Общая характеристика материалов.

Основные свойства материалов.

Выбор материала для деталей машин, приборов зависит от его свойств и условий работы детали. Правильно выбранные материалы для деталей обеспечивают надежность и долговечность работы машины, и уменьшение их себестоимости. Для того чтобы судить о том, будет ли пригоден данный материал для изготовления конкретной детали или конструкции, необходимо знать, какими свойствами он обладает.

Все свойства материалов условно подразделяют на три группы: физические, механические и технологические.

1.1. Физические свойства.

Физические свойства присущи каждому материалу и проявляются при воздействии физических полей или сред. Все физические свойства материалов зависят от строения атомов.

Наиболее важными физическими свойствами, значения которых учитывают при практическом пользовании материалов, являются: плотность, тепловое расширение, тепловые и магнитные свойства, электропроводность, способность материала сопротивляться окислению (коррозии) при обычных и повышенных температурах, на воздухе, в газовых или жидких средах.

Плотность – количество вещества, содержащееся в единице объема. Плотность металлов несколько изменяется в зависимости от способа производства и характера обработки.

Уменьшение расхода конструкционных материалов и снижения массы металлоконструкций и машин является тенденцией современного машиностроения. Чем меньше плотность материалов, тем ниже динамические нагрузки на детали и меньше расход энергии на эксплуатацию машины.

При нагреве плотность материалов уменьшается из-за теплового расширения.

Тепловое расширение – изменение линейных размеров и объема при нагревании тел. Изменение длины образца при нагревании на 1⁰С называется коэффициентом линейного расширения, а увеличение объема при нагревании на 1ºС – коэффициентом объемного расширения.

Тепловые свойства: теплоемкость, удельная теплоемкость, температура плавления, теплопроводность.

Теплоемкость – это способность вещества поглощать теплоту при нагреве. Ее характеристикой является удельная теплоемкость – количество тепла, которое необходимо для повышения 1 г металла на 1⁰С. Металлы по сравнению с другими веществами обладают меньшей теплоемкостью, поэтому их нагревание не вызывает затрат больших количеств тепла.

Температура плавления – температура перехода металла при нагревании в жидкое состояние. Чистые металлы плавятся при одной, постоянной для каждого металла, температуре, а температура плавления сплавов зависит от химического состава.

Теплопроводность – способность тел передавать тепло от более нагретых участков тела к менее нагретым. Металлы обладают высокой теплопроводностью. Однако, чем больше примесей содержит металл, тем меньше теплопроводность. Стекло и полимерные материалы имеют низкую теплопроводность.

Особые магнитные свойства железа, никеля, кобальта и их сплавов, а также ферритов выделили их в группы материалов исключительной ценности – ферромагнетики.

Электропроводность – способность проводить электрический ток. В технике пользуются характеристикой обратной проводимости – удельным электросопротивлением, под которым понимают сопротивление проводника длиной 1 м и сечением 1 мм².

1.2. Механические свойства.

Механические свойства – это характеристики материала, определяющие его поведение под действием приложенных внешних механических сил.

Важнейшие механические свойства металлов следующие:

Прочность – способность металла оказывать сопротивление действию внешних сил, не разрушаясь. Отношение прочности к плотности называют удельной прочностью. Сопротивление металла действию многократно повторяющегося нагружения носит название усталостной прочности.

Упругость – свойство металла восстанавливать свою форму после прекращения действия внешних сил, вызывающих изменение формы (деформацию).

Пластичность – свойство металла деформироваться без разрушения под действием внешних сил и сохранять измененную форму после прекращения действия сил. Пластичность – свойство обратное упругости.

Вязкость – способность металла оказывать сопротивление ударным нагрузкам (внешним силам). Вязкость – свойство, обратное хрупкости.

Твердость – способность металла оказывать сопротивление местной пластической деформации при контактном воздействии.

Износостойкость – сопротивление металлов изнашиванию вследствие процессов трения. Износ определяется по изменению размеров или массы деталей.

Механические свойства металлов определяют испытаниями специальных образцов.

Испытания механических свойств проводят при различных нагрузках – статических, динамических и циклических. Статические нагрузки медленно возрастают от нуля до максимальной величины; динамические возрастают быстро, за доли секунд; циклические нагрузки характеризуются многократным изменением по направлению или по величине. В соответствии с характером действующих нагрузок различают статические, динамические и усталостные испытания.

К статическим испытаниям обычно относят испытание на растяжение, сжатие, изгиб и на твердость; к динамическим – испытание на удар; циклическим способом проводят различные испытания металла на усталость.

По длительности приложения нагрузки механические испытания делятся на кратковременные и длительные. В большинстве случаев проводят кратковременные испытания длительностью несколько минут. Длительные испытания проводят, как правило, для определения механических свойств металлов, которым предстоит работать в особо ответственных конструкциях и сложных условиях в течение длительного периода времени.

В зависимости от температуры, различают испытания при пониженной (ниже 0ºС), обычной (20ºС) и повышенной (выше 20ºС) температурах. Температуру испытания выбирают в зависимости от рабочей температуры изделий.

1.2.1. Механические свойства, определяемые при статических нагрузках.