СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И МЕТОДЫ ИХ ИСПЫТАНИЙ

Металлы характеризуются механическими, физическими, химическими и технологическими свойствами.

Механические свойства — прочность, упругость, пластичность, твердость, и др. По ним определяют конструкционную прочность материала, технологическое поведение его при обработке, однородность и стандартность.

Механические свойства определяют при проведении механических испытаний. Свойства зависят от химического состава, структуры и характера технологической обработки материала.

Испытания бывают статические, когда прилагаемая нагрузка возрастает медленно и плавно; динамические, когда внешняя сила воздействует с большой скоростью (удар); технологические пробы, при проведении которых не принимается во внимание значение нагрузки, действующей на испытуемый образец.

Испытание на растяжение является статическим. Его проводят для определения прочностных и пластических свойств металлов и сплавов.

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

Упругость — способность металла восстанавливать свою форму после снятия нагрузки, вызвавшей его деформацию.

Пластичность — способность металла изменять под действием внешней силы свою форму и размеры, не разрушаясь, и сохранять полученную форму после прекращения действия силы.

Характеристики механических свойств металла могут быть определены посредством диаграммы растяжения, которая показывает изменение длины образца в зависимости от приложенной к нему нагрузки (рис.3).

Рис. 4. Диаграмма растяжения стального образца.

Напряжения по приведенным выше точкам характеризуют следующие величины.

Предел пропорциональности σ_р (МПа), определяемый по формуле:

где Рр — нагрузка, при которой нарушена пропорциональность; F₀ — площадь поперечного сечения образца до разрыва.

Предел упругости σ_е (МПа), определяемый по формуле:

где Ре — нагрузка при пределе упругости.

Предел текучести σ_т (МПа), определяемый по формуле:

где Р_т — нагрузка, при которой наблюдается текучесть (удлинение образца без увеличения нагрузки).

Предел прочности σ_в (МПа) — условное напряжение, отвечающее наибольшей нагрузке, предшествовавшей разрушению образца. Определяется по формуле:

где P_в — наибольшая нагрузка.

Кроме приведенных выше величин, при испытании на растяжение определяют пластичность материала, характеризуемую относительным удлинением δ (%) и относительным сужением ψ(%) площади поперечного сечения.

Испытанием на ударную вязкость определяют степень сопротивления материала разрушению при ударной нагрузке. Данное испытание является важным для сталей, из которых изготавливают детали, работающие при знакопеременных нагрузках (коленчатые валы, вагонные оси и др.).

Усталостным разрушением называется разрушение металлов под действием повторных или знакопеременных напряжений. Усталостному разрушению подвержены многие ответственные детали (коленчатые валы, клапанные пружины и др). Усталостное разрушение может наступить при нагрузках, значительно меньших предела прочности и даже предела текучести.

Способность металла сопротивляться усталости называют выносливостью. На предел усталостной прочности оказывают большое влияние качество поверхности и ее твердость.

Технологические свойства характеризуют способность металлов поддаваться технологической обработке, целью которой является придание металлам определенных форм, размеров и свойств. К ним относятся: литейные свойства, ковкость, свариваемость, прокаливаемость, обрабатываемость резанием и др. Поведение металла при технологической обработке определяют по технологическим пробам.

Технологические пробы применяют главным образом для определения пригодности материала к тому или иному способу обработки. Обычно о результатах технологических испытаний судят по состоянию поверхности после испытания (отсутствие трещин, надрывов, изломов). Распространенными технологическими пробами являются: проба на изгиб в холодном и нагретом состоянии, проба на перегиб и выдавливание, проба на осадку, проба на раздачу и обжатие труб.

Физические свойства металлов и сплавов являются важными, особенно для материалов, используемых в электротехнической промышленности. К этим свойствам относятся: плотность, температура плавления, теплопроводность, электропроводность, тепловое расширение, удельная теплоемкость и способность намагничиваться.

Химические свойства — это способность металлов и сплавов сопротивляться воздействию окружающей среды, которое проявляется в различных формах. Под влиянием кислорода воздуха и влаги металлы подвергаются коррозии: чугун и сталь ржавеют, бронза покрывается зеленым слоем окиси меди; сталь при нагреве в печах без защитной атмосферы окисляется, превращаясь в окалину, а в серной кислоте растворяется.

Металлы и сплавы, стойкие против окисления при высокой температуре нагрева, называются жаростойкими или окалиностойкими. Из них изготовляют такие детали, как клапаны и коллекторы двигателей внутреннего сгорания. Золото, серебро и нержавеющие стали слабо поддаются коррозии.