logo
Уч-Псб-Тр 2-5-Тр-пр

3.1 Металлы и сплавы, их свойства и обозначения

Черные и цветные металлы и сплавы. Это условная классификация сложилась исторически; она является удобной для краткого наименования, например, отрасли промышленности: черная металлургия, цветная металлургия и т. д.

Черные металлы и сплавы – это железо и его сплавы с углеродом: сталь (практически до 1,5 % С), чугун (2,5-4,5 % С), а также ферросплавы.

Сталь - основа современной техники, обобщенное название очень большой группы железоуглеродистых сплавов (стали конструкционные углеродистые и легированные, инструментальные, с особыми свойствами и др.).

Чугун (известный ещё до н.э.) – наиболее распространенный литейный сплав; с XIII – XIV вв. – основной исходный материал для выплавки стали.

Техническое железо – с минимальным содержанием углерода и других примесей – производят в небольших количествах для нужд электротехники и др.

Цветные (нежелезные) металлы и сплавы – все остальные (кроме черных). В настоящее время используется более 65 цветных металлов и очень много цветных сплавов. К ним относятся медь, алюминий, титан, никель, олово, цинк и др.; алюминиевые, титановые, медные, никелевые, и многие другие сплавы.

Черные и цветные металлы обладают многими общими свойствами, такими как высокая плотность, низкое сопротивление и т.п.

ПЛОТНОСТЬ (р), величина, определяемая для однородного вещества его массой в единице объёма (m/V). Единица плотности в СИ - кг/м3. Плотность веществ, как правило, уменьшается с ростом температуры и увеличивается с повышением давления.

ТЕПЛОЁМКОСТЬ -это количество теплоты, поглощаемой телом при нагревании на 1 градус (1°С или 1°К). Теплоемкость единицы массы вещества (г, кг) называется удельной .

ТЕПЛОПРОВОДНОСТЬ, один из видов переноса теплоты от более нагретых частей тела к менее нагретым, приводящий к выравниванию температуры. Перенос энергии осуществляется в результате непосредственной передачи энергии от молекул, обладающих большой энергией, к молекулам с меньшей энергией.

ЭЛЕКТРОПРОВОДНОСТЬ (электрическая проводимость) - способность тела пропускать электрический ток под воздействием напряжения (поля). Намного чаще используют системную величину сопротивления (электрическому току) – как величину обратную проводимости, измеряется в Омах.

ТЕМПЕРАТУРА ПЛАВЛЕНИЯ (Тпя), температура перехода кристаллического (твёрдого) тела в жидкое состояние при постоянном внешнем давлении.

Характеристики прочности и пластичности.

Прочность – способность тела (металла) сопротивляться деформациям и разрушению. Большинство технических характеристик прочности определяют в результате статического испытания на растяжение.

При нагрузке, соответствующей начальной части диаграммы, материал испытывает только упругую деформацию, которая полностью исчезает после снятия нагрузки. До точки «а» эта деформация σ пропорциональна нагрузке или действующему напряжению σ=P/F0, где - приложенная нагрузка; F0- начальная площадь поперечного сечения образца. Прямолинейную зависимость между напряжением и деформацией можно выразить законом Гука: σ= Еε, где ε=(Δl/l0) - относительная деформация; Δl- абсолютное удлинение; l0- начальная длина образца(мм), Е- модуль продольной упругости (модуль Юнга).

В точке «а» упругая деформация переходит в пластическую деформацию, которая не исчезает после снятия нагрузки. Напряжение, при которой этот переход имеет место, называют “предел текучести” и обозначают σа.

Для некоторых мягких металлов характерно наличие площадки текучести.

Большая часть технических металлов и сплавов не имеет площадки текучести. Для них чаще определяют условный предел текучести - напряжение, вызывающее рост длины образца (см. рисунок 3.1): σ0,2=P0,2/F0.

Ψ –поперечное сужение образца.

Рисунок 3.1.- Диаграмма истинных(S) и условных (σ) напряжений.

При дальнейшем нагружении пластическая деформация все больше увеличивается, равномерно распределяясь по всему объему образца. В точке , где нагрузка достигает максимального значения, в наиболее слабом месте образца начинается образование “шейки” – сужения поперечного сечения; деформация сосредотачивается на одном участке. Напряжение в материале в этот момент испытания называют “ предел прочности” и обозначают σе.

Предел прочности соответствует максимальной нагрузке, которую выдерживает образец до разрушения: За точкой С вследствие развития шейки нагрузка уменьшается, в точке k при нагрузке Pk происходит разрушение образца.

Пластичность - способность тела (металла) к пластической деформации, т.е. способность получать остаточное изменение формы и размеров без нарушения сплошности. Это свойство используют при обработке металлов давлением. Характеристиками пластичности являются:

δ - относительное удлинение

Где l0 и lk - начальная и конечная длина образца; lост - абсолютное удлинение образца, определяемое измерением образца после разрыва или по диаграмме растяжения

Твердость материала – это сопротивление проникновению в его поверхность стандартного тела – наконечника (индентора), например шарика, конуса и т.п., не деформирующегося при испытании.

Наибольшее распространение на практике получили методы Бринелля, Роквелла, Виккерса и метод микротвердости.

Твердость по Бринеллю определяют статическим вдавливанием в испытуемую поверхность под нагрузкой Р стального закаленного шарика диаметром . Число твердости по Бринеллю HB определяют отношением нагрузки P к сферической поверхности отпечатка – лунки (шарового сегмента) E диаметром d, т.е.

Диаметр шарика = 10; 5; 2,5 мм выбирают в зависимости от толщины изделия.

Ударная вязкость. Очень часто детали в процессе работы испытывают действие не только плавно возрастающих нагрузок, но одновременно и ударных (динамических) нагрузок. Испытание на удар проводят на специальном маятниковом копре. Образец с надрезом устанавливают на опорах копра, затем наносят удар посередине образца со стороны, противоположной надрезу, падающим с определенной высоты маятником

Работа удара Ан (в Дж или кгс×м), затраченная на разрушение образца, определяется из разности энергии маятника в положении его до и после удара. Ударную вязкость ан (в Дж/м2 или кгс×м/см2), т.е. работу, израсходованную на разрушение образца, отнесенную к площади поперечного сечения образца в месте надреза F (в м2 или см2), определяют по формуле ан = Ан / F.