Механические свойства металлов и сплавов.

Основные механические свойства - прочность, пластичность, твердость и ударная вязкость. Внешняя нагрузка вызывает в твердом теле напряжение и деформацию. Напряжение - это нагрузка (сила), отнесенная к площади поперечного сечения, МПа:

, (3)

где Р - нагрузка, МН; F - площадь поперечного сечения, м².

Напряжение, возникающее в металле, вызывает деформацию. Деформация - изменение формы и размеров тела под влиянием воздействия внешних сил или в результате физико-механических процессов, возникающих в самом теле (например, фазовых превращений, усадки и т.п.). Деформация может быть упругая (исчезающая после снятия нагрузки) и пластическая (остающаяся после снятия нагрузки). При увеличении нагрузки упругая деформация переходит в пластическую; при дальнейшем повышении нагрузки происходит разрушение тела.

Прочность - это способность твердого тела сопротивляться деформации или разрушению под действием статических или динамических нагрузок. Прочность определяют с помощью специальных механических испытаний образцов, изготовленных из исследуемого материала.

Для определения прочности при статических нагрузках образцы испытывают на растяжение, сжатие, изгиб и кручение. Испытания на растяжение - обязательны. Прочность при статических нагрузках оценивается временным сопротивлением и пределом текучести ; - это условное напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца; - напряжение, при котором начинается пластическое течение металла. На рис.18 представлен типовой образец прямоугольного сечения для испытаний на растяжение.

Рис. 18. Плоский образец для испытания на прочность и пластичность при растяжении: h - длина головки, закрепляемой в захватах машины;

l₀ - исходная длина образца до испытания; l - длина образца после испытания;

R - радиус округления

Прочность при динамических нагрузках оценивают по ударной вязкости, Дж/м² (рис.19):

, (4)

где А - работа, затраченная на разрушение образца, Дж; F - площадь образца в месте надреза, м².

Рис. 19. Схемы испытания на ударную вязкость

Пластичность— это способность материала получать остаточное изменение формы и размера без разрушения. Пластичность характеризуется относительным удлинением d при разрыве , %:

, (5)

где l - длина образца после разрыва, мм; l₀ - первоначальная длина образца, мм.

Твердость - это способность материала сопротивляться внедрению в него другого, не получающего остаточных деформаций, тела. Значение твердости и ее размерность для одного и того же материала зависят от применяемого метода измерения. Значения твердости, определенные различными методами, пересчитывают по таблицам и эмпирическим формулам. Например, твердость по Бринеллю (НВ, МПа) определяют из отношения нагрузки Р, приложенной к шарику, к площади поверхности полученного отпечатка шарика F_отп_.:

. (6)