Механические свойства металлических материалов относятся к различным свойствам, проявляющимся под действием внешних сил, которые определяют пригодность и долговечность материалов в различных средах. К основным показателям механических свойств металлических материалов относятся:
1. Прочность и предел текучести
Прочность – это способность металлического материала сопротивляться действию внешней силы (нагрузки) и избегать чрезмерной пластической деформации или разрушения. Это самый основной и один из важнейших показателей механических свойств металлических материалов. Прочность можно разделить на различные типы, включая прочность на растяжение, прочность на сжатие, прочность на изгиб и прочность на сдвиг, среди которых наиболее часто используется прочность на растяжение.
- Предел прочности на разрыв (σb или Rm): относится к максимальному значению напряжения, которое материал может выдержать при растяжении, т. е. максимальному напряжению, которое может быть достигнуто перед отрывом. Он отражает способность материала сопротивляться разрушению, обозначается Rm или σb, а единица измерения — МПа (мегапаскаль). Предел прочности является важным параметром для оценки ударной вязкости и способности материала к пластической деформации.
- Предел текучести (σs или ReL, Rp0,2): относится к материалу, находящемуся в процессе растяжения: когда напряжение достигает определенного критического значения, даже если напряжение больше не увеличивается, материал будет продолжать подвергаться значительной пластической деформации значения напряжения. Для материалов с очевидным явлением текучести предел текучести является пределом текучести при напряжении; для материалов без явного явления текучести обычно предусматривается, что остаточная деформация 0,2% от значения напряжения является пределом текучести, известным как условие предела текучести. Предел текучести является началом пластической деформации материала является важным символом, но и структурным дизайном обычно используемых показателей прочности.
2. пластичность и удлинение
Под пластичностью понимается способность металлического материала производить значительную пластическую деформацию без разрушения под воздействием внешних сил. Материал с хорошей пластичностью может поглощать большое количество энергии за счет пластической деформации, тем самым улучшая свою способность противостоять ударам и усталости.
- Удлинение (δ): процент общего удлинения материала после разрыва при растяжении по отношению к исходной отмеченной длине. Это важный показатель пластичности материала. Обычно в машиностроении δ, превышающий или равный 5% материала, называется пластичными материалами, такими как мягкая сталь, алюминий, медь и т. д.; и δ Меньше или равно 5% материала называют хрупкими материалами, такими как чугун, стекло, керамика и т. д.
- Усадка сечения (ψ): относится к проценту максимальной уменьшенной площади сечения к исходной площади разрушения материала после разрушения при растяжении. Это также важный показатель для измерения пластичности материала. Вместе с удлинением он позволяет комплексно оценить способность материала к пластической деформации.
3. Твердость
Твердость – это способность материала противостоять другим более твердым объектам, вдавливаемым в его поверхность. Он является показателем степени твердости и мягкости материала, а также является важным параметром, отражающим износостойкость и режущие свойства материала.
- Твердость по Бринеллю (HBS, HBW) и твердость по Роквеллу (HRA, HRB, HRC): два широко используемых метода определения твердости. Твердость по Бринеллю применима к более мягким материалам, а твердость по Роквеллу — к более твердым материалам. Испытание на твердость можно использовать не только для оценки механических свойств материала, но и для проверки качества поверхностного слоя материала, например обезуглероживания и науглероживания.
4. Ударная вязкость
Ударная вязкость – это способность материала сопротивляться ударным нагрузкам. Это важный показатель сопротивления разрушению материалов при динамическом нагружении.
- Значение ударной вязкости (Ak): обычно в джоулях на квадратный сантиметр (Дж/см²) в качестве единицы, указывающей на способность материала поглощать энергию под действием ударной нагрузки. Материал с хорошей ударной вязкостью обладает высокой стойкостью к ударному разрушению и подходит для применений, где необходимо применять ударные нагрузки.
5. Модуль упругости
Модуль упругости — это отношение напряжения к деформации во время фазы упругой деформации материала. Это важный показатель жесткости материала.
- Модуль упругости (Е): обычно выражается в паскалях (Па) или гигапаскалях (ГПа). Для обычных металлических материалов, таких как сталь, модуль упругости обычно составляет 200–210 ГПа. Материалы с высоким модулем упругости обладают также высокой жесткостью и высокой устойчивостью к упругим деформациям.
6. Вязкость разрушения
Вязкость разрушения – это способность материала противостоять распространению трещин, когда он содержит трещины. Это важный показатель устойчивости материала к хрупкому разрушению.
- Вязкость разрушения (KIC): указывает коэффициент интенсивности напряжений материала в условиях плоской деформации, когда трещина начинает расширяться. Материалы с высокой вязкостью разрушения также обладают высокой устойчивостью к хрупкому разрушению и подходят для применений, требующих высоких напряжений или низких температур.
7. Усталостная прочность
Усталостная прочность – это способность материала сопротивляться усталостному повреждению при переменных нагрузках. Это важный показатель длительного-срока службы материала.
- Предел усталости (σ-1): указывает максимальное значение напряжения материала при бесконечном времени воздействия знакопеременной нагрузки без усталостного повреждения. Материалы с высокой усталостной прочностью также имеют длительный срок службы и подходят для случаев, когда им необходимо выдерживать переменные нагрузки.
К показателям механических свойств металлических материалов относятся прочность, пластичность, твердость, ударная вязкость, модуль упругости, вязкость разрушения и усталостная прочность. В совокупности эти показатели определяют применимость и долговечность металлических материалов в различных средах. В практическом применении необходимо выбирать подходящие металлические материалы в соответствии с конкретными требованиями использования, чтобы добиться наилучшего качества продукции и эффекта от использования.
