткими. При испытании на растяжение образец растягивается под действием плавно возрастающей нагрузки и доводится до разрушения.

Разрывные машины снабжены специальным самопишущим прибором, который автоматически вычерчивает кривую деформации, называемую диаграммой растяжения. Диаграмма растяжения в координатах «нагрузка Р – удлинение ∆l» отражает характерные участки и точки, позволяющие определить ряд свойств металлов и сплавов (рисунок 2.1). На участке 0 - Рпц удлинение образца увеличивается прямо пропорционально возрастанию нагрузки. При повышении нагрузки свыше Рпц, на участке Рпц - Pупр прямая пропорциональность нарушается, но деформация остается упругой (обратимой). На участке выше точки Pvпр возникают заметные остаточные деформации, и кривая растяжения значительно отклоняется от прямой. При нагрузке Рт появляется горизонтальный участок диаграммы — площадка текучести Т-Т1, которая наблюдается, главным образом, у деталей из низкоуглеродистой стали. На кривых растяжения хрупких металлов площадка текучести отсутствует. Выше точки Рт нагрузка возрастает до точки А, соответствующей максимальной нагрузке Рв, после которой начинается ее падение, связанное с образованием местного утонения образца (шейки). Затем нагрузка падает до точки В, где и происходит разрушение образца. С образованием шейки разрушаются только пластичные металлы.

 

 

а, б – стандартные образцы для испытания на растяжение;

в – диаграмма растяжения образца из пластичного материала

 

Рисунок 2.1 – Испытание на растяжение

 

Усилия, соответствующие основным точкам диаграммы растяжения, дают возможность определить характеристики прочности, выраженные в мегапаскалях, МПа, по формуле

 

, (2.1)

где σi – напряжение, МПа;

Pi – соответствующая точка диаграммы растяжения, Н;

F0 – площадь поперечного сечения образца до испытания, мм2.

Предел пропорциональности σпц – это наибольшее напряжение, до которого сохраняется прямая пропорциональность между напряжением и деформацией:

, (2.2)

где Pпц – напряжение, соответствующее пределу пропорциональности, Н.

 

Предел упругости σупр напряжение, при котором пластические деформации впервые достигают некоторой малой величины, характеризуемой определенным допуском (обычно 0,05 %):

 

, (2.3)

где Pупр – напряжение, соответствующее пределу упругости, Н.

Предел текучести физический σт— напряжение, начиная с которого деформация образца происходит почти без дальнейшего увеличения нагрузки:

 

, (2.4)

где Pт – напряжение, соответствующее пределу текучести, Н.

 

Если площадка текучести на диаграмме растяжения данного материала отсутствует, то определяется условный предел текучести σ0,2 — напряжение, вызывающее пластическую деформацию, равную 0,2 %.

Предел прочности (временное сопротивление) σв — напряжение, равное отношению наибольшей нагрузки, предшествующей разрушению образца, к первоначальной площади его сечения:

 

, (2.5)

где Pв – напряжение, соответствующее пределу прочности, Н.

 

По результатам испытания на растяжение определяют характеристики пластичности металлов.

Показатели пластичности металлов — относительное удлинение и относительное сужение – рассчитывают по результатам замеров образца до и после испытания.

Относительное удлинение δ находится как отношение увеличения длины образца после разрыва к его первоначальной расчетной длине, выраженное в процентах:

 

, (2.6)

где lk длина образца после разрыва, мм;

l0 – расчетная (начальная) длина образца, мм.

Относительное сужение ψ определяется отношением уменьшения площади поперечного сечения образца после разрыва к первоначальной площади его поперечного сечения, выраженным в процентах:

 

, (2.7)

где F0 начальная площадь поперечного сечения образца;

Fкплощадь поперечного сечения образца в месте разрушения.

Методы определения твердости.Наиболее распространенным методом определения твердости металлических материалов является метод вдавливания, при котором в испытуемую поверхность под действием постоянной статической нагрузки вдавливается другое, более твердое тело (наконечник). На поверхности материала остается отпечаток, по величине которого судят о твердости материала. Показатель твердости характеризует сопротивление материала пластической деформации, как правило, большой, при местном контактном приложении нагрузки.

Твердость определяют на специальных приборах – твердомерах, которые отличаются друг от друга формой, размером и материалом вдавливаемого наконечника, величиной приложенной нагрузки и способом определения числа твердости. Так как для измерения твердости испытывают поверхностные слои металла, то для получения правильного результата поверхность металла не должна иметь наружных дефектов (трещин, крупных царапин и т. д.).

Измерение твердости по Бринеллю. Сущность этого способа заключается в том, что в поверхность испытуемого металла вдавливается стальной закаленный шарик диаметром 10, 5 или 2,5 мм в зависимости от толщины образца под действием нагрузки, которая выбирается в зависимости от предполагаемой твердости испытуемого материала и диаметра наконечника по формулам: Р = 30D2; Р = 10D2;
Р = 2,5D2 (таблица 2.1).

Таблица 2.1 – Выбор диаметра шарика D и нагрузки Р

Материал образца Твердость, кгс/мм2 Толщина образца, мм Диаметр шарика D, мм P/D2, кгс/мм2 Нагрузка Р, кгс Выдержка под нагрузкой, с
Черные металлы (сталь, чугун)   450 - 140 более 6 6 – 3 менее 3 2,5 187,5
Черные металлы Менее 140 более 6 6 – 3 менее 3 2,5 187,5
Твердые цветные металлы (латунь, бронза, медь)   140 – 32 более 6 6 – 3 менее 3 2,5 62,5
Мягкие цветные металлы (олово, алюминий и др.)   35 - 8 более 6 6 – 3 менее 3 2,5 2,5 62,5 15,6

 

На поверхности образца остается отпечаток (рисунок 2.2, а), по диаметру которого определяют твердость. Диаметр отпечатка измеряют специальной лупой с делениями.

Твердость рассчитывают по формуле

 

, (2.8)

 

где НВ – твердость по Бринеллю, кгс/мм2;

Р – нагрузка при испытании, кгс или Н;

F – площадь полученного отпечатка, мм2;

D – диаметр наконечника, мм;

d – диаметр отпечатка, мм.

 

Рисунок 2.2 – Измерение твердости методами Бринелля (а),

Роквелла (б), Виккерса (в)

На практике пользуются специальными таблицами, которые дают перевод диаметра отпечатка в число твердости, обозначаемое НВ. Например: 120 НВ, 350 НВ и т.д. (Н – твердость, В – по Бринеллю, 120, 350 – число твердости в кгс/мм2, что соответствует 1200 и 3500 МПа).

Этот способ применяют, главным образом, для измерения твердости незакаленных металлов и сплавов: проката, поковок, отливок и др.

Твердомер Бринелля можно использовать в том случае, если твердость материала не превышает 450 кгс/мм2. В противном случае произойдет деформация шарика, что приведет к погрешностям в измерении. Кроме того, твердомер Бринелля не применяется для испытания тонких поверхностных слоев и образцов тонкого сечения.

Измерение твердости по Роквеллу. Измерение осуществляют путем вдавливания в испытуемый металл стального шарика диаметром 1,588 мм или алмазного конуса с углом при вершине 120° (см. рисунок 2.2, б).В отличие от метода Бринелля твердость по Роквеллу определяют не по диаметру отпечатка, а по глубине вдавливания наконечника.

Вдавливание производится под действием двух последовательно приложенных нагрузок — предварительной, равной ≈ 100 Н, и окончательной (общей) нагрузки, равной 1400, 500 и 900 Н. Твердость определяют по разности глубин вдавливания отпечатков. Для испытания твердых материалов (например, закаленной стали) необходима нагрузка 1500 Н, а вдавливание стальным шариком нагрузкой 1000 Н производят для определения твердости незакаленной стали, бронзы, латуни и других мягких материалов. Глубина вдавливания измеряется автоматически, а твердость после измерения отсчитывается по трем шкалам: А, В, С (таблица 2.2).

 

Таблица 2.2 – Наконечники и нагрузки для шкал А, В, С

Наконечник Суммарная нагрузка Р, Н (кгс)   Отсчет по шкале Обозначение твердости
Стальной шарик 1000 (100)   В (красная) HRB
Алмазный конус 1500 (150)   С (черная) HRC
Алмазный конус 600 (60)   А (черная) HRA

Твердость (число твердости) по Роквеллу обозначается следующим образом: 90 HRA, 80 HRB, 55 HRC (Н – твердость, Р – Роквелл, А, В, С – шкала твердости, 90, 80, 55 – число твердости в условных единицах).

Определение твердости по Роквеллу имеет широкое применение, так как дает возможность испытывать мягкие и твердые металлы без дополнительных измерений; размер отпечатков очень незначителен, поэтому можно испытывать готовые детали без их порчи.

Измерение твердости по Виккерсу. Данный метод позволяет измерять твердость как мягких, так и очень твердых металлов и сплавов. Он пригоден для определения твердости очень тонких поверхностных слоев (толщиной до 0,3мм). В этом случае в испытуемый образец вдавливается четырехгранная алмазная пирамида с углом при вершине 136о (см. рисунок 2.2, в). При таких испытаниях применяются нагрузки от 50 до 1200 Н. Измерение отпечатка производят по длине его диагонали, рассматривая отпечаток под микроскопом, входящим в твердомер. Число твердости по Виккерсу, обозначаемое НV, находят по формуле

 

, (2.9)

где Р – нагрузка, Н;

d – длина диагонали отпечатка, мм.

 

На практике число твердости НV находят по специальным таб-лицам.

Определение ударной вязкости производят на специальном маятниковом копре (рисунок 2.3). Для испытаний применяется стандартный надрезанный образец, который устанавливается на опорах копра. Маятник определенной массой поднимают на установленную высоту Н и закрепляют, а затем освобожденный от защелки маятник падает, разрушает образец и снова поднимается на некоторую вы-
соту h. Удар наносится по стороне образца, противоположной надрезу. Для испытаний используют призматические образцы с надрезами различных видов: U-образный, V-образный, T-образный (надрез с усталостной трещиной).

а – схема испытания; б – образцы для испытаний.

 

Рисунок 2.3 – Испытания на ударную вязкость

 

Ударная вязкость КС (Дж/см2) оценивается работой, затраченной маятником на разрушение стандартного надрезанного образца, отнесенной к сечению образца в месте надреза:

 

, (2.10)

где А – работа, затраченная на разрушение образца (определяется по разности энергий маятника до и после удара: А0А1), Дж;

F – площадь поперечного сечения образца в месте надреза, см2.

В зависимости от вида надреза в образце ударная вязкость обозначается KCU, KCV, KCТ (третья буква – вид надреза).

 

 

Материалы и принадлежности

 

· Образцы для испытания на растяжение, твердость и ударную вязкость.

· Разрывная испытательная машина.

· Твердомеры Бринелля, Роквелла, Виккерса.

· Маятниковый копер.

· Штангенциркуль.

Порядок выполнения работы

 

Испытания на растяжение

2.3.1.1 Измерить рабочую длину и диаметр образца перед испытанием, записать данные в протокол испытаний.

2.3.1.2 Подготовленный для испытания образец поместить в зажимы машины.

2.3.1.3 Включить электродвигатель.

2.3.1.4 Наблюдать за перемещением стрелки по шкале машины, зафиксировать нагрузку, соответствующую текучести образца, и наибольшую нагрузку, предшествующую разрушению образца, записать в соответствующие графы протокола испытаний.

2.3.1.5 После разрыва образца выключить электродвигатель, обе части образца вынуть из зажимов, снять с диаграммного аппарата часть бумажной ленты с записанной диаграммой.

2.3.1.6 Обе части образца плотно приложить одну к другой, измерить длину и диаметр образца в месте разрыва, записать данные в протокол испытаний.

2.3.1.7 Рассчитать характеристики прочности и пластичности материала, записать полученные данные.




Механические и технологические свойства металлов

Твердость: Твердость - это свойство металлов, которое позволяет им сопротивляться вдавливанию или надрезам. Менее закаленный металл легко обрабатывается. Напротив, когда твердость металла увеличивается, обрабатываемость металла уменьшается. Когда металл затвердевает слишком сильно, он становится хрупким, что, в свою очередь, может сделать металл необрабатываемым. Повышение содержания углерода в стали может привести к увеличению ее твердости и, следовательно, сделать ее хрупкой и менее поддающейся обработке.Характер термической обработки металлов после литья с помощью процесса литья в песчаные формы, литья по выплавляемым моделям или других процессов определяет твердость металлов.

Еще одним важным свойством керамики является хрупкость. Некоторые виды керамики хрупкие, поэтому их невозможно обрабатывать. Небольшое вдавливание на этих материалах может привести к растрескиванию и поломке.

Размер и форма металла: Это еще один важный фактор, определяющий, насколько легко или сложно обрабатывать металлы.Как вы думаете, какие металлы толщиной от 50 до 400 мм можно легко обрабатывать на станке? Тот, который имеет размер 50 мм, может быть легко обработан, чем другой, потому что его толщина меньше, чем у другого.

Металлические формы, с другой стороны, влияют на легкость или сложность резки на станке. Металл полой формы легче обрабатывать, чем толстый металлический блок квадратной формы.

Тип используемого станка: Обрабатываемость зависит от типа станка, используемого в процессе резки.Время, затрачиваемое на резку металла, работающего со скоростью 20 об / с, не может быть таким же, когда тот же металл резается на станке со скоростью 50 об / с. Обрабатываемость при 50 об / сек будет выше, чем при частоте вращения 20 об / сек. Причина в том, что отрезной диск первого покрывает металл на большее расстояние, чем второй.

Кроме того, твердость станка также определяет, насколько обрабатываемым может быть материал. Ясно известно, что обработка на станках, сделанных из алмаза, не может быть такой же, когда тот же материал обрабатывается станками с низкой прочностью.Алмаз, являющийся самым твердым из известных материалов, может легко обрабатывать многие материалы благодаря своей прочности.

Охлаждающие жидкости / смазки: Охлаждающие жидкости и смазки играют важную роль во время обработки материала. Поскольку смазочные материалы применяются при механической обработке, обрабатываемость металлов повышается. Это потому, что смазочные материалы снижают силы трения, действующие между машиной и обрабатываемым материалом.

Кроме того, СОЖ играют свою роль в снижении температуры обрабатывающего инструмента и обрабатываемого материала.Это снижает количество операций горячего отрыва, которые могут возникнуть из-за чрезмерного нагрева. Примерами охлаждающих жидкостей, которые могут использоваться при механической обработке, являются жидкий водород, жидкий азот и жидкий гелий.

Коэффициент трения: Согласно идее физики, следует отметить, что коэффициент трения µ прямо пропорционален силе трения F из формулы µ = F / R . В формуле R - нормальная реакция между поверхностью заготовки и поверхностью режущего станка.

Согласно формуле, когда коэффициент трения покоя увеличивается, сила трения между двумя контактирующими поверхностями также увеличивается. Таким образом, более высокий коэффициент трения, который является результатом высокой силы трения, увеличивает обрабатываемость металлов. В этом контексте сила трения - это сила, необходимая для преодоления трения между двумя контактирующими поверхностями во время операции обработки. Обратите внимание, что µ не может быть равным единице, то есть 100%.

Свариваемость

Это свойство металла, которое указывает на легкость, с которой два одинаковых или разнородных металла соединяются плавлением (с приложением давления или без него) и с использованием или без использования присадочных металлов.Между свариваемыми металлами должно иметь место капиллярное действие.

Перед сваркой свариваемые части очищаются от загрязнений. Примеси могут быть в виде жира, масла или даже оксидов. Жир на свариваемом участке можно удалить с помощью обезжиривающих средств. Примеси оксидов можно удалить методом флюсования. Если примеси не удалить, свариваемость металла будет нарушена до и после сварки.

При сварке, включающей использование присадочных металлов, для достижения оптимальной свариваемости используемый присадочный металл должен соответствовать основным металлам, которые необходимо сваривать.Для соединения некоторых основных металлов существуют подходящие присадочные металлы. Например, медь может использоваться как присадочный металл при выполнении стальных соединений.

Фактор, влияющий на свариваемость

Есть уникальные факторы, которые влияют на свариваемость соединений. Эти факторы включают:

  • Состав металла;
  • Тепловые свойства;
  • Сварка техническая;
  • Флюсирование; и
  • Правильная обработка до и после сварки

Состав металла: Элементы, входящие в состав металла, влияют на его свариваемость.Материалы с более высоким содержанием серы и фосфора имеют более низкую свариваемость. Если взять, например, серый чугун, его свариваемость низкая из-за высокого содержания в нем серы и фосфора. Опять же, когда интерес вызывает чугун с шаровидным графитом, его свариваемость выше, чем у серого чугуна, потому что он содержит меньшую долю серы и фосфора.

Тепловые свойства: Слово «тепловая» может использоваться вместо тепловой энергии. Скорость, с которой любой металл проводит тепло, влияет на свариваемость этого металла.Любой металл с хорошей теплопроводностью также хорошо сваривается.

Техника сварки: Специальные знания в области сварки также определяют свариваемость любого соединения. Существует явная разница между сваркой, выполняемой сварщиком, имеющим хороший опыт в области сварки в течение многих лет, и «маленьким мальчиком», который только учится сварке. Когда эксперт сваривает соединение, его свариваемость выглядит лучше и лучше, чем когда это делает простой ученик. Таким образом, свариваемость любого соединения зависит от применяемых навыков сварки, а также от техники, используемой в процессе сварки.

Флюс и присадочный металл: Флюсование проводится на металлах во время сварки для удаления примесей; особенно оксидные примеси. Материал, который будет флюсоваться, определяет вид флюса, который будет использоваться на нем. Когда флюсование выполняется на деталях, чтобы сплавиться вместе, может легко возникнуть капиллярное действие на металл.

Правильная обработка до и после сварки: Это важный фактор, определяющий свариваемость любого металла. Обработка поверхностей перед сваркой может определить, насколько свариваемым может быть соединение.Частями обработки может быть правильная сборка двух свариваемых металлов, а также сглаживание двух точек для обеспечения хорошего соединения между ними. Опять же, некоторые виды обработки свариваемой части могут продлить срок ее службы.

Отливка

Что такое литье? Литейность - это свойство металла, которое указывает на легкость изготовления отливок с меньшими затратами, меньшими дефектами и меньшими затратами времени. При изготовлении отливки необходимо стремиться к тому, чтобы отливка была без дефектов.Это одна из причин, по которой отливки после изготовления подвергаются контролю. Бездефектная отливка не может легко выйти из строя в результате коррозии или напряжения.

  • Пластичность: Это способность металла вытягиваться в тонкий лист или проволоку. Это может быть достигнуто путем увеличения давления на металл и последующего вытягивания под действием большой силы или приложения силы путем вытягивания. Литые или изготовленные металлы обычно проявляют свойства направленности, особенно в отношении пластичности, и обычно литой металл менее пластичен, чем металл в кованом или отожженном состоянии («Механические свойства металлов» Дональда Маклина).
.

Механические свойства металлов

Механические свойства металлов определяют диапазон полезности металла и устанавливают ожидаемую службу. Механические свойства также используются для определения и идентификации металлов. Наиболее распространенными рассматриваемыми свойствами являются прочность, твердость, пластичность и ударопрочность.

Механические свойства металлов определяют диапазон использования. металла и установить сервис, которого можно ожидать.Механический свойства также используются для определения и идентификации металлов. Большинство рассматриваются общие свойства: прочность, твердость, пластичность и ударная вязкость. сопротивление.

Прочность

Сила металла - это его способность выдерживать воздействие внешних сил без поломки. Предел прочности на разрыв, также называемый пределом прочности, это максимальная прочность металла при испытании на растяжение. В испытание на растяжение - это метод определения поведения металла под фактическая растягивающая нагрузка.Этот тест обеспечивает предел упругости, удлинение, предел текучести, предел текучести, предел прочности и уменьшение площади. Испытания на растяжение обычно проводятся в стандартизированных при комнатной температуре, но также можно производить при повышенных температурах.

Многие машины для испытания на растяжение оборудованы для построения кривой, которая показывает нагрузка или напряжение, а также напряжение или движение, возникающие во время теста операция. В процессе тестирования нагрузка увеличивается постепенно и образец будет растягиваться или удлиняться пропорционально растягивающей нагрузке.

Образец будет удлиняться прямо пропорционально нагрузке во время упругий участок кривой до точки А. В этой точке образец продолжит удлинение, но без увеличения нагрузки. Это известен как предел текучести стали и является концом эластичного часть. В любой точке до точки А, если нагрузка устранена, образец вернется к своему первоначальному размеру.

Урожайность происходит из точки А в точку Б, и это область пластическая деформация.Если бы нагрузка была устранена в точке B, образец не вернется к своему первоначальному размеру, а вместо этого взять перманентный набор. После точки B нагрузку необходимо увеличить до далее растяните образец.

Нагрузка увеличится до точки C, которая является пределом прочности материал. В точке C образец сломается, и нагрузка больше не будет нес. Предел прочности материала на разрыв достигается за счет деление предельной нагрузки на площадь поперечного сечения исходного образец.Это обеспечивает предел прочности на разрыв в Ньютонах на квадратный миллиметр (мегапаскали, МПа) или фунтов на квадратный дюйм.

Предел текучести или предел текучести получают путем деления нагрузки на текучесть или в точке А по исходной площади. Это дает цифру в фунтах на квадратный дюйм или МПа. Чрезвычайно пластичные металлы не имеют предела текучести. Они растягиваются или прогибаются при малых нагрузках. Для этих металлов предел текучести равен определяется изменением удлинения.Две десятых процента относительное удлинение произвольно устанавливается как предел текучести. Предел текучести это предел, на котором рассчитываются конструкции.

Пластичность

Пластичность металла - это свойство, которое позволяет ему растягиваться. или иным образом изменили форму без разрушения и сохранили измененные форма после снятия нагрузки.

Пластичность металла можно определить с помощью испытания на растяжение. Это выполняется путем определения процента удлинения.Маркировки делаются двумя дюймы друг от друга в точке, где произойдет перелом. Увеличение измерительная длина, относящаяся к исходной длине, умноженная на 100, - это процент удлинения. Это делается путем нанесения меток кернером на расстоянии двух дюймов друг от друга. на уменьшенном участке тестового купона, тестируя купон, плотно удерживая две части вместе и повторно измеряя расстояние между отметки кернером. Исходные два дюйма вычитаются из измеренная длина, а разница делится на два и умножается на 100, чтобы получить процент удлинения.

Уменьшение площади

Уменьшение площади является еще одним показателем пластичности и достигается за счет испытание на растяжение путем измерения исходной площади поперечного сечения образец и соотнесение его с площадью поперечного сечения после разрушения.

Для круглого образца измеряется диаметр и поперечное сечение. рассчитывается площадь. После того, как испытательный стержень сломан, измеряется диаметр. в самой маленькой точке. Снова рассчитывается площадь поперечного сечения. Разница в площади делится на исходную площадь и умножается. на 100, чтобы получить процентное уменьшение площади.Эта цифра меньшее значение, чем удлинение, но обычно сообщается, когда приведены механические свойства металла.

Образец для испытания на растяжение также обеспечивает другое свойство металла. известен как его модуль упругости, также называемый модулем Юнга. Эта - отношение напряжения к упругой деформации. Это относится к наклон кривой к пределу текучести. Модуль упругости равен важен для дизайнеров и включен во многие формулы дизайна.

Твердость

Твердость металла определяется как сопротивление металла местное проникновение более твердого вещества. Твердость металлов измеряется путем вдавливания шарика из закаленной стали или алмаза в поверхность образец под определенным весом в машине для определения твердости.

Бринелля - один из самых популярных типов машин для измерения твердость. Он обеспечивает число твердости по Бринеллю (BHN), которое находится в килограммов на квадратный миллиметр в зависимости от нагрузки, приложенной к закаленной мяч в килограммах и делится на площадь отпечатка, оставленного мяч в квадратных миллиметрах.

Есть несколько других систем измерения твердости. Популярная машина - это твердомер по Роквеллу, в котором используется алмаз, в поверхность образца. Для обеспечения разномасштабные. Для более мягких материалов используются меньшие нагрузки. Другая метод с помощью машины твердости Виккерса, которая считывает непосредственно, как алмаз вдавливается в поверхность металла. Другой способ - это Склероскоп Берега, в котором используется небольшой падающий груз, который подпрыгивает от поверхности металла, обеспечивающего меру твердости.

Ударопрочность

Стойкость металла к ударам оценивается по ударной вязкости. Металл может обладать удовлетворительной пластичностью при статических нагрузках, но может выходят из строя при динамических нагрузках или ударах.

Ударную вязкость чаще всего определяют с помощью теста Шарпи. Иногда бывает измеряется тестом Изоде. Оба типа тестов используют один и тот же тип маятниковая испытательная машина. Образец для испытаний по Шарпи представляет собой балку, поддерживаемую на обоих концах и содержит выемку в центре.Образец помещен по опорам и ударил маятником по стороне, противоположной выемке. Точность и расположение выемки имеют огромное значение. Там несколько типов образцов Шарпи; V-образный вырез - самый популярный.

Ударная вязкость металла определяется путем измерения энергии впитывается в перелом. Это равно весу маятника. умноженное на высоту, на которой маятник выпущен, и высоту до маятник качается после удара об образец.В стандартной Метрическая практика, ударопрочность измеряется двумя способами. Один, в Джоулях на основе поглощенной энергии и, во-вторых, в Джоулях на квадратный сантиметр площадь поверхности излома или площадь поперечного сечения под выемка. В англо-саксонских терминах ударная вязкость - это фунт-фут. поглощенной энергии.

.

Механические свойства

Механические свойства

Механические свойства материала - это те свойства, которые связаны с реакцией на приложенную нагрузку. Механические свойства металлов определяют диапазон полезности материала и определяют ожидаемый срок службы. Механические свойства также используются для классификации и идентификации материала. Наиболее распространенными рассматриваемыми свойствами являются прочность, пластичность, твердость, ударопрочность и вязкость разрушения.

Большинство конструкционных материалов являются анизотропными, что означает, что свойства их материалов зависят от ориентации. Различия в свойствах могут быть обусловлены направленностью микроструктуры (текстуры) в результате операций формования или холодной обработки, контролируемым выравниванием армирования волокном и множеством других причин. Механические свойства обычно зависят от формы продукта, такого как лист, плита, экструзия, литье, ковка и т. Д. Кроме того, обычно можно увидеть механические свойства, перечисленные в виде направленной зернистой структуры материала.В таких продуктах, как лист и пластина, направление прокатки называется продольным направлением, ширина продукта называется поперечным направлением, а толщина называется коротким поперечным направлением. Ориентация зерен в металлических изделиях стандартной формы показана на изображении.

Механические свойства материала не являются постоянными и часто изменяются в зависимости от температуры, скорости нагрузки и других условий. Например, температуры ниже комнатной обычно вызывают повышение прочностных свойств металлических сплавов; в то время как пластичность, вязкость разрушения и удлинение обычно снижаются.Температуры выше комнатной обычно вызывают снижение прочностных свойств металлических сплавов. Пластичность может увеличиваться или уменьшаться с повышением температуры в зависимости от одних и тех же переменных.

Следует также отметить, что часто наблюдается значительная вариабельность значений, полученных при измерении механических свойств. На первый взгляд идентичный образец для испытаний из одной партии материала часто дает существенно разные результаты. Поэтому для определения механических свойств обычно проводят несколько испытаний, и сообщаемые значения могут быть средним значением или вычисленным минимальным статистическим значением.Кроме того, иногда указывается диапазон значений, чтобы показать изменчивость.

.

Справочник по типам металлов и сплавов: свойства и использование

Таблица с механическими свойствами обычных типов металлов. Значения зависят от термической обработки, механического состояния или массы металла.

Прочность - это способность металла избегать структурных повреждений за счет устойчивости к внешним напряжениям или нагрузкам. Удельное напряжение, измеряемое в фунтах на квадратный дюйм, является пределом прочности. При испытании на растяжение материал не может разорваться при медленном приложении большой нагрузки.

Самое сильное известное вещество - вольфрам-молибден. Следующими по прочности идут технически чистые металлы, никель и титан.
Чистое железо - более слабый материал. Однако железо, легированное углеродом (также известное как сталь), прочнее всех металлов, кроме вольфрама.

    1. Предел прочности :
      Что такое предел прочности на разрыв или предел прочности?

      Прочность на растяжение определяется как максимальная нагрузка при растяжении, которую материал может выдержать до разрушения, или способность материала сопротивляться растяжению противоположными силами.Также известный как предел прочности, это максимальная прочность металла, развиваемая при испытании на растяжение.

      Прочность металла на растяжение - это количество фунтов силы, необходимое для разрыва стержня из материала шириной 1,0 дюйма и толщиной 1,0 дюйма

      Как определяется предел прочности металла при растяжении?

      Поведение металла при действительной растягивающей нагрузке называется испытанием на растяжение. Это испытание позволяет определить предел упругости, уменьшение площади, предел текучести, предел текучести и удлинение металла.Значение присваивается прочности металла (предел прочности на разрыв), выраженное в килопаскалах (кПа) или фунтах на квадратный дюйм (psi). Выражаясь по-другому; Предел прочности на разрыв - это сила в фунтах, необходимая для того, чтобы взять и разорвать стержень материала шириной 24,5 мм (1 дюйм) и толщиной 25,4 мм (1,0 дюйм)

    2. Прочность на сдвиг :

      Что означает прочность на сдвиг?

      Способность металла сопротивляться разрушению противоположными силами, действующими не по прямой линии, или сопротивляться разрушению противоположными силами, действующими на прямой линии, но не в той же плоскости, является прочностью на сдвиг.

      Прочность на сдвиг - это способность металла противостоять разрушению противодействующими силами, действующими не по прямой линии, или способность материала противостоять разрушению противодействующими силами, действующими по прямой линии, но не в той же плоскости

    3. Усталостная прочность :

      Что такое определение усталостной прочности металла?

      Во время большого количества переворотов максимальная нагрузка, которую материал может выдержать без разрушения, - это усталостная прочность.

      Вращающийся вал, поддерживающий груз, имеет сжимающие усилия в нижней части вала и растягивающие силы в верхней части вала. При вращении вала происходит повторяющееся циклическое изменение прочности на сжатие и растяжение. Конструкция таких конструкций, как крылья самолета, которые подвергаются быстро меняющимся нагрузкам, требует значений усталостной прочности. На усталостную прочность влияют состояние поверхности, микроструктура, холодная обработка и коррозионная среда.

      При частом повторении напряжения некоторые металлы выйдут из строя или разорвутся, даже если достаточное напряжение может не привести к остаточной деформации при непрерывном воздействии в течение относительно короткого времени.Повторение напряжения может происходить в таких местах, как хвостовик перфоратора. Чередование стрессов может привести к отказу быстрее, чем повторение стресса. Под вариациями напряжения понимается попеременное сжатие и растяжение любого материала. Определение усталости - это разрушение сплавов и металлов, которые подвергаются переменным или повторяющимся напряжениям, слишком малым для создания остаточной деформации при статическом применении.

    4. Прочность на сжатие :

      Что означает прочность на сжатие?

      Максимальная нагрузка при сжатии, которую материал может выдержать заданную величину деформации, или способность материала выдерживать давления, действующие в заданной плоскости, называется прочностью на сжатие.

      Прочность на сжатие как чугуна, так и бетона превышает их предел прочности на разрыв. Для большинства материалов верно обратное.

Способность выдерживать давления в заданной плоскости или максимальную нагрузку при сжатии, которую материал будет выдерживать до того, как заданная величина деформации станет прочностью на сжатие.

Эластичность

Что такое эластичность металла?

Способность металла возвращаться к своему первоначальному размеру, форме и размерам после того, как он потерял форму, растянулся или деформировался, является эластичностью.Точка, в которой начинается необратимое повреждение, является пределом упругости. Точка, когда определенное повреждение происходит при небольшом увеличении нагрузки или без нее, является пределом текучести. Количество фунтов на квадратный дюйм (килопаскали), необходимое для деформации или повреждения до предела текучести, называется пределом текучести.

Что такое модуль упругости?

Отношение внутреннего напряжения к производимой деформации является модулем упругости. Он выражает жесткость материала.Для стали и большинства металлов это свойство является постоянным и очень мало зависит от термической обработки, горячей или холодной обработки или фактического предела прочности металла.

Что такое закон Гука?

Согласно закону Гука: «Степень, в которой упругое тело изгибается или растягивается, принимая форму, прямо пропорциональна силе (напряжению), действующей на него». Но этот закон применяется только в определенном диапазоне.

Пластичность

Какое определение пластичности металла?

Свойство, которое позволяет металлу без разрыва растягиваться или изменяться, при этом не разрушаясь, называется пластичностью металла.Это способность материала, такого как медь, постоянно растягиваться или вытягиваться без разрушения. Испытание на растяжение может определить пластичность металла путем измерения процента удлинения. Недостаток пластичности - это когда вы не видите необратимых повреждений до того, как металл сломается или потрескается (например, в чугуне).

В частности, способность вытягиваться от большего диаметра к меньшему диаметру проволоки - это пластичность. Эта операция подразумевает как удлинение, так и уменьшение площади.

Пластичность - это способность металла такого типа, как медь, вытягиваться или растягиваться под нагрузкой растяжения и постоянно деформироваться без разрушения или разрыва

Пластичность

Что такое пластичность металла?

Пластичность - это способность металла, такого как свинец, серебро или золото, сильно деформироваться без разрушения. Пластичность подобна пластичности.

Пластичность вместе с прочностью считается двумя наиболее важными свойствами, которыми может обладать металл.

Ковкость

Ковкость - это способность материала постоянно деформироваться при сжатии без разрушения или разрыва. Именно это свойство позволяет прокатывать и штамповать металлы в тонкие листы.

Ковкость - это свойство металла, когда он может быть деформирован или сжат в прокатные листы

Большинство металлов обладают повышенной пластичностью и пластичностью при более высоких температурах. Например, железо и никель очень пластичны при нагревании до ярко-красного цвета.

Различные металлы не обладают одинаковыми двумя свойствами: пластичностью и пластичностью в одинаковой степени. Олово, серебро, свинец и золото обладают высокой пластичностью. Золото обладает исключительной пластичностью, и его можно свернуть в листы, достаточно тонкие, чтобы пропускать свет. Олово и свинец относительно пластичны, но не имеют прочности на разрыв, необходимой для получения тонкой проволоки.

Уменьшение площади

Это показатель пластичности. Он берется из испытания на растяжение после разрушения путем записи исходной площади поперечного сечения образца в площадь поперечного сечения.

Хрупкость

Свойство, противоположное пластичности или пластичности, - хрупкость. Он может лопнуть при небольшой деформации. Твердые металлы часто бывают хрупкими. Термины не должны быть синонимами или путать. Хрупкий металл - это металл, который не может быть заметно деформирован навсегда, или металл, не обладающий пластичностью.

Хрупкость металла, подтвержденная отказом

Внезапный отказ называют «хрупкостью». Это происходит, когда металл ломается без предупреждения или без постоянно видимой деформации.Когда металл достигает предела упругости, он не имеет большого сопротивления разрыву.

Прочность

Прочность - это сочетание средней пластичности и высокой прочности. Это способность материала или металла противостоять разрушению, а также способность противостоять разрушению после того, как повреждение началось. Закаленный металл, такой как холодное долото, может выдержать значительные нагрузки, внезапные, медленные или приложенные, и который будет деформироваться до выхода из строя. Прочность - это способность материала противостоять началу постоянной деформации, а также способность противостоять ударам или поглощать энергию.

Способность материала поглощать энергию, включая энергию как пластической деформации, так и упругости, при постепенно прикладываемой нагрузке, называется ударной вязкостью. Вообще говоря, вязкость относится как к пластичности, так и к прочности. Таким образом, легко деформируемое вещество малой прочности оказывается вязким. Материал высокой прочности, но с небольшой пластичностью, такой как закаленная инструментальная сталь, также не является прочным. Настоящий прочный металл - это такой металл, который быстро распределяет внутри себя как результирующую деформацию, так и напряжение, вызванное быстро приложенной нагрузкой.

Обрабатываемость и свариваемость

Свойство обрабатываемости и свариваемости - это легкость или сложность, с которыми типы металлов поддаются механической обработке или сварке.

Сопротивление

Определение сопротивления истиранию

Сопротивление истиранию - это сопротивление истиранию.

Накладная износостойкая пластина из карбида хрома для обеспечения устойчивости к истиранию


Определение коррозионной стойкости и усталости

Устойчивость к атмосферному износу или разъеданию, влаге или другим агентам, таким как кислота, является коррозионной стойкостью.

Коррозионно-стойкие алюминиевые панели

Типом усталостного разрушения является коррозионная усталость, при которой предел выносливости снижается из-за коррозии с образованием ямок, которые действуют как центры развития усталостных трещин. Кроме того, когда усталостные напряжения разрушают любую металлическую защитную пленку, коррозия создает полости, которые распространяются через трещины в пленке, действуя как стрессоры.

Если изношенная металлическая деталь подвергается воздействию коррозионных агентов, таких как масло, не очищенное от кислоты или влажной атмосферы, напряжение, необходимое для выхода из строя, уменьшается.Удельное напряжение прочной термически обработанной легированной стали, подверженной коррозионной усталости, будет не более, чем относительно слабой конструкционной стали. Важно защитить поверхности материалов, подверженные усталости, от коррозии путем гальванизации и гальваники.

Ударопрочность

Стойкость металла к ударам оценивается по ударной вязкости. Металл может обладать удовлетворительной пластичностью при статических нагрузках, но может разрушиться при динамических нагрузках или ударах. Ударная вязкость металла определяется путем измерения энергии, поглощенной в трещине.

Твердость

Что такое твердость металла?

Способность металла сопротивляться проникновению и износу другим металлом или материалом называется твердостью. Чтобы выдержать тяжелые удары, требуется сочетание прочности и твердости. Твердость металла ограничивает легкость его обработки, поскольку твердость увеличивается с уменьшением ударной вязкости.

Термообработка позволяет упрочнить сталь. Причина термообработки стали состоит в том, чтобы сделать сталь лучше подходящей, структурно и физически, для каждого конкретного применения.

В таблице ниже показана твердость различных металлов.

Твердость - это способность металла сопротивляться износу и проникновению другим металлом или материалом. Чтобы выдержать тяжелые удары, требуется сочетание твердости и прочности.


Продолжение таблицы преобразования твердости металла

Типы металлов: испытания на твердость
  • Испытание на твердость по Бринеллю : шарик из закаленной стали медленно прижимается известной силой к испытуемой металлической поверхности.Измеряется диаметр вмятины на поверхности. С помощью стандартных таблиц определяется число твердости по Бринеллю (bhn).
  • Испытание на твердость по Роквеллу: В этом испытании измеряется любое отклонение между глубиной, на которую контрольная точка вдавливается в металл легкой нагрузкой, и глубиной, на которую она вдавливается большой нагрузкой. Сначала применяется легкая нагрузка. Затем, удерживая деталь в неподвижном состоянии, прикладывается большая нагрузка. Циферблат показывает номер твердости. Буквенные обозначения, такие как B и C по шкале Роквелла, указывают на величину большой нагрузки и тип используемого пенетратора.
  • Тест на твердость склероскопом: Твердость измеряется с помощью молотка с алмазным наконечником, который падает под собственным весом с фиксированной высоты и отскакивает от поверхности. Шкала измеряет отскок от гладкой поверхности.

Механические свойства металлов
(в порядке собственности)

Как идентифицировать металлы

Когда вы выбираете типы металлов для использования в производстве, для выполнения механического ремонта или даже для определения того, поддается ли металл сварке, вы должны быть в состоянии определить его основной тип.Некоторые методы полевой идентификации металла могут использоваться для идентификации металлического предмета. Некоторые распространенные методы:

  • внешний вид поверхности
  • испытание искры
  • чип тест
  • магнитный тест
  • испытание на твердость

Бесплатные брошюры по типам металлов

Типы металла: характеристики, плюсы и минусы каждого типа, общее применение

Механические свойства металлов: таблица ранжирования металлов на основе механических свойств

Список литературы

Структура металлов
Иллинойсский университет

Металлы и сплавы
Химические реакции, механизмы, органическая спектроскопия

.

Смотрите также