Механические свойства и способы определения их количественных характеристик Твердость, вязкость, усталостная прочность

внешних усилий (нагрузок).
К ним можно отнести: прочность, твёрдость, пластичность, упругость, вязкость, хрупкость, усталость, ползучесть и износостойкость.
Механические испытания делят на
- статические, при которых нагрузка, действующая на образец, остаётся постоянной или возрастает крайне медленно;
- динамические (ударные);
циклические испытания при повторных или знакопеременных нагрузках.
Твердость – это сопротивление материала проникновению в его поверхность стандартного тела (индентора), не деформирующегося при испытании.
Это неразрушающий метод контроля. Основной метод оценки качества термической обработке изделия. О твердости судят либо по глубине проникновения индентора (метод Роквелла), либо по величине отпечатка от вдавливания (методы Бринелля, Виккерса, микротвердости).

в – по Виккерсу

D 2,5; 5; 10 мм.
Нагрузка Р, в зависимости от диаметра шарика и измеряемой твердости: для термически обработанной стали и чугуна –

литой бронзы и латуни –

алюминия и других очень мягких металлов –
Продолжительность выдержки

для стали и чугуна – 10 с, для латуни и бронзы – 30 с.

Стандартными условиями являются D = 10 мм; Р = 3000 кгс;

= 10 с. В этом случае твердость по Бринеллю обозначается НВ 250, в других случаях указываются условия: НВ D / P / τ

НВ 5/ 250 /30 – 80.

стальной шарик диаметром 1/16” (

1,6 мм), для более твердых материалов – конус алмазный.
Шкалы для определения твердости по Роквеллу

136o.
Твердость рассчитывается как отношение приложенной нагрузки P к площади поверхности отпечатка F:

Нагрузка Р составляет 5…100 кгС.
Способ микротвердости – для определения твердости отдельных структурных составляющих и фаз сплава, очень тонких поверхностных слоев (сотые доли миллиметра).
Индентор – пирамида меньших размеров, нагрузки при вдавливании Р составляют 5…500 г.

При нанесении царапин на другие материалы и сравнении их с мерой судят о твердости материала.
Можно нанести царапину шириной 10 мм под действием определенной нагрузки. Наблюдают за величиной нагрузки, которая дает эту ширину.
Динамический метод (по Шору)
Шарик бросают на поверхность с заданной высоты, он отскакивает на определенную величину. Чем больше величина отскока, тем тверже материал.

сил за счет пластической деформации.
Является энергетической характеристикой материала, выражается в единицах работы. Вязкость металлов и сплавов определяется их химическим составом, термической обработкой и другими внутренними факторами.
Также вязкость зависит от условий, в которых работает металл (температуры, скорости нагружения, наличия концентраторов напряжения).

Влияние температуры на пластичное и хрупкое состояние

температуры.
Хладоломкими являются железо, вольфрам, цинк и другие металлы, имеющие объемноцентрированную кубическую и гексагональную плотноупакованную кристаллическую решетку.
Ударная вязкость характеризует надежность материала, его способность сопротивляться хрупкому разрушению

высота подъема маятника до удара, h – высота подъема маятника после удара.
Характеристикой вязкости является ударная вязкость (ан), - удельная работа разрушения.

где: F0 - площадь поперечного сечения в месте надреза

ГОСТ 9454 – 78 ударную вязкость обозначает KCV. KCU. KCT. KC – символ ударной вязкости, третий символ показывает вид надреза: острый (V), с радиусом закругления (U), трещина (Т).
Испытывают серию образцов при различных температурах и строят кривые ударная вязкость – температура ( ан – Т), определяя пороги хладоломкости.
Порог хладоломкости - температурный интервал изменения характера разрушения, является важным параметром конструкционной прочности. Чем ниже порог хладоломкости, тем менее чувствителен металл к концентраторам напряжений (резкие переходы, отверстия, риски), к скорости деформации.

материала при повторных знакопеременных напряжениях, величина которых не превышает предела текучести.
Усталостная прочность – способность материала сопротивляться усталости.

1 – образование трещины в наиболее нагруженной части сечения, которая подвергалась микродеформациям и получила максимальное упрочнение
2 – постепенное распространение трещины, гладкая притертая поверхность
3 – окончательное разрушение, зона “долома“, живое сечение уменьшается, а истинное напряжение увеличивается, пока не происходит разрушение хрупкое или вязкое

Схема зарождения и развития трещины при переменном изгибе круглого образца

изменении нагрузки) – максимальное напряжение, выдерживаемое материалом за произвольно большое число циклов нагружения N.

Ограниченный предел выносливости – максимальное напряжение, выдерживаемое материалом за определенное число циклов нагружения или время.
Живучесть – разность между числом циклов до полного разрушения и числом циклов до появления усталостной трещины.

увеличения его остаточной деформации при трении, проявляющейся в постепенном изменении размеров или формы материала.
Свойство материала оказывать сопротивление изнашиванию называется износостойкостью (величина обратная скорости изнашивания).
Виды изнашивания
Коррозионно-механическое (окислительное) изнашивание.
Механическое изнашивание (абразивное, гидроабразивное, газоабразивное, эрозионное, кавитационное, усталостное, изнашивание при фреттинге и заедании).
Электроэрозионное изнашивание.

способам холодной и горячей обработки.
1. Литейные свойства.
Характеризуют способность материала к получению из него качественных отливок.
Жидкотекучесть – характеризует способность расплавленного металла заполнять литейную форму.
Усадка (линейная и объемная) – характеризует способность материала изменять свои линейные размеры и объем в процессе затвердевания и охлаждения.
Ликвация – неоднородность химического состава по объему.

форму под влиянием внешних нагрузок не разрушаясь.
Она контролируется в результате технологических испытаний, проводимых в условиях, максимально приближенных к производственным.
Листовой материал испытывают на перегиб и вытяжку сферической лунки. Проволоку испытывают на перегиб, скручивание, на навивание. Трубы испытывают на раздачу, сплющивание до определенной высоты и изгиб.
Критерием годности материала является отсутствие дефектов после испытания.
3. Свариваемость.
Это способность материала образовывать неразъемные соединения требуемого качества. Оценивается по качеству сварного шва.
4. Способность к обработке резанием.
Характеризует способность материала поддаваться обработке различным режущим инструментом. Оценивается по стойкости инструмента и по качеству поверхностного слоя.