Способность металлов изменять свою форму под действием внешних сил и восстанавливать

Обновлено: 16.05.2024

Механические свойства характеризуют способность металлов и сплавов сопротивляться действию внешних сил - статистических и динамических, растягивающих, сжимающих, изгибающих, скручивающих, которые вызывают различные виды деформации.

Основными механическими свойствами металлов являются ударная, вязкость, прочность , твердость, пластичность, хрупкость , выносливость и др.

Механические свойства металлов устанавливаются при статистическом и динамическом нагружении.

Прочностью называется способность металлов сопротивляться разрушающему воздействию внешних сил. В зависимости от направления действия сил различают прочность на растяжение, сжатие, изгиб и др. Предел текучести - свойство металла сопротивляться деформации. Чем выше прочность металла, тем меньше размеры изделия и расход металла на изделие.

Твердостьхарактеризует свойство металла сопротивляться вдавливанию в него другого, более твердого тела, Металлы и сплавы, обладающие высокой твердостью, применяются для производства режущего инструмента и различных деталей, подверженных сильному износу.

Вязкость - свойство материла поглощать энергию внешних сил за счет пластической деформации.

Упругостьюназывается свойство металлов и сплавов восстанавливать свою форму и размеры после прекращения действия внешней силы. Упругость имеет важное значение для материалов, которые используются для изготовления пружин, рессор, мостовых ферм и др.

Пластичность характеризует свойство металлов изменять свою форму и размеры под действием внешних сил, не разрушаясь. Пластичность выражается относительным удлинением и сужением определяемыми при растяжении стандартных образцов.

Хрупкость - это свойство металлов и сплавов разрушаться под действием внешних сил без достаточной деформации.

Выносливостьюназывается свойство металла сопротивляться действию переменных по величине и направлению многократных нагрузок. Материалы, обладающие большой выносливостью применяются для изготовления коленчатых валов и шатунов двигателей , деталей паровых машин и др.

Кручение характеризует сопротивление металлов действию крутящего момента.

Технологические свойства определяют способность металлов и сплавов подвергаться различным видам обработки. Значение технологических свойств металлов при изучении влияния различных методов изготовления изделий на их свойства. Основными технологическими свойствами являются ковкость, свариваемость, прокаливаемость, жидко-текучесть и др.

Ковкость- способность металлов и сплавов подвергаться различным видам обработки давлением (прокатке, волочению, ковке, штамповке) без разрушения. Ковкость характеризуется пластичностью и сопротивлением деформации.

Свариваемость -способность металлов и сплавовобразовывать прочные сварные соединения, обладающие теми же свойствами, что свариваемые металлы. Хорошо свариваются малоуглеродистые и низколегированные стали, удовлетворительно - среднеуглеродистые и среднелегированные стали. Низкая свариваемость высоколегированных сталей и чугунов вызывает необходимость применения специальных сварочных материалов, предварительного подогрева, термообработки и т.д. , что повышает себестоимость процесса, снижает качество сварных соединений.

Прокаливаемость характеризуется способностью металла или сплава закаливаться на определенную глубину. При низкой прокаливаемости прочность материала по сечению неодинаковая, что приводит к снижению срока эксплуатации деталей машин и механизмов.

Жидко текучестьюназывается способностью металлов и сплавов в расплавленном состоянии хорошо заполнять полость литейной формы и точно воспроизводить очертания отливки. Высокая жидкотекучесть материала обеспечивает получение высококачественных и плотных отливок, снижение в них газовых и усадочных раковин и т.п.

Обрабатываемость резаниемопределяется способностью металлов и сплавов поддаваться обработке режущим инструментом. При хорошей обрабатываемости металла резанием режущий инструмент легко и быстро снимает припуск на обработку, полученная деталь имеет необходимую точность и чистоту поверхности, тогда как при плохой обрабатываемости резанием снижается стойкость инструмента, повышающая энергетические и трудовые затраты.

СТАЛИ

Все стали можно разделить на углеродистые и легированные. Углеродистые стали, являются основным конструкционным материалом, используемым в промышленности, эти стали проще в производстве и значительно дешевле легированных. Свойства углеродистых сталей определяется количеством углерода и содержанием примесей, которые взаимодействуют и с железом и с углеродом. Механические свойства углеродистых сталей зависят главным образом от содержания углерода. С увеличением содержания углерода увеличивается прочность и твердость, уменьшается пластичность. Кроме углерода в стали обязательно присутствуют другие элементы, наличие которых обусловлено разными причинами. Различают примеси - постоянные, скрытые, случайные и специальные (легированные).

Постоянные примеси - это кремний, марганец, фосфор и сера. Марганец, кремний вводят в процессе выплавки в сталь для раскисления. Сера - вредная примесь и попадает в сталь с исходным сырьём. Содержание серы в стали, допускается не более 0,06 %. Фосфор также попадает в сталь с чугуном, поэтому также является вредной примесью. Его содержание в сталях допускается до 0,05 %. Чем больше углерода в стали, тем сильнее влияние фосфора на её хрупкость. Содержание фосфора и серы в стали зависит от способа её выплавки. Кремний до 0.5 % , марганца до 0.8 % .

Скрытые примеси - это газы: азот, кислород, водород. Газы попадают в сталь при её выплавке, даже в очень маленьких количествах газы сильно ухудшают пластические свойства стали. Содержание их допускается до 0.001 %. В результате вакуумирования стали, их содержание уменьшается, и свойства стали усиливаются.

Случайные примеси - могут быть любые элементы металлов, которые попадают при выплавке стали. Содержание этих элементов ниже тех пределов, когда их вводят специально. Если они не влияют, на качество стали, то их не выводят из состава стали.

Специальные примеси - это элементы, специально вводимые в сталь для получения каких либо заданных свойств. Такие элементы называют легирующими. А стали их содержащие -легированными.

Сталь является легированной, если содержание легирующего элемента составляет 1 % и более.

Стали классифицируются по следующим признакам: по способу производства, степени раскисления, химическому составу, назначению, качеству и структуре.

Тест по предмету "Материаловедение"
тест по теме

Тест по предмету "Материаловедение" на 40 вопросов. Темы "Свойства металлов и сплавов", "Термическая обработка металлов", "Неметаллические материалы", "Железоуглеродистые сплавы".

Вложение	Размер
test_po_materialovedeniyu_zachetnyy.docx	22.26 КБ

Предварительный просмотр:

экзаменационный по предмету «Материаловедение»

Явление, при котором вещества, состоящие из одного и того же элемента, имеют разные свойства, называется:

Вещество, в состав которого входят два или несколько компонентов, называется:

Вес одного кубического сантиметра металла в граммах, называется:

3.Тепловое (термическое) расширение

Способность металлов увеличивать свои размеры при нагревании, называется:

3 Тепловое (термическое) расширение

Какого металла удельный вес больше?

Способность металлов противостоять разрушающему действию кислорода во время нагрева, называется:

Явление разрушения металлов под действием окружающей среды, называется:

Механические свойства металлов это:

1.Кислотостойкость и жаростойкость

2.Жаропрочность и пластичность

3.Теплоемкость и плавление

Способность металлов не разрушаться под действием нагрузок, называется:

Какой греческой буквой обозначается предел прочности?

Способность металлов, не разрушаясь, изменять под действием внешних сил свою форму и сохранять измененную форму после прекращения действия сил, называется:

Мерой пластичности служат две величины, какие?

Способность металлов сопротивляться вдавливанию в них какого либо тела, называется:

Способность металлов не разрушаться под действием нагрузок в условиях высоких температур, называется:

В сером чугуне углерод находится в

1.В виде графита

2.В виде цементита

Для переработки на сталь идет:

Сталь более высокого качества получается:

2.В доменных печах

3.В мартеновских печах

Сплав железа с углеродом, при содержании углерода менее 2%, называется:

«Вредные» примеси в сталях, это:

2.Марганец и кремний

3.Железо и углерод

Конструкционные стали обыкновенного качества маркируют:

Что обозначает цифра в этой марке стали Ст.4?

1.Количество углерода 0,4%

Какая из этих сталей легированная?

Какая из этих сталей имеет 0,42% углерода, марганца менее 2%, кремния 2%, алюминия 3%?

Какая из этих сталей полуспокойная?

Углеродистые инструментальные высококачественные стали маркируют:

Какая из этих сталей относится к быстрорежущим?

Нагрев изделия до определенной температуры, выдержка при этой температуры и медленное охлаждение, это

Нагревание изделие до определенной температуры, выдержка и быстрое охлаждение с помощью охлаждающей среды, это

Неравномерное распределение химических элементов, составляющих сталь, по всему объему изделия, называется

Закалка и последующий отпуск, это

Нагревание стального изделия в среде легко отдающей углерод (древесный уголь), это

Одновременное насыщение поверхности стального изделия углеродом и азотом, это

1.Сплавы магния с алюминием

2.Сплавы алюминия с кремнием

3.Сплавы меди с цинком

Какая из бронз содержит 5% олова, 6% цинка, 5% свинца и 84% меди?

Какая из латуней содержит 58% меди, 2% марганца, 2% свинца и 38% цинка?

Слоистая пластмасса на основе фенолоформальдегидной смолы и листов бумаги это:

Полипропилен, полистирол относят к:

По способу получения связующего вещества пластмассы классифицируют:

1.Термопластичные и термореактивные

2.Полимеризационные и поликонденсационные

3.Электроизоляционные и теплоизоляционные

0-2 ошибке – оценка «5»

3-8 ошибок – оценка «4»

9-12 ошибок – оценка «3»

Разработала преподаватель спецдисциплин Парыгина Л.В.

По теме: методические разработки, презентации и конспекты

Тесты по окружающему миру в 3 классе. Организм человека.

Тест 1 курс Информатика

Программа проведения итоговой контрольной работы по дисциплине информатика в форме тестирования 1/2 2012уч.год Вариант I.

Тест 2 курс

Программа проведения (ИКР,зачет) по дисциплине информатика в форме тестирования 2/4, 2012уч.год Вариант I-А.

Тесты по общей и неорганической химии, тесты по аналитической химии

тесты по общей и неорганической химии, тесты по аналитической химии.

ТЕСТ ПО ТЕМЕ: Блюда из теста

тесты по МДК.03.01.

Рабочая программа кружка Лепка из соленого теста "Тили-тили-тесто"

Цель программы кружка заключается в развитии мелкой моторики пальцев посредством тестопластики.

Разработка урока «Виды теста. Мучные изделия из пресного теста»

Ожидаемый результат: учащиеся должны овладеть технологической компетентностью – готовностью к пониманию инструкции, описанию технологии, алгоритма деятельности; коммуникативной – пол.

Механические свойства материалов

Механические свойства характеризуют способность материалов сопротивляться действию внешних сил. К основным механическим свойствам относятся прочность, твердость, ударная вязкость, упругость, пластичность, хрупкость и др.

Прочность — это способность материала сопротивляться разрушающему воздействию внешних сил.

Твердость — это способность материала сопротивляться внедрению в него другого, более твердого тела под действием нагрузки.

Вязкостью называется свойство материала сопротивляться разрушению под действием динамических нагрузок.

Упругость — это свойство материалов восстанавливать свои размеры и форму после прекращения действия нагрузки.

Пластичностью называется способность материалов изменять свои размеры и форму под действием внешних сил, не разрушаясь при этом.

Хрупкость — это свойство материалов разрушаться под действием внешних сил без остаточных деформаций.

При статических испытаниях на растяжение определяют величины, характеризующие прочность, пластичность и упругость материала. Испытания производятся на цилиндрических (или плоских) образцах с определенным соотношением между длиной l₀ и диаметром d₀. Образец растягивается под действием приложенной силы Р (рис. 1, а) до разрушения. Внешняя нагрузка вызывает в образце напряжение и деформацию. Напряжение σ — это отношение силы Р к площади поперечного сечения F₀, МПа:

Деформация характеризует изменение размеров образца под действием нагрузки, %:

где l₁ — длина растянутого образца.

Деформация может быть упругой (исчезающей после снятия нагрузки) и пластической (остающейся после снятия нагрузки).

При испытаниях стоится диаграмма растяжения, представляющая собой зависимость напряжения от деформации. На рис. 1 приведена такая диаграмма для низкоуглеродистой стали. После проведения испытаний определяются следующие характеристики механических свойств.

Предел упругости σ_у — это максимальное напряжение при котором в образце не возникают пластические деформации.

Предел текучести σ_т — это напряжение, соответствующее площадке текучести на диаграмме растяжения (рис. 1). Если на диаграмме нет площадки текучести (что наблюдается для хрупких материалов), то определяют условный предел текучести σ_0,2— напряжение, вызывающее пластическую деформацию, равную 0,2 %. Предел прочности (или временное сопротивление) σ_в — это напряжение, отвечающее максимальной нагрузке, которую выдерживает образец при испытании.

Относительное удлинение после разрыва δ — отношение приращения длины образца при растяжении к начальной длине l₀, %:

где l_к — длина образца после разрыва.

Рис. 1. Статические испытания на растяжение: а – схема испытания;

б – диаграмма растяжения

Относительным сужением после разрыва ψ называется уменьшение площади поперечного сечения образца, отнесенное к начальному сечению образца, %:

где F_к — площадь поперечного сечения образца в месте разрыва. Относительное удлинение и относительное сужение характеризуют пластичность материала.

Твердость металлов измеряется путем вдавливания в испытуемый образен твердого наконечника различной формы/

Метод Бринелля основан на вдавливании в поверхность металла стального закаленного шарика под действием определенной нагрузки. После снятия нагрузки в образце остается отпечаток. Число твердости по Бринеллю НВ определяется отношением нагрузки, действующей на шарик, к площади поверхности полученного отпечатка.

Метод Роквелла основан на вдавливании в испытуемый образец закаленного стального шарика диаметром 1,588 мм (шкала В) или алмазного конуса с углом при вершине 120° (шкалы А и С). Вдавливание производится под действием двух нагрузок — предварительной равной 100 Н и окончательной равной 600, 1000. 1500 Н для шкал А, В и С соответственно. Число твердости по Роквеллу HRA, HRB и HRC определяется по разности глубин вдавливания.

В методе Виккерса применяют вдавливание алмазной четырехгранной пирамиды с углом при вершине 136°. Число твердости по Виккерсу HV определяется отношением приложенной нагрузки к площади поверхности отпечатка.

Ударная вязкость определяется работой A, затраченной на разрушение образца, отнесенной к площади его поперечною сечения F; Дж/м2:

Испытания проводятся ударом специального маятникового копра. Для испытания применяется стандартный надрезанный образец, устанавливаемый на опорах копра. Маятник определенной массы наносит удар по стороне противоположной надрезу.

Механические, физические, химические и технологические свойства металлов

Механические свойства характеризуют способность материалов сопротивляться действию внешних сил. К основным механическим свойствам относятся прочность, твердость, ударная вязкость, упругость, пластичность, хрупкость и др.

Предел текучести σ_т — это напряжение, соответствующее площадке текучести на диаграмме растяжения (рис. 1). Если на диаграмме нет площадки текучести (что наблюдается для хрупких материалов), то определяют условный предел текучести σ_0,2 — напряжение, вызывающее пластическую деформацию, равную 0,2 %. Предел прочности (или временное сопротивление) σ_в — это напряжение, отвечающее максимальной нагрузке, которую выдерживает образец при испытании.

б – диаграмма растяжения

Твердость металлов измеряется путем вдавливания в испытуемый образец твердого наконечника различной формы.

К физическим свойствам материалов относится плотность, температура плавления, электропроводность, теплопроводность, магнитные свойства, коэффициент температурного расширения и др.

Плотностью называется отношение массы однородного материала к единице его объема.

Это свойство важно при использовании материалов в авиационной и ракетной технике, где создаваемые конструкции должны быть легкими и прочными.

Температура плавления — это такая температура, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое. Чем ниже температура плавления металла, тем легче протекают процессы его плавления, сварки и тем они дешевле.

Электропроводностью называется способность материала хорошо и без потерь на выделение тепла проводить электрический ток. Хорошей электропроводностью обладают металлы и их сплавы, особенно медь и алюминий. Большинство неметаллических материалов не способны проводить электрический ток, что также является важным свойством, используемом в электроизоляционных материалах.

Теплопроводность — это способность материала переносить теплоту от более нагретых частей тел к менее нагретым. Хорошей теплопроводностью характеризуются металлические материалы.

Магнитными свойствами т.е. способностью хорошо намагничиваться обладают только железо, никель, кобальт и их сплавы.

Коэффициенты линейного и объемного расширения характеризуют способность материала расширяться при нагревании. Это свойство важно учитывать при строительстве мостов, прокладке железнодорожных и трамвайных путей и т.д.

Химические свойства характеризуют склонность материалов к взаимодействию с различными веществами и связаны со способностью материалов противостоять вредному действию этих веществ. Способность металлов и сплавов сопротивляться действию различных агрессивных сред называется коррозионной стойкостью, а аналогичная способность неметаллических материалов — химической стойкостью.

К эксплуатационным (служебным) свойствам относятся жаростойкость, жаропрочность, износостойкость, радиационная стойкость, коррозионная и химическая стойкость и др.

Жаростойкость характеризует способность металлического материала сопротивляться окислению в газовой среде при высокой температуре.

Жаропрочность характеризует способность материала сохранять механические свойства при высокой температуре.

Износостойкость — это способность материала сопротивляться разрушению его поверхностных слоев при трении.

Радиационная стойкость характеризует способность материала сопротивляться действию ядерного облучения.

Технологические свойства определяют способность материалов подвергаться различным видом обработки. Литейные свойства характеризуются способностью металлов и сплавов в расплавленном состоянии хорошо заполнять полость литейной формы и точно воспроизводить ее очертания (жидкотекучестъю), величиной уменьшения объема при затвердевании (усадкой), склонностью к образованию трещин и пор, склонностью к поглощению газов в расплавленном состоянии. Ковкость — это способность металлов и сплавов подвергаться различным видам обработки давлением без разрушения. Свариваемость определяется способностью материалов образовывать прочные сварные соединения. Обрабатываемость резанием определяется способностью материалов поддаваться обработке режущим инструментом.

Теория сплавов

Металлическим сплавом называется материал, полученный сплавлением двух или более металлов или металлов с неметаллами, обладающий металлическими свойствами. Вещества, которые образуют сплав называются компонентами.

Фазой называют однородную часть сплава, характеризующуюся определенными составом и строением и отделенную от других частей сплава поверхностью раздела. Под структурой понимают форму размер и характер взаимного расположения фаз в металлах и сплавах. Структурными составляющими называют обособленные части сплава, имеющие одинаковое строение с присущими им характерными особенностями.

Виды сплавов по структуре. По характеру взаимодействия компонентов все сплавы подразделяются на три основных типа: механические смеси, химические соединения и твердые растворы.

Механическая смесь двух компонентов А и В образуется, если они не способны к взаимодействию или взаимному растворению. Каждый компонент при этом кристаллизуется в свою кристаллическую решетку. Структура механических смесей неоднородная, состоящая из отдельных зерен компонента А и компонента В. Свойства механических смесей зависят от количественного соотношения компонентов: чем больше в сплаве данного компонента, тем ближе к его свойствам свойства смеси.

Химическое соединение образуется когда компоненты сплава А и В вступают в химическое взаимодействие. При этом при этом соотношение чисел атомов в соединении соответствует его химической формуле А_mВ_n . Химическое соединение имеет свою кристаллическую решетку, которая отличается от кристаллических решеток компонентов. Химические соединения имеют однородную структуру, состоящую из одинаковых по составу и свойствам зерен.

При образовании твердого раствора атомы одного компонента входят в кристаллическую решетку другого. Твердые растворы замещения образуются в результате частичного замещения атомов кристаллической решетки одного компонента атомами второго (рис. 6, б).

Твердые растворы внедрения образуются когда атомы растворенного компонента внедряются в кристаллическую решетку компонента -растворителя (рис. 6, в). Твердый раствор имеет однородную структуру, одну кристаллическую решетку. В отличие от химического соединения твердый раствор существует не при строго определенном соотношении компонентов, а в интервале концентраций. Обозначают твердые растворы строчными буквами греческого алфавита: α, β, γ, δ и т. д.

Диаграмма состояния

Диаграмма состояния показывает строение сплава в зависимости от соотношения компонентов и от температуры. Она строится экспериментально по кривым охлаждения сплавов (рис. 8). В отличие от чистых металлов сплавы кристаллизуются не при постоянной температуре, а в интервале температур. Поэтому на кривых охлаждения сплавов имеется две критические точки. В верхней критической точке, называемой точкой ликвидус (t_л), начинается кристаллизация. В нижней критической точке, которая называется точкой солидус (t_c), кристаллизация завершается. Кривая охлаждения механической смеси (рис. 8, а) отличается от кривой охлаждения твердого раствора (рис. 8, б) наличием горизонтального участка. На этом участке происходит кристаллизация эвтектики.

Эвтектикой называют механическую смесь двух фаз, одновременно кристаллизовавшихся из жидкого сплава. Эвтектика имеет определенный химический состав и образуется при постоянной температуре.

Диаграмму состояния строят в координатах температура-концентрация. Линии диаграммы разграничивают области одинаковых фазовых состояний. Вид диаграммы зависит от того, как взаимодействуют между собой компоненты. Для построения диаграммы состояния используют большое количество кривых охлаждения для сплавов различных концентраций. При построении диаграммы критические точки переносятся с кривых охлаждения на диаграмму и соединяются линией. В получившихся на диаграмме областях записывают фазы или структурные составляющие. Линия диаграммы состояния на которой при охлаждении начинается кристаллизация сплава называется линией ликвидус, а линия на которой кристаллизация завершается — линией солидус.

Виды диаграмм состояния

Диаграмма состояния сплавов, образующих механические смеси (рис. 9), характеризуется отсутствием растворения компонентов в твердом состоянии. Поэтому в этом сплаве возможно образование трех фаз: жидкого сплава Ж, кристаллов А и кристаллов В. Линия АСВ диаграммы является линией ликвидус: на участке АС при охлаждении начинается кристаллизация компонента А, а на участке СD — компонента В. Линия DСВ является линией солидус, на ней завершается кристаллизация А или В и при постоянной температуре происходит кристаллизация эвтектики Э. Сплавы концентрация которых соответствует точке С диаграммы называются эвтектическими, их структура представляет собой чистую эвтектику.

Сплавы, расположенные на диаграмме левее эвтектического, называются доэвтектическими, их структура состоит из зерен А и эвтектики. Те сплавы которые на диаграмме расположены правее эвтектического, называются заэвтектическими, их структура представляет собой зерна В, окруженные эвтектикой.

Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии изображена на рис. 10. Для этого сплава возможно образование двух фаз: жидкого сплава и твердого раствора а. На диаграмме имеется всего две линии, верхняя является линией ликвидус, а нижняя — линией солидус.

Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии показана на рис 11. В этом сплаве могут существовать три фазы — жидкий сплав, твердый раствор α компонента В в компоненте А и твердый раствор β компонента А в компоненте В. Данная диаграмма содержит в себе элементы двух предыдущих. Линия АСВ является линией ликвидус, линия АDСЕВ — линией солидус. Здесь также образуется эвтектика, имеются эвтектический, доэвтектический и заэвтектический сплавы. По линиям FD и EG происходит выделение вторичных кристаллов α_IIи β_II(вследствие уменьшения растворимости с понижением температуры). Процесс выделения вторичных кристаллов из твердой фазы называется вторичной кристаллизацией.

Диаграмма состояния сплавов, образующих химическое соединение (рис. 12) характеризуется наличием вертикальной линии, соответствующей соотношением компонентов в химическом соединении А_mВ_n. Эта линия делит диаграмму на две части, которые можно рассматривать как самостоятельные диаграммы сплавов, образуемых одним из компонентов с химическим соединением. На рис. 12 изображена диаграмма для случая, когда каждый из компонентов образует с химическим соединением механическую смесь.

Читайте также: