Способность металлов сопротивляться воздействию внешних сил характеризуется
Обновлено: 16.05.2024
Свойства металлов принято подразделять на механические, физические, химические, технологические и эксплуатационные.
Механические свойства. Механические свойства характеризуют способность материала сопротивляться действию внешних сил. К основным механическим свойствам относятся прочность, твердость, ударная вязкость, упругость, пластичность и др.
Прочность – способность тела сопротивляться деформации и разрушению под действием внешних нагрузок.
Твердость – способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела, не получающего остаточной деформации.
Вязкость – способность материала сопротивляться разрушению под действием динамических нагрузок. Поскольку многие материалы, вязкие в условиях медленного нагружения, становятся хрупкими при быстром (ударном) приложении нагрузки, то широко применяется определение ударной вязкости.
Хрупкость – способность тела разрушаться под действием внешних сил практически без пластической деформации.
Упругость – свойство твердого тела восстанавливать свою форму и объем после снятия нагрузки, вызвавшей деформацию. В конструкциях упругость проявляет себя в жесткости – способности сопротивляться деформации.
Пластичность – способность тела остаточно, не разрушаясь изменять свою форму и размеры под действием внешних сил.
Механические свойства металлов определяют при статическом (кратковременном и длительном) и динамическом нагружении, при циклическом приложении нагрузки и другими методами.
Статическое нагружение характеризуется медленным приложением и плавным возрастанием нагрузки от нуля до некоторого максимального значения. Статические испытания проводят на растяжение, сжатие, кручение, изгиб и твердость.
Наибольшее распространение получил метод растяжения – самый жесткий вид испытаний. Испытания проводятся на 5 или 10 кратных образцах ( l 0 = 5 d 0 или 10 d 0 , где l 0 – длина образца, а d 0 – его диаметр), что позволяет соблюдать геометрическое подобие и получать сравнимые результаты для всех металлов. Испытания на растяжение дают информацию о прочности, упругости и пластичности материалов. Рассмотрим диаграмму растяжения малоуглеродистой отожженной стали (рис. 1.1а).
Рис. 1.1. Диаграмма растяжения малоуглеродистой стали
В начальной стадии диаграммы материалы испытывают только упругую деформацию, которая полностью исчезает после снятия нагрузки. До точки «a» эта деформация пропорциональна нагрузке или действующему напряжению:
где P - приложенная нагрузка, F0- начальная площадь поперечного сечения образца.
Теоретический предел пропорциональности – максимальное напряжение, до которого сохраняется линейная зависимость между напряжением (нагрузкой) и деформацией:
Прямолинейную зависимость между напряжением и деформацией можно выразить законом Гука:
где ε = Δl/l0∙100% – относительная деформация, Δl – абсолютное удлинение, l0 – начальная длина образца; Е – коэффициент пропорциональности (tg α), характеризующий упругие свойства материала – называется модулем нормальной упругости, с его увеличением возрастает жесткость изделий, поэтому Е часто называют модулем жесткости.
Теоретический предел упругости – максимальное напряжение, до которого образец получает только упругую деформацию:
Прочность характеризуется пределом текучести физическим и условным.
Физический предел текучести – напряжение, при котором происходит увеличение деформации при постоянной нагрузке:
На диаграмме пределу текучести соответствует участок « c – d », когда наблюдается пластическая деформация (удлинение) - «течение» металла при постоянной нагрузке.
Большая часть металлов и сплавов не имеет площадки текучести, и для них определяют условный предел текучести – напряжение, вызывающее остаточную деформацию, равную 0,2% от начальной расчетной длины образца (рис. 1.1б):
При дальнейшем нагружении пластическая деформация все больше увеличивается, равномерно распределяясь по всему объему образца.
В точке «В», где нагрузка достигает максимального значения, в наиболее слабом месте образца начинается образование «шейки» – сужения поперечного сечения, и деформация сосредотачивается именно на этом участке, то есть из равномерной переходит в местную. Напряжение в этот момент называют пределом прочности.
Предел прочности (временное сопротивление) при растяжении – напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, которую выдерживает образец до разрушения:
За точкой «В» в связи с развитием шейки нагрузка уменьшается, в точке «к» при нагрузке «Рк» происходит разрушение образца.
Истинный предел прочности (истинное сопротивление разрушению) – максимальное напряжение, выдерживаемое материалом в момент, предшествующий разрушению образца:
где Fк – конечная площадь поперечного сечения образца в месте разрушения.
Твердость измеряется путем вдавливания в испытуемый образец твердого наконечника различной формы. Определение твердости проводят тремя наиболее распространенными методами.
По методу Бринелля под действием нагрузки в испытуемое тело внедряется стальной закаленный шарик. Число твердости обозначается НВ и представляет собой отношение статической нагрузки к площади поверхности отпечатка шарика.
По методу Роквелла в испытуемую поверхность в два этапа нагружения вдавливается индентор – алмазный конус с углом при вершине 120° или стальной шарик с диаметром 1,588мм. Число твердости обозначается НRС (конус) или НRВ (шар) и характеризуется разницей глубин проникновения индентора при первом и втором этапах нагружения.
По методу Виккерса в испытуемую поверхность вдавливается алмазная четырехгранная пирамида с углом α = 136° между противоположными гранями. Число твердости HV определяют так же, как и в способе Бринелля, отношением нагрузки к площади поверхности отпечатка пирамиды.
Пример расшифровки обозначений: Н –Hard (твердость), B – Brinell, R – Rokwell, V – Vikkers , B – Ball – (шар), C – Cone (конус)
При динамических испытаниях нагрузка прилагается с большой скоростью – ударом и определяется, таким образом, ударная вязкость. Производят испытания на маятниковом копре на стандартных образцах с надрезом. Испытания при пониженных температурах позволяют определять склонность металла к хладноломкости – резкому возрастанию хрупкости.
Физические свойства металлов. К физическим свойствам металлов и сплавов относятся: температура плавления, плотность, температурный коэффициент, электросопротивление и теплопроводность. Физические свойства сплавов обусловлены их составом и структурой.
Химические свойства. К химическим свойствам относится способность материалов к химическому взаимодействию с другими веществами и агрессивными средами.
Технологические свойства. Способность материала подвергаться различным методам горячей и холодной обработки определяют по его технологическим свойствам. К ним относятся литейные свойства, деформируемость, свариваемость и обрабатываемость режущим инструментом и др. Эти свойства позволяют производить формоизменяющую обработку и получать заготовки и детали машин.
Литейные свойства определяются жидкотекучестью, усадкой и склонностью сплавов к ликвации.
Деформируемость – способность металлов и сплавов принимать необходимую форму под влиянием внешней нагрузки без разрушения и при наименьшем сопротивлении нагрузки.
Свариваемость – способность металлов и сплавов образовывать неразъемные соединения требуемого качества.
Эксплуатационные или служебные свойства. В зависимости от условий работы машины или конструкции определяют служебные свойства: коррозийную стойкость, хладостойкость, жаропрочность, жаростойкость, износостойкость и др.
Коррозионная стойкость – сопротивление сплава действию агрессивных сред (кислотных и щелочных).
Хладостойкость – способность сплава сохранять пластические свойства при температурах ниже нуля.
Жаропрочность – способность сплава сохранять механические свойства при высоких температурах.
Жаростойкость – способность сплава сопротивляться окислению в газовой среде при высоких температурах.
Износостойкость – способность материала сопротивляться разрушению поверхностных слоев при трении.
Антифрикционность – способность сплава прирабатываться к другому сплаву.
Билет 4. 1. Способность металла сопротивляться воздействию внешних сил характеризуется механическими свойствами
1. Способность металла сопротивляться воздействию внешних сил характеризуется механическими свойствами. Прочность — способность материала сопротивляться разрушению под действием нагрузок оценивается пределом прочности и пределом текучести.Предел упругости Упругость — способность материала восстанавливать первоначальную форму и размеры после прекращения действия нагрузки Пластичность — это способность материала принимать новую форму и размеры под действием внешних сил не разрушаясь.Относительное удлинение (после разрыва) — это отношение приращения расчетной длины образца после разрыва к его первоначальной расчетной длине , выраженное в процентах. Ударная вязкость — это способность материала сопротивляться динамическим нагрузкам. Циклическая вязкость - это способность материалов поглощать энергию при повторно-переменных нагрузках.Твердостью называют способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого тела.Усталостью называют процесс постепенного накопления повреждений материала под действием повторно-переменных напряжений,приводящий к образованию трещин и разрушению.Выносливость — свойство материала противостоять усталости.
2.превращение март. при отпуске. Отпуск - это процесс термической обработки, состоящий в нагреве закаленной стали до температуры ниже критической точки Ас,, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении (обычно на воздухе). Цель отпуска — получение более ус-тойчивого структурного состоян ия,ус-транение или уменьшение напряжений, повышение вязкости и пластинча-тости, а также понижение твердости и уменьшение хрупкости закаленной стали. Низкий отпуск характеризуется нагревом в интервале 150—250°С, выдержкой при этой температуре и последующим охлаждением на воздухе. Он выполняется с целью получения структуры мартенсита отпуска и для частичного снятия внутренних напряжений
Средний отпуск производится при температурах 300-500°С для получения структуры троостита отпуска. Твердость сталей заметно понижается, вязкость увеличивается.
Высокий отпуск выполняется при температурах 500-650°С. В процессе высокого отпуска мартенсит распадается с образованием структуры сорбита отпуска. Эта структура обеспечивает лучшее сочетание прочности и пластичности стали. В сорбите отпуска цементит приобретает зернистую форму в отличии от сорбита, полученного после нормализации, в котором цементит имеет пластинчатое строение.
3. Инструментальные стали предназначены для изготовления следующих основных групп инструмента: режущего, измерительного и штампов.Углеродистые инструментальные стали. Инструментальные углеродистые стали выпускают следующих марок: У7, У8, У8Г, У9, У10, У11, У12 и У13. Цифры указывают на содержание углерода в десятых долях процента. Буква Г после цифры означает, что сталь имеет повышенное содержание марганца. Марка инструментальной углеродистой стали высокого качества имеет букву А, например У12А: инструментальная углеродистая сталь высокого качества, содержащая 1,2% С.Инструменты, применение которых связано с ударной нагрузкой, например зубила, бородки, молотки, изготовляют из сталей У7А, У8А. Инструменты, требующие большей твердости, но не подвергающиеся ударам, например сверла, метчики, развертки, шаберы, напильники, - из сталей У12А, У13А. Стали У7-У9 подвергают полной, а стали У10-У13 неполной закалке.Недостатком углеродистых инструментальных сталей является их низкая теплостойкость - способность сохранять бол ьшуютвердость при высоких температурных нагревах. При нагреве выше 200°С инструмент из углеродистой стал и теряет твердость.
ТЕСТ К ДИФФЕРЕНЦИРОВАННОМУ ЗАЧЁТУ ПО ДИСЦИПЛИНЕ «ОСНОВЫ МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЯ»
12. Операцию термической обработки, при которой сталь нагревают до температуры, несколько выше кристаллической, выдерживают при этой при этой температуре и за тем быстро охлаждают в воде, масле, водных растворах солей и др. называют.
А) закалкой, отжигом
Б) рубка, пилка
В) сваривание
13) Определите закалочные среды:
А) песок, земля
Б) дизтопливо, минеральные масла
В) вода
Г) все варианты
14.Процесс насыщения поверхностного слоя стальных изделий алюминием, хромом, кремнием, бором и другими элементами с целью придания ему, коррозийной стойкости, износостойкости и твёрдости называется:
А) диффузионной металлизацией
Б) ионизация
В) кристаллизация
15.Если в железо-углеродистом сплаве содержится до 2% углерода, его называют:
А) сталью
Б) чугуном
В) бронзой
16. Важнейшая примесь в меди, которая улучшает литейные свойства, уменьшает окисляемость и делает ее более мягкой:
А) марганец
Б) кремний
В) мышьяк
Г) алюминий
17. Температура плавления меди
А) 1804 ˚С
Б) 1084 ˚С
В) 804 ˚С
Г) 1038 ˚С
18. Медь делится на марки по:
А) химическому составу
Б) способу производства и назначению
В) по размерам
Г) по внешнему виду
19. Изготавливаемые электротехнические изделия из меди:
А) корпуса изделий
Б) кабеля и шины
В) пружины
20. Назовите сплав меди с цинком:
В) вольфрам
21. Какое из перечисленных свойств металлов обеспечивает возможность их
успешной обработки давлением:
А) высокая прочность
Б) высокая теплопроводность
В) высокое электрическое сопротивление
Г) высокая пластичность
22. Каково основное достоинство быстрорежущих сталей:
А) высокая твердость
Б) коррозионная стойкость
В) высокая теплостойкость
Г) низкая стоимость
23. Определите твердые сплавы:
А) сплавы с медью
Б) металлокерамические сплавы
В) железоуглеродистые
Г) все варианты
24. Что такое теплостойкость сплава:
А) способность выдерживать высокие температуры
Б) способность не изменять размеры изделия при нагревании
В) способность сохранять высокую твердость при длительном нагревании
Г) способность не окисляться при высоких температурах
25. Какой химический элемент преобладает в сталях:
Г) кислород
26. Какой материал следует использовать для обшивки самолетов:
Б) углеродистая сталь
В) высокопрочный чугун
Г) дуралюминий
27. Измерение какого механического свойства используется обычно для
контроля качества термической обработки :
А) твердость
Б) прочность
В) пластичность
Г) ударная вязкость
28. Уплотнительные материалы:
А) паронит, бумага
Г) липкая изоляционная лента
29. К изоляционным материалам относятся:
Б) вольфрам
Г) фибра, текстолит
30. Какой класс смазки применяют для хранения металлических труб:
А) антифрикционные
Б) консервационные
В) герметизирующие
Г) технические
Задание В.1. Опишите состав, свойства стали в соответствии с маркой 30ХГСН2А:
А) химический состав
Б) механические свойства
В) технологическое применение
Часть А. Выберите правильный ответ.
За каждый правильный ответ «1» балл
Задание В.1. Опишите состав, свойства стали в соответствии с маркой: 30ХГСН2А
Статья
1. Металлами называют химические элементы, характерными ризнаками которых являются непрозрачность, блеск, хорошая электро- и теплопроводность, пластичность, а для многих металлов также ковкость и способность свариваться. Все металлы и их сплавы в зависимости от основного компонента делят на две большие группы:
чёрные цветные
К чёрным металлам относят железо и сплавы на его основе, содержащие углерод и другие элементы. Эти сплавы носят название чугунов и сталей. К этой же группе обычно относят ферросплавы. Вся современная индустрия базируется в основном на применении чёрных металлов.
Из цветных металлов важное промышленное значение имеют:
медь алюминий
Цветные металлы и сплавы отличаются от чёрных металлов рядом таких физико-химических свойств, которые делают их необходимыми в технике. Например, медь и алюминий обладают высокой электропроводностью и тепловодностью и применяются в электротехнической промышленности. Олово обладает высокой коррозионной стойкостью против многих органических кислот. Олово применяют для получения белой жести, лужения пищевых котлов, а в сплавах со свинцом с добавками меди и других примесей используют как антифрикционный, или подшипниковый сплав, называемый баббитом. Современная передовая техника использует металлы, которые раньше не находили практического применения: галлий, бериллий, цирконий, индий и ряд других. Металлы в технике чаще применяются не в чистом виде, а в соединении с другими металлами и неметаллами, т.е. в виде сплавов, обладающих более ценными свойствами, чем составляющие их металлы.
2. Физические свойства металлов.
Цвет Плотность
Температуру плавления Теплопроводность
Тепловое расширение Электропроводность
Магнитные свойства
Цветом называю способность металлов отражать падающие на них световые лучи. Например, медь имеет розово-красный цвет, алюминий – серебристо-белый и др. Плотность металла характеризуется его массой, заключённой в единице объёма. Плавление – процесс перехода металла из твёрдого состояния в жидкое. Температура плавления железа 1539 С ° , меди 1083 С ° , олова 232 С ° . Теплопроводность-способность металлов проводить тепло при нагревании и отдавать его при охлаждении. Лучшей теплопроводностью обладают чистые металлы: серебро, медь, алюминий. Теплопроводность используется при теплотехнических расчётах.
Тепловое расширение – свойство металлов расширяется при нагревании. При охлаждении происходит обратное явление. Это свойство учитывают при строительстве остовых ферм, прокладке железнодорожных рельс и др. Теплоемкость – способность металла при нагревании поглощать определённое количество тепла. Для сравнения теплоёмкостей различных металлов служит удельная теплоёмкость – количество тепла в больших калориях, которые необходимо, чтобы повысить температуру 1 кг металла на 1 С.
Способность металлов проводить электрический ток оценивают двумя взаимно противоположными характеристиками – электропроводностью и электросопротивлением. Хорошая электропроводность необходима, например, для токонесущих проводов (медь, алюминий). При изготовлении электронагревателей приборов и печей необходимы сплавы с высоким электросопротивлением (нихром, константан, манганин). Магнитные свойства – способность металлов намагничиваться. Высокомагнитными свойствами обладают железо, никель, кобальт и их сплавы, называемые ферромагнитными. Некоторые материалы по прекращении – подаче тока теряют магнитные свойства. Материалы с магнитными свойствами применяют в электротехнической аппаратуре.
3. Химические свойства металлов.
Химические свойства – способность металлов и сплавов сопротивляться окислению или вступать в соединения с различными веществами: кислородом, воздухом, углекислотой, влагой, щелочами и др. Чем лучше металл вступает в соединение с другими элементами, тем легче он разрушается. Химическое разрушения металлов под действием окружающей среды при обычной температуре называется коррозией металлов.
Сопротивление металлов коррозии, окалинообразованию и растворению определяют по изменению массы испытуемых образцов на единицу -поверхности за единицу времени. Знание химических свойств крайне необходимо при выборе металлов и сплавов для деталей и изделий.
4. Механические свойства металлов.
Свойства, характеризующие способность металла или сплава сопротивляться воздействию внешних сил, называют механическими. Внешние силы (нагрузки) могут быть статическими, динамическими или циклически (повторно-переменными).
Механические свойства в качестве главных включают характеристики прочности, твёрдости, пластичности, упругости и вязкости. Кроме того производят испытания металлов на усталость(выносливость),ползучесть и др.
Подробная методика проведения испытаний приведена в соответствующих ГОСТах.
5. Технологические свойства металлов.
Машиностроительные материалы, выбираемые для деталей машин и конструкций, должна обладать технологическими свойствами: легко поддаваться обработке режущими инструментами: хорошо заполнять литейную форму, а после охлаждения давать плотную и однородную отливку (жидкотекучесть): при сварке образовать неразъёмное прочное соединение (свариваемость): поддаваться пластической деформации от ударов или давления в холодном и нагретом состоянии без разрушений (ковкость).
Проба на изгиб выполняется по ГОСТ-14019-68 для плоского, фасонного и специального проката, труб, отливок сварных швов в холодном и нагретом состоянии с целью определения способности металла принимать заданный по размерам и форме изгиб без появления трещин, надрывов, расслоения и излома.
Пробы на навивания (ГОСТ10447-63) применяют для проволоки из чёрных и цветных металлов диаметром от 0,2 до 10мм.
Читайте также: