Свойства металлов.

Механические свойства характеризуют способность мате­риала сопроти-вляться внешним механическим воздействиям. К основным механическим свойствам относятся прочность, пластичность, твердость, ударная вязкость и др. Механические свойства определяют при испытаниях на од­ноосное растя-жение. Под деформацией понимают относительное приращение длины. В ре­зультате испытаний получают ряд характеристик — предел пропорциональнос-ти — наибольшее напряжение, соответствую­щее пропорциональному увеличе-нию деформации (закон Гука), предел упругости — величина напряжения, вы-зывающего ос­таточное удлинение, равное 0, 005% от начальной длины, пре­дел текучести— наименьшее напряжение, при котором обра­зец деформируется без заметного увеличения нагрузки; пре­дел прочности — максимальное нап-ряжение, которое образец выдерживает до разрушения.

Полная деформация образца складывается из оста­точной и уп-ругой деформации . Для определения этих деформаций необходимо на диаграмме растяжения из точки А провести прямую, параллельную прямо-линейному участку кривой, до пересечения с осью абсцисс. Для оценки плас-тичности используют характеристику, называемую отно­сительным удлине-нием

где - конечная длина образца, перед разрывом, мм;

- начальная длина образца, мм.

Нетрудно видеть, что стали, имеющие большую полную деформацию и, следовательно, большую пластичность, имеют меньшую прочность и пре-дел пропорциональности.

Рис. 7.2. Диаграмма растяжения низкоуглеродистой стали.

Величина напряжения, характеризуемая углом наклона пря­мой линии ди-аграммы к оси абсцисс, носит название модуль Юнга или модуль упругости. Модуль упругости является очень важной механической характеристикой, так как он определяет жесткость конструк­ции Е∙ I, где I — момент инерции сечения. Не-которые сплавы могут иметь достаточно высокие прочностные свойства, од­нако низкий модуль упругости не позволяет использовать их в качестве материала для несущих конструкций. К таким ма­териалам относятся, например, алюминиевые сплавы.

При выборе металла для изготовления конструкции отда­ют предпочтение скорее материалам более пластичным, не­жели более прочным с меньшей пластич-ностью. Особенно это важно при нестатических нагрузках, что довольно часто име­ет место в строительстве. В качестве концентраторов напря­жений могут быть раз-личные изменения в сечении, дефекты на поверхности и внутри металла, сварные швы, зоны метал­ла с различными механическими характеристиками и т.д.

Твердость по Бринеллю. В этом случае в качестве индентора применяют стальные закаленные шарики различного диаметра, для которых выбирают различ­ную нагрузку и время выдержки под нагрузкой. В качестве критерия оценки твердости используется диаметр отпечатка. Метод испытания по Бри-нелю применяется для оценки твердости пластичных материалов, не облада-ющих большой прочностью. Это связано с тем, что при испытании твердых металлов собственная деформация шарика существенно иска­жает результаты измерения.

Определение твердости по Роквеллу. При этом виде испытаний в качест-ве индентора применяют алмаз­ный конус с углом при вершине 120° для твер-дых металлов и для относительно мягких металлов — стальной закаленный ша-рик диаметром 1, 59 мм (1, 16"). Преимуществом способа Роквелла яв­ляется бы-строта измерений. Применение алмазного конуса позволяет измерять твер-дость специальных сталей и других твердых материалов, тонких изделий или поверхностного за­каленного слоя.

Определение твердости по Виккерсу. В ис­пытуемый материал вдавлива-ют индентор в виде алмазной четырехгранной пирамиды с углом при вершине 136° при на­грузке от 50 до 1200 Н. Критерием оценки является диагональ отпе-чатка. Преимущество метода Виккерса — возможность измере­ния твердости материалов как мягких, так и очень твердых, а также измерять твердость то-нких изделий, поверхностных слоев и т.д.

Как следует из оценки каждого метода исследования, в основе ле-жит пластическая деформация под индентором. В настоящее время много-чи-ленными работами исследовате­лей установлены корреляционные связи между твердостью и другими свойствами металла. Так, установлено, что твер-дость по Бринелю связана с прочностью простой зависимостью:

R = 0, 34∙ НВ,

где R — предел прочности метала, МПа;

НВ — твердость по Бринелю, МПа.

Используя специальные таблицы, можно перевести твер­дость по Рок-веллу и Виккерсу в твердость по Бринелю. Таким образом, в инженерной пра-ктике бывает достаточным изме­рить твердость любым наиболее доступным методом и через твердость определить другие механические свойства матери-а­ла. Более того, в настоящее время разработана и применяется широкая гамма переносных приборов-твердомеров, позволя­ющих определять твердость не на образцах, а на действующей конструкции и таким образом можно обеспечить оценку ее состояния и прогнозирование ее дальнейшей эксплуатации.

Ударная вязкость характеризует способность ма­териалов сопротивля-ться действию динамических, ударных нагрузок. В технике ударная вязкость определяется путем разруше­ния стандартных образцов прямоугольного сече-ния обычно с надрезом определенной формы и размерами для создания кон­центрации напряжений. Испытания производят на маятнико­вом копре.