Обозначения механических характеристик металлов

Механические свойства

Способность конструкционного материала сопротивляться воздействию внешних сил состоит из одного или нескольких перечисленных ниже механических свойств: прочность, пластичность, твёрдость, упругость, ударная вязкость, выносливость. Значения предельных напряжений сведены в таблицы, приводимые в технических справочниках, их используют при теоретических расчётах размеров деталей.

Прочность – сопротивление разрушению от внешних нагрузок. Материал детали по разному сопротивляется различным видам нагрузок (например, растяжение и сжатие) и, следовательно, имеет отличные друг от друга числовые значения и обозначения прочности: временное сопротивление разрыву – σВ; растяжение – σР ; сжатие – σС; изгиб – σИ; кручение – σКР; срез – σСР; смятие – σСМ. Измеряется в мегапаскалях (МПа). Буква греческого алфавита строчная, читается «сигма», индекс около неё читается русскими буквами, обозначающими начальные буквы видов нагрузок и произносятся полным названием вида нагрузки в родительном падеже.

Удельная прочность – характеристика конструкционного материала, являющаяся отношением прочности к плотности. Применяется для сравнения свойств материалов в случаях, когда важен малый вес детали (самолёто- и ракетостроение).

Пластичность – изменение формы физического тела под действием внешних сил без признаков разрушения и сохранение её после снятия действия сил. Наличие этого свойства позволяет изготавливать заготовки для деталей пластическим деформированием. Характеризуется двумя показателями:

относительное предельное равномерное удлинение , %. Буква читается «дельта», индекс около неё читается русской буквой, обозначающей начальную букву слова «равномерное»;

относительное предельное равномерное сужение , %. Буква читается «пси», индекс около неё читается русской буквой, обозначающей начальную букву слова «равномерное».

Твёрдость – сопротивление материала внедрению под нагрузкой в его поверхность другого физического тела. Наличие у материала детали этого свойства достаточной величины позволяет не разрушаться при абразивном изнашивании.

У мягких металлов и древесины твёрдость измеряют вдавливанием в них индентора – стального закалённого шарика и обозначают НВ (твёрдость по Бринеллю). В системе СИ измеряется в Н/мм 2 , что равно МПа; (старые единицы измерения кгс/мм 2 и кгс/см 2 ). «НВ» читается латинскими буквами и звучит «ашбэ».

Для твёрдых металлов в качестве индентора применяют алмазный конус и обозначают HRC (твёрдость по Роквеллу). Измеряется в условных единицах, обозначающих количество расстояния 0,02 мм в размере глубины лунки от вдавливания алмазного конуса в поверхность образца. «НRC» читается латинскими буквами и звучит «ашэрцэ». Единицы измерения не ставятся. Например HRC 60, где число – количество по 0,02 мм.

Твёрдость минералов определяют по специальной шкале минералов (шкале Мооса), в которой из десяти минералов номер 1 (тальк) является самым мягким и на нём легко сделать царапину ногтем, а каждый последующий (2 – гипс, 3 – кальцит, 4 – флюорит, 5 – апатит, 6 – ортоклаз, 7 – кварц, 8 – топаз, 9 — корунд) царапает предыдущий, а номер 10 (алмаз) является самым твёрдым и легко оставляет царапину на стекле

Твёрдость обозначается числом от 1 до 10. Единицы измерения не ставятся.

Упругость – восстановление первоначальной формы физического тела после прекращения действия внешней нагрузки. Каждый конструкционный материал имеет свою величину упругости, измеряемую модулем нормальной упругости Е (МПа), высокое значение которого говорит о высокой жёсткости материала, обеспечивающей весьма малые величины упругой деформации физического тела. Так у сталей Е = 200000 МПа, у меди и чугуна – 100000 МПа, стекло – 70000 МПа, бетон и древесина – 20000 МПа, пластмассы – 2000. 5000 МПа, а у каучука Е = 20 МПа.

Ударная вязкость – сопротивление динамическим (ударным) нагрузкам. Обозначают КС (МДж/м 2 ) и измеряют отношением работы А (МДж), затраченной на разрушение образца с полукруглым надрезом по середине длины при ударе, к площади поперечного сечения с надрезом F (м 2 ) образца на специальном испытательном стенде. Наиболее высокое значение ударной вязкости – у сплавов металлов (сталей, содержащих никель). Высокие значения ударной вязкости конструкционного материала позволяют деталям, изготовленным из него, работать долго и надёжно при динамических колебаниях внешних нагрузок. У минеральных и органических материалов она весьма незначительна.

Выносливость – сопротивление материала детали усталости. Усталость присуща только твёрдым и хрупким материалам и является постепенным накоплением трещин при знакопеременных нагрузках в работающем сечении детали вплоть до разрушения. Предел выносливости σВ (МПа) – значение напряжения материала, при котором не происходит разрушения детали при любом количестве циклов нагружения. Обозначение предела выносливости при симметричной нагрузке – σ-1 (МПа). Высокое значение этого механического свойства весьма важно для вращающихся стальных валов, имеющих на себе насадные детали (шестерни, шкивы), передающие нагрузку.

Читайте также:  Токарный станок по металлу тш3 характеристики

Дата добавления: 2017-03-29 ; просмотров: 2192 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник

Обозначения механических характеристик металлов

B — магнитная индукция

B max — максимальная индукция для данного цикла намагничивания

B r — остаточная магнитная индукция

B s — магнитная индукция насыщения

с — удельная теплоемкость

C Э — углеродный эквивалент

E — модуль нормальной упругости

f — стрела прогиба, частота

G — модуль сдвига, электропроводность

H — микротвердость , напряженность магнитного поля

Hc — коэрцитивная сила

HB — твердость по Бринеллю

HRA , HRB , HRC Э — твердость по Роквеллу , соответственно шкалы А, В, С

HSh — твердость по Шору

HV — твердость по Виккерсу

G Ic — критическая интенсивность освобождения энергии деформации при максимальном стеснении пластической деформации

J Ic — критическое значение —интеграла при максимальном стеснении пластических деформаций и разрушении нормальным отрывом

K Ic — критический коэффициент интенсивности напряжений (вязкость разрушения)

K c — условный критический коэффициент интенсивности напряжений для образца данной толщины или диаметра

K f — коэффициент выносливости

K Q — расчетное значение коэффициент интенсивности напряжений

K σ — коэффициент концентрации динамических напряжений

KC — ударная вязкость (образцов без надреза)

KCT — ударная вязкость (образец с предварительно созданной трещиной)

KCU — ударная вязкость (образец с U -образным надрезом)

KCV — ударная вязкость (образец с V -образным надрезом)

KV — работа удара

M д — температура начала мартенситного превращения при пластическом деформировании

М к — температура конца мартенситного превращения при охлаждении

М н — температура начала мартенситного превращения при охлаждении

R — электрическое сопротивление

S э — степень эвтектичности

T 50 — температурный порог хрупкости

Ra — среднее арифметическое отклонение профиля

Rz — высота неровностей профиля по десяти точкам

α — температурный коэффициент линейного расширения

l — начальная расчетная длина образца

l — длина образца после разрыва

δ — относительное удлинение при разрыве

δц — циклическая вязкость

δс — раскрытие вершины трещины при максимальной нагрузке

ε — деформация, линейная усадка

η — вязкость динамическая

λ s — магнитоскрипция при насыщении

μ — магнитная проницаемость, коэффициент Пуассона (коэффициент поперечного сжатия)

ν — кинематическая вязкость

ρ — удельное электросопротивление

F — минимальная площадь поперечного сечения рабочей части образца после его разрыва

F — начальная площадь поперечного сечения рабочей части образца

ψ — относительное поперечное сужение

σ — начальное напряжение

σ в — временное сопротивление при растяжении

σвк — временное сопротивление образца с концентратом напряжений (с надрезом)

σт — предел текучести физический

σ ,2 — предел текучести условный

σ ,2сж — предел текучести условный при сжатии

σ ,001 , σ ,005, σ ,05 — предел упругости условный с допуском на остаточную деформацию соответственно 0,001; 0,005; 0,05 %

σсж — предел прочности при сжатии

σизг — предел прочности при изгибе

σ –1 — предел выносливости при знакопеременном изгибе с симметричным циклом нагружения

— предел выносливости при знакопеременном изгибе с симметричным циклом нагружения

σ –1р — предел выносливости при растяжении — сжатии

— предел длительной прочности соответственно для базы испытаний 10, 100 и 1000 ч при температуре Т

— предел ползучести при температуре Т, создающий остаточную деформацию 1 % за 1000 ч

— предел ползучести при температуре Т, характеризующийся скоростью деформации

τ — касательное напряжение

τв — предел прочности на срезе

τ –1 — предел выносливости при знакопеременном кручении

n — коэффициент запаса

n т — коэффициент запаса по пределу текучести

n в — коэффициент запаса по временному сопротивлению

n д — коэффициент запаса по пределу длительной прочности

n п — коэффициент запаса по пределу ползучести

Источник

Механические свойства основных металлов

Наименование металла
и обозначение модификации
Механические свойства металлов
σв, МН/м 2 σпц, МН/м 2 σт, МН/м 2 δ,% Ψ,% Е, МН/м 2 НВ, Н/м 2
Алюминий (Al) 80-110 30 30-70 40 85 72000 20-35
Бериллий(a-Be) 140 60 300000 140
Вольфрам (P-W) 1200-1400 750 420000 350
Железо (a-Fe) 250-330 120 125 25-55 70-85 210000 50
Кадмий (a-Cd) 62 3 10 20 50 530000 20
Кобальт (a-Co) 240 5 207500 125
Кремний (Si) 114500 240
Магний (Mg) 170-200 12 20-60 15 20 43600 25
Марганец: a-Mn P-Mn хрупкий хрупкий хрупкий хрупкий хрупкий
201600 210
201600 210
Медь (Cu) 220 15 60-80 60 75 132000 35
Молибден (Mo) 700 30 330000 125
Никель (a-Ni) 400-500 80 120 40 70 205000 60-80
Ниобий (Nb) 340 30 250
Олово (белоеХР-Sn) 20-40 1,5 40 75 55000 5
Свинец(Pb) 18 2,5 5-10 50 100 17000 4-6
Титан (a-Ti) 600 440 28 105000 230
Хром (a-Cr) хрупкий хрупкий хрупкий хрупкий хрупкий 252000 220
Цирконий (a-Zr) 950 950 70000 82
Цинк (Zn) 110-150 90-100 5-20 94000 30-42

σв — предел прочности при растяжении,

σпц — предел пропорциональности,

σт — предел текучести,

δ — относительное удлинение,

Ψ — относительное сужение,

Е — модуль упругости,

НВ — твердость по Бриннелю,

Источник

Механические свойства металлов и сплавов: общий взгляд

Любое вещество, будь то газ, жидкость или твердое тело, обладает рядом специфических, только ему присущих свойств. Однако эти свойства позволяют не только индивидуализировать элементы, но и объединять их в группы по принципу схожести.

Посмотрите на металлы: с обывательской точки зрения это блестящие элементы, с высокой электро- и теплопроводностью, не восприимчивые к внешним физическим воздействиям, ковкие и легко свариваемые при высоких температурах. Достаточен ли этот перечень. чтобы объединить металлы в одну группу? Конечно же нет, металлы и их производные (сплавы) гораздо сложнее и обладают целым набором химических, физических, механических и технологических свойств. Сегодня мы поговорим лишь об одной группе: механических свойствах металлов.

Основные механические свойства

К основным механическим свойствам относят прочность, пластичность, твердость, ударную вязкость и упругость. Большинство показателей механических свойств определяют экспериментально растяжением стандартных образцов на испытательных машинах.

Прочность — способность металла сопротивляться разрушению при действии на него внешних сил.

Пластичность — способность металла необратимо изменять свою форму и размеры под действием внешних и внутренних сил без разрушения.

Твердость — способность металла сопротивляться внедрению в него более твердого тела. Твердость определяют с помощью твердомеров внедрением стального закаленного шарика в металл (на приборе Бринелля) или внедрением алмазной пирамиды в хорошо подготовленную поверхность образца (на приборе Роквелла). Чем меньше размер отпечатка, тем больше твердость испытуемого металла. Например, углеродистая сталь до закалки имеет твердость 100 . . . 150 НВ () , а после закалки — 500 . . . 600 НВ.

Ударная вязкость — способность металла сопротивляться действию ударных нагрузок. Эта величина, обозначаемая КС (Дж/см2 или кгс • м/см ), определяется отношением механической работы А, затраченной на разрушение образца при ударном изгибе, к площади поперечного сечения образца.

Упругость — способность металла восстанавливать форму и объем после прекращения действий внешних сил. Эта величина характеризуется модулем упругости Е (МПа или кгс/мм2), который равен отношению напряжения а к вызванной им . Высокой упругостью должны обладать стали и сплавы для изготовления рессор и пружин.

Таблица.1. Механические свойства основных промышленных сплавов

Сталь малоуглеродистая (мягкая)

Котельное железо трубы, котлы

Сталь среднеуглеродистая (средней твердости)

Оси, шатуны, валы, рельсы

Сталь твердая после закалки и отпуска

Инструмент ударный и режущий

Детали, работающие на истирание и подверженные коррозии

Детали, изготовленные горячей штамповкой

Детали в авиастроении и автостроении

Основные механические свойства металлов

Что это за свойства? Под механическими понимают такие свойства субстанции, которые отражают ее умение противостоять действиям извне. Известно девять основных механических свойств металлов:

— Прочность — означает, что приложение статической, динамической или знакопеременной нагрузки не приводит к нарушению внешней и внутренней целостности материала, изменению его строения, формы и размеров.

— Твердость (часто путают с прочностью) — характеризует возможность одного материала противостоять прониканию другого, более твердого предмета.

— Упругость — означает способность к деформированию без нарушения целостности под действием определенных сил и возвращению первоначальной формы после освобождения от нагрузки.

— Пластичность (часто путают с упругостью и наоборот) — также способность к деформации без нарушения целостности, однако в отличие от упругости, пластичность означает, что объект способен сохранить полученную форму.

— Стойкость к трещинам — под воздействием внешних сил (ударов, натяжений и пр.) материал не образует трещин и сохраняет наружную целостность.

— Вязкость или ударная вязкость — антоним ломкости, то есть возможность сохранять целостность материала при возрастающих физических воздействиях.

— Износостойкость — способность к сохранению внутренней и внешней целостности при длительном трении.

— Жаростойкость — длительная возможность противостоять изменению формы, размера и разрушению при воздействии больших температур.

— Усталость — время и количество циклических воздействий, которые материал может выдержать без нарушения целостности.

Часто, говоряо тех или иных свойствах, мы путаем их названия: технологические свойства относим к физическим, физические к механическим и наоборот. И это неудивительно, ведь несмотря на глубинные отличия, лежащие в основе той или иной группы свойств, механические свойства не только крайне тесно связаны с другими характеристиками металлов, но и напрямую зависят от них.

Механические свойства металлов

Под механическими свойствами понимают характеристики, определяющие поведение металла (или другого материала) под действием приложенных внешних механических сил. К механическим свойствам обычно относят сопротивление металла (сплава) деформации (прочность) и сопротивление разрушению (пластичность, вязкость, а также способность металла не разрушаться при наличии трещин).

В результате механических испытаний получают числовые значения механических свойств, т. е. значения напряжений или деформаций, при которых происходят изменения физического и механического состояний материала.

Оценка свойств

При оценке механических свойств металлических материалов различают несколько групп их критериев.

  1. Критерии, определяемые независимо от конструктивных особенностей и характера службы изделий. Эти критерии находятся путем стандартных испытаний гладких образцов на растяжение, сжатие, изгиб, твердость (статические испытания) или на ударный изгиб образцов с надрезом (динамические испытания).
  2. Прочностные и пластические свойства, определяемые при статических испытаниях на гладких образцах хотя и имеют важное значение (они входят в расчетные формулы) во многих случаях не характеризуют прочность этих материалов в реальных условиях эксплуатации деталей машин и сооружений. Они могут быть использованы только для ограниченного числа простых по форме изделий, работающих в условиях статической нагрузки при температурах, близких к нормальной.
  3. Критерии оценки конструктивной прочности материала, которые находятся в наибольшей корреляции со служебными свойствами данного изделия и характеризуют работоспособность материала в условиях эксплуатации.

Физические свойства металлов

Наиболее взаимозависимы между собой механические и химические свойства металлов, ведь именно химический состав металла или сплава, его внутреннее строение (особенности кристаллической решетки) диктуют все остальные его параметры. Если говорить о механических и физических свойствах металлов, то их чаще других путают между собой, что обусловлено близостью данных определений.

Физические свойства часто неотделимы от механических. К примеру, тугоплавкие металлы еще и самые прочные. Главное же отличие лежит в природе свойств. Физические свойства — те что проявляется в покое, механические — только под воздействием извне. Не хуже других связаны механические и технологические свойства металлов. Например, механическое свойство металла «прочность» может быть результатом его грамотной технологической обработки (с этой целью нередко используют «закалку» и «старение»). Обратная взаимосвязь не менее важна, к примеру, ковкость проявление хорошей ударной вязкости.

Делая вывод, можно сказать, что зная некоторые химические, физические или технологические свойства можно предугадать, как будет вести себя металл под воздействием нагрузки (т.е. механически), и наоборот.

В чем отличия механических свойств металлов и сплавов?

Различаются ли механические свойства металлов и сплавов? Безусловно. Ведь любой металлический сплав изначально создается с целью получения каких-либо конкретных свойств. Некоторые сочетания легирующих элементов и основного металла в сплаве способны мгновенно преобразить легируемый элемент. Так алюминий ( не самый прочный и твердый металл в мире) в сочетании с цинком и магнием образует сплав по прочности сравнимый со сталью. Все это дает практически неограниченные возможности в получении веществ наиболее близких к требуемым.

Отдельное внимание следует уделить механическим свойствам наплавленных металлов. Наплавленным считается металл, с помощью которого производилась сварка двух или более частей какого-то металлического элемента или конструкции. Этот металл словно нитки соединяет разорванные части. От того, как будет вести себя «шов» под нагрузкой, будет зависеть безопасность и надежность всей конструкции. Исходя из этого, крайне важно, чтобы свойства наплавленного металла были не хуже, чем у главного металла.

Конструкторская прочность металлов

Критерии конструктивной прочности металлических материалов можно разделить на две группы:

  • критерии, определяющие надежность металлических материалов против внезапных разрушений (вязкость разрушения, работа, поглощаемая при распространении трещин, живучесть и др.). В основе этих методик, использующих основные положения механики разрушения, лежат статические или динамические испытания образцов с острыми трещинами, которые имеют место в реальных деталях машин и конструкциях в условиях эксплуатации (надрезы, сквозные отверстия, неметаллические включения, микропустоты и т. д.). Трещины и микронесплошности сильно меняют поведение металла под нагрузкой, так как являются концентраторами напряжений;
  • критерии, которые определяют долговечность изделий (сопротивление усталости, износостойкость, сопротивление коррозии и т. д.).

Критерии оценки

Критерии оценки прочности конструкции в целом (конструкционной прочности), определяемые при стендовых, натурных и эксплуатационных испытаниях. При этих испытаниях выявляется влияние на прочность и долговечность конструкции таких факторов, как распределение и величина , дефектов технологии изготовления и конструирования металлоизделий и т. д.

Для решения практических задач металловедения необходимо определять как стандартные механические свойства, так и критерии конструктивной прочности.

Как определить механические свойства?

Экспериментальным путем. Среди основных методов определения механических свойств металлов можно выделить:

— испытания на растяжение;

— метод вдавливания по Бринеллю;

— определение твердости металла по Роквеллу;

— оценка твердости по Виккерсу;

— определение вязкости с помощью маятникового копра;

Механические свойства имеют весьма серьезное значение. Их знание позволяет использовать металлы и их сплавы с наибольшей эффективностью и отдачей.

Источник

Поделиться с друзьями
Металл
Adblock
detector