Механічні властивості металів

Металами називають хімічні речовини і елементи, які характеризуються такими властивостями, як хорошою провідністю тепла і електричного струму, непрозорістю, але здатні відбивати світло, ковкістю, і пластичністю. Метали використовують практично у всіх галузях, сферах нашого життя. З них роблять різні механізми, машини, устаткування, прилади і ще дуже багато різних речей. Всі метали поділяють за кількістю, характером і змістом легуючих частинок (компонентів) і за величиною чистоти. Компонентами називаються хімічні частинки, які можуть входити до складу сплаву або металу. Зазвичай кожен метал має свої унікальні можливості. Але для його використання виділяють окремий ряд властивостей. Ці властивості називаються механічними. У даній статті будуть розглянуті механічні властивості металів.

Поняття механічних властивостей металів

Що означають ці механічні властивості? Вони описують і пояснюють здатність того чи іншого металу здійснювати опір на силові фактори із зовнішнього середовища. І відповідно є числові показники, що вказують ступінь опору того чи іншого металу. До основних механічними властивостями металів і сплавів на сьогоднішній день відносять твердість, в'язкість, міцність, повзучість, пластичність, зносостійкість, і ударну в'язкість. Величини цих властивостей визначають під час дослідів, що передбачають силове навантаження на метал або сплав. І такі навантаження поділяють на динамічні, статичні та повторно-змінні. Випробування металу проводять такими способами як розтягнення, скручування, згинання, стискання і ударне згинання.

Поняття міцності металу

Під міцністю металу розуміють здатністю сплаву або металу здійснювати опір, як зовнішнім силовим факторам, так і внутрішніх факторів, і таким чином не піддаватися деформації. Якщо зовнішні фактори цілком зрозумілі, тобто це удар, прес, натиск, то до внутрішніх відносяться нагрів, або охолодження, зміна структури досліджуваної речовини.

Визначення твердості металу

Твердістю металу є його здатність протистояти або здійснювати опір тілу, яке набагато твердіше.

Твердість перевіряють методами вдавлення в досліджуваний матеріал кульок певних розмірів або алмазної піраміди. Твердість визначають за трьома показниками, а саме по Брінеллю, по Роквеллу і за Вікерсом.

Твердість по Брінеллю визначається в результаті вдавлення сталевої кульки, який має діаметр два з половиною міліметри, або п'ять чи десять міліметрів.

Для визначення твердості по Роквеллу вдавлюється або сталева кулька, який має діаметр 1,58 мм, або алмазний конус, який має кут на своїй вершині 120 °. Розрізняють декілька значень твердості, а саме дуже тверду, м'яку сталь і загартовану сталь. Для першого виду твердості використовують вдавлення алмазного конуса, для другого застосовують сталева кулька, а для останнього виду приймають алмазний або твердосплавний конус. Система Роквелла в результаті неглибокого занурення алмазного конуса в досліджуваний матеріал дозволяє досліджувати метал більш точно, ніж система Бринелля.

Що стосується визначення твердості за системою Віккерса, то при його методиці використовується алмазна піраміда, яка має правильну чотиригранну форму. Після того, як піддали дії метал з боку піраміди, тобто її занурили в метал на певну величину, здійснюють розрахунки, відштовхуючись від величини діагоналей вм'ятини в металі. Там навіть розроблені спеціальні таблиці. Цей метод застосовують для вимірювання твердості металевих деталей, що мають невелику поперечний переріз, а також для поверхневих шарів, що мають велику твердість і малу тонкість.

Пружність, ударна в'язкість, повзучість і втому

Механічні властивості металів і сплавів також включають в себе і пружність. Під нею розуміють здатність металу відновлювати свою первинну форму після того, як припинилися зовнішні сили.

Така властивість як пластичність означає можливість сплаву або металу змінювати свої форми під час навантаження і зберігати вже нові форми після припинення навантаження.

Під ударною в'язкістю розуміють властивість металу, що дає опір дії ударного навантаження. Тобто по метал б'ють якимось спеціально заготовленим матеріалом, а метал, в свою чергу, або витримує, або руйнується. Одиницею виміру є Джоуль на квадратний метр.

Під властивістю повзучість розуміється здатність металів або сплавів безперервно і повільно змінювати свою форму, іншими словами деформуватися під впливом навантаження протягом тривалого часу.

Восновном механічні властивості металів включають ще таке поняття як втома, або помірне руйнування структури металу протягом часу при безперервному числі змінних навантажень.

І ще

Кожна механічна характеристика має свою межу, або свою межу, після якої настає руйнування структури металу. Якщо вам потрібно зробити визначення механічних властивостей металів, а точніше параметри розтягування, то слід виділити тимчасовий опір, істинне опір розриву, і межа плинності. Під тимчасовим опором розуміють умовне стан опору, який відповідає сильному навантаженню, після перевищення сили якої, відбудеться руйнування кристалічної сітки металу. Істинне опір розриву визначається таким чином: частка навантаження під час розриву ділиться на площа поперечного перерізу металу, де стався розрив. Межею плинності називається таке навантаження, яка є мінімальною і при якій метал починає деформуватися. Ця межа плинності називають ще фізичним. Є ще один межа плинності, який називають умовним. Під ним розуміють навантаження, при яких відбувається розтягування зразка металу на 0,2 відсотка від його довжини. Крім цих є ще інші показники, які характеризують механічні властивості металів і сплавів.

При характеристиці міцності також використовують кордон пропорційності. Це такий розмір навантаження, який дає відхилення лінійної кореляції між величиною навантаження і величиною подовження і може досягати 10-15%.

А межею пружності є величина навантаження, при якій відбувається деформація.