Физические и химические свойства .

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

Цветом называют способность металлов отражать световое излучение с опре­деленной длиной волны. Например, медь имеет розово-красный цвет, алюминий - серебристо-белый.

Плотность металла характеризуется его массой, заключенной в единице объе­ма. По плотности все металлы делят на легкие (менее 4,5 г/см³) и тяжелые.

Температурой плавления называют температуру, при которой металл перехо­дит из твердого состояния в жидкое. По температуре плавления различают тугоплав­кие металлы (вольфрам 3416°С, тантал 2950°С и др.) и легкоплавкие (олово 232°С, свинец 327°С и др.)

Теплопроводностью называют способность металлов передавать терло от более нагретых к менее нагретым участкам тела. Серебро, медь, алюминий обладают большой теплопроводностью (размерность ).

Тепловым расширением называют способность металлов увеличиваться в раз­мерах при нагревании и уменьшаться при охлаждении. Тепловое расширение харак­теризуется коэффициентом линейного расширения , где l₁ и l₂ - длины тел при температурах t₁ и t₂.

Теплоемкостью называют способность металла при нагреваний поглощать оп­ределенное количество тепле (размерность ). Теплоемкость различных металлов, сравнивают по величине удельной теплоемкости - количеству тепла, выраженному в джоулях, которое требуется для повышения.температуры 1кг металла на 1°С .

Электропроводность и электросопротивление две взаимно противоположные характеристики, по которым оценивают способность металлов проводить электриче­ский ток. Электрическая проводимость оценивается в сименсах (См), а удельная элек­тропроводность в [См/м], аналогично электросопротивление выражают в омах (Ом), а удельное электросопротивление - в [Ом/м]. С повышением температуры металла его электропроводность уменьшается, а с понижением увеличивается.

Магнитные свойства характеризуются абсолютной магнитной проницаемостью или магнитной постоянной, т.е. способностью металлов намагничиваться (размерность [Гн/м]). Высокими магнитными свойствами обладают железо, никель, ко­бальт и др., которые называют ферромагнитными.

Химические свойства . Химические свойства характеризуют способность метал­лов и сплавов сопротивляться окислению или вступать в соединения с различными веществами: кислородом воздуха, растворами кислот и щелочей и др. Чем легче ме­талл вступает в соединение другими элементами, тем быстрее он разрушается.

Химическое разрушение металлов под воздействием на их поверхность внеш­ней агрессивной среды называют коррозией.

Металлы, стойкие к окислению при сильном перегреве, называют жаростой­кими или окалиностойкими.

Сопротивление металлов коррозии, окалинообразованию и растворению оп­ределяют по изменению массы испытуемых образцов на единицу поверхности за еди­ницу времени.

Химические свойства металлов обязательно учитываются при изготовлении тех или иных изделий, особенно, когда они работают в агрессивных средах.

 

Механические свойства .

Способность металла сопротивляться воздействию внешних сил характеризу­ется механическими свойствами, к которым относятся: прочность, упругость, пла­стичность, ударная вязкость, твердость и выносливость. Поэтому при выборе мате­риала для изготовления деталей машин необходимо их учитывать. Эти свойства оп­ределяют по результатам механических испытаний, при которых металлы подверга­ют воздействию внешних сил (нагрузок). Внешние силы могут быть статическими, динамическими или циклическими (повторно-переменными). Нагрузка вызывает в твердом теле напряжение и деформацию.

Напряжение - величина нагрузки, отнесенная к единице площади поперечного сечения испытуемого образца.

Деформация - изменение формы и размеров твердого тела под влиянием приложенных внешних сил.

Различают деформации растяжения (сжатия),

 из­гиба, кручения, среза, (рис.9.25.). В действи-

тельно­сти материал может подвергаться

одному или нес­кольким видам деформации одно-

временно.

Для определения прочности, упругости

 пластичности металлы в виде образцов круглой

формы 5-ти или 10-ти кратной длины, реже

плюской формы испытывают на статическое

 растяжение по специальному стандарту.

Испытание проводят на разрывных машинах. В результате испытания получают диаграмму растяжения, (рис.9.26.) По оси абсцисс этой диаграммы откладывают значения деформации, а по оси ординат - нагрузки, приложенные к образцу.

Прочность – способность материала сопротивляться разрушению под действи­ем нагрузок, оценивается пределом прочности s_в и пределом текучести s_т или s_о2. Предел прочности s_в (временное сопротивление) - это условное напряжение в Па(Н/м²), соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образ­ца.

(9-4)

где Р_max - наибольшая нагрузка, Н;

  F₀ - начальная площадь поперечного сечения

рабочей части образца, м².

Истинное сопротивление разрыву d_к - это

напряжение, определяемое отношением на-

грузки Р_к в момент разрыва к площади

 инимального попереч­ного сечения, образца после разрыва F_к .

    (9-5)

Предел текучести (физический) s_т - это наименьшее напряжение (в МПа), при котором образец деформируется без заметного увеличения нагрузки:

    (9-6)

где Р_т - нагрузка, при которой наблюдается площад­ка текучести, Н.

Площадку текучести имеют в основном только малоуглеродистая сталь и ла­туни. Другие сплавы площадки текучести не имеют. Для таких материалов опреде­ляют предел текучести (условный), при котором остаточное удлинение достигает 0,2% от расчетной длины образца:

(9-7)

где Р_0,2 - нагрузка условного предела текучести, Н.

Упругость - способность материала восстанавливать первоначальную форму и размеры после прекращения действия нагрузки Р_уп, оценивают пределом пропорцио­нальности s_пу и пределом упругости s_уп.

Предел пропорциональности s_пу - напряжение (МПа), выше которого нарушается пропорциональность между прилагаемым напряжением и деформацией об­разца:

  (9-8)

Предел упругости (условный) s_0,05 - это условное напряжение в МП а, соответ­ствующее нагрузке, при которой остаточная деформация впервые достигает 0,05% от рассчитанной длины образца l₀:

(9-9)

где Р_0,05 - нагрузка предела упругости, Н.

       Пластичность , т.е. способность материала принимать новую форму и размеры под действием внешних сил не разрушаясь, характеризуется относительным удлинением и относительным сужением.

Относительное удлинение (после разрыва) d - это отношение приращения (l_k-l₀) расчетной длины образца после разрыва к его первоначальной расчетной длине l₀, выраженное в %:

(9-10)

Относительное сужение (после разрыва) Y - это отношение разности началь­ной и минимальной площадей (F_о-F_к) поперечного сечения образца после разрыва к начальной площади F_о поперечного сечения, выраженное в процентах:

(9-11)

Чем больше значения относительного удлинения и сужения для материала, тем он более пластичен. У хрупких материалов эти значения близки к нулю. Хрупкость конструкционных материалов является отрицательным свойством.

Ударная вязкость , т.е. способность материала сопротивляться динамическим нагрузкам, определяется как отношение затраченной на излом образца работы W (в МДж) к площади его поперечного сечения F (в м²). в месте надреза:

   (9-12)

Циклическая вязкость - это способность материалов поглощать энергию при повторно-переменных нагрузках. Материалы с высокой циклической вязкостью бы­стро гасят вибрации, которые часто являются причиной преждевременного разруше­ния. Например, чугун, имеющий высокую циклическую вязкость, в некоторых случа­ях (станины, корпуса и др.) является более лучшим материалом, чем углеродистая сталь.

Твердость - это способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела. Высокой твердостью должны обладать металлорежу­щие инструменты, а также поверхностно-упрочненные детали. Твердость металла определяется разными способами, из которых наиболее распространенными являют­ся способы: Бринеля, Роквелла и Виккерса.

Способ Бринеля, основан на том, что в плоскую поверхность металла вдавли­вают под постоянной нагрузкой стальной закаленный шарик, дающий затем на по­верхности отпечаток. За меру твердости НВ принимают отношение нагрузки к пло­щади поверхности отпечатка.

Для испытания твердых материалов применяют способ Роквепла. В образец вдавливается алмазный конус с углом при вершине 120" (для твердых материалов). Твердость по Роквеллу измеряется в условных единицах. При испытании твердых ма­териалов алмазным конусом отсчет ведется по шкале «С»; при испытании обычных материалов стальным шариком, отсчет ведется по Шкале «В», и при испытании особо твердых материалов алмазным конусом отсчет ведется по шкале «А». Твердость по Роквеллу соответственно обозначается: НRС50 юга НRВ или НRА.

При определении твердости способом Виккерса в качестве вдавливаемого на­конечника используют четырехгранную алмазную пирамидку. Пример обозначения твердости по Виккерсу - НV500.

Для оценки твердости металлов г малых объемах, например, на зернах метал­ла, применяют способ определения микротвердости (по аналогии со способом Виккерса). Испытание проводят на оптическом микроскопе, снабженном механизмом нагружения.

Усталостью называют процесс постепенного накопления повреждений мате­риала под действием повторно-переменных напряжений, приводящий к образованию трещин и разрушению. Усталость металла обусловлена концентрацией напряжений в отдельных его объемах, некоторых имеются неметаллические включения, газовые пу­зыри, различные местные дефекты и т.д. Испытания на усталость проводят на специ­альных машинах с повторно-переменным изгибанием вращающегося образца. В результате испытаний определяют предел выносливости, характеризующий сопротив­ление усталости.

Выносливость - свойство материала противостоять усталости. Предел вынос­ливости - это максимальное напряжение, которое может выдержать металл без раз­рушения заданное число циклов нагружения. Между пределом выносливости и пре­делом прочности существует приближенная зависимость: s_-1»0,43s_В и s_-1p»0,36s_В, где s_-1 и s_-1p - соответственно пределы выносливости при изгибе и растяжении (сжатии).

Для ориентировочной характеристики механических свойств материала поль­зуются параметрами s_в, s_т и d.

 

⇐ Предыдущая78910111213141516Следующая ⇒

Поделиться: