МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ МЕТАЛІВ І МЕТОДИ ЇХ ВИЗНАЧЕННЯ
Механічні властивості визначають здатність металів чинити опір впливу зовнішніх сил (навантажень). Вони залежать від хімічного складу металів, їх структури, характеру технологічної обробки та інших факторів. Знаючи механічні властивості металів, можна судити про поведінку металу при обробці і в процесі роботи машин і механізмів.
До основних механічних властивостей металів ставляться міцність, пластичність, твердість і ударна в'язкість.
Міцність - здатність металу не руйнуватися під дією прикладених до нього зовнішніх сил.
Пластичність - здатність металу отримувати залишкове зміна форми і розмірів без руйнування.
Твердість - здатність металу чинити опір вдавленням в нього іншого, більш твердого тіла.
Ударна в'язкість - ступінь опору металу руйнування при ударному навантаженні.
Механічні властивості визначають шляхом проведення механічних випробувань.
1. Випробування на розтягнення
Цими випробуваннями визначають такі характеристики, як межі пропорційності, пружності, міцності і пластичність металів. Для випробувань на розтяг застосовують круглі та плоскі зразки (рисунок 2.1, а, б), форма і розміри яких встановлені стандартом. Циліндричні зразки діаметром d0 = 10 мм, що мають розрахункову довжину l0 = 10d0, називають нормальними, а зразки, у яких довжина l0 = 5d0, - короткими. При випробуванні на розтяг зразок розтягується під дією плавно зростаючого навантаження і доводиться до руйнування.
Розривні машини забезпечені спеціальним самопишущим приладом, який автоматично викреслює криву деформації, звану діаграмою розтягування. Діаграма розтягування в координатах навантаження Р - подовження Δl відображає характерні ділянки і точки, що дозволяють визначити ряд властивостей металів і сплавів (малюнок 2.1). На ділянці 0 - РПЦ подовження зразка збільшується прямо пропорційно зростанню навантаження. При підвищенні навантаження понад РПЦ, на ділянці РПЦ - Pупр пряма пропорційність порушується, але деформація залишається пружною (оборотної). На ділянці вище точки Pvпр виникають помітні залишкові деформації, і крива розтягування значно відхиляється від прямої. При навантаженні Рт з'являється горизонтальна ділянка діаграми - майданчик плинності Т-Т1, яка спостерігається, головним чином, у деталей з низьковуглецевої сталі. На кривих розтягування крихких металів майданчик плинності відсутня. Вище точки Рт навантаження зростає до точки А, що відповідає максимальному навантаженні Рм, після якої починається її падіння, пов'язане з утворенням місцевого утонения зразка (шийки). Потім навантаження падає до точки В, де і відбувається руйнування зразка. З утворенням шийки руйнуються тільки пластичні метали.
а, б - стандартні зразки для випробування на розтяг;
в - діаграма розтягування зразка з пластичного матеріалу
Малюнок 2.1 - Випробування на розтягнення
Зусилля, що відповідають основним точкам діаграми розтягування, дають можливість визначити характеристики міцності, виражені в мегапаскалях, МПа, за формулою
де σi - напруга, МПа; i - відповідна точка діаграми розтягування, Н; 0 - площа поперечного перерізу зразка до випробування, мм 2.
Межа пропорційності σпц - це найбільше напруження, до якого зберігається пряма пропорційність між напругою і деформацією:
де Pпц - напруга, відповідне межі пропорційності, Н.
Межа пружності σупр - напруга, при якому пластичні деформації вперше досягають деякої малої величини, що характеризується певним допуском (зазвичай 0,05%):
де Pупр - напруга, відповідне межі пружності, Н.
Межа плинності фізичний σт - напруга, починаючи з якого деформація зразка відбувається майже без подальшого збільшення навантаження:
де Pт - напруга, відповідне межі плинності, Н.
Якщо майданчик плинності на діаграмі розтягування даного матеріалу відсутній, то визначається умовна границя плинності σ0,2 - напруга, що викликає пластичну деформацію, рівну 0,2%.
Межа міцності (тимчасовий опір) σв - напруга, рівне відношенню найбільшого навантаження, що передує руйнуванню зразка, до первісної площі його перетину:
де Pв - напруга, відповідне межі міцності, Н.
За результатами випробування на розтягнення визначають характеристики пластичності металів.
Показники пластичності металів - відносне подовження і відносне звуження - розраховують за результатами замірів зразка до і після випробування.
Відносне подовження δ знаходиться як відношення збільшення довжини зразка після розриву до його первісної розрахунковій довжині, виражене у відсотках:
де lk - довжина зразка після розриву, мм;
l0 - розрахункова (початкова) довжина зразка, мм.
Відносне звуження ψ визначається відношенням зменшення площі поперечного перерізу зразка після розриву до первісної площі його поперечного перерізу, вираженим у відсотках:
де F0 - початкова площа поперечного перерізу об.