Физические основы прочности, пластичности и разрушения

механические свойства
материалов.
МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ
КАФЕДРА МЕТАЛЛОВЕДЕНИЯ
Гервасьев М.А., Худорожкова Ю.В.
Свойства материалов

Свойство - это количественная или
качественная характеристика материала,
определяющая его общность или различие с
другими материалами.
 Выделяют три основные группы свойств:
эксплуатационные, технологические и
стоимостные, которые лежат в основе выбора
материала, определяют техническую и
экономическую целесообразность его
применения. Первостепенное значение имеют
эксплуатационные свойства.
Свойства материалов


Эксплуатационными называют свойства
материала, которые определяют работоспособность
деталей машин, приборов или инструментов, их
силовые, скоростные, стойкостные и другие
техникоэксплуатационные показатели.
Работоспособность подавляющего большинства
деталей машин и изделий обеспечивает уровень
механических свойств. Механические свойства
характеризуют поведение материала под действием
внешней нагрузки. Так как условия нагружения
деталей машин чрезвычайно разнообразны, то
механические свойства включают большую группу
показателей.
Свойства материалов

Среди технологических свойств главное место
занимает технологичность материала - его
пригодность для изготовления деталей машин,
приборов и инструментов требуемого качества при
минимальных трудовых затратах. Она оценивается
обрабатываемостью резанием, давлением,
свариваемостью, способностью к литью, а также
прокаливаемостью, склонностью к деформации и
короблению при термической обработке.
Технологичность материала имеет важное значение,
так как от нее зависят производительность и
качество изготовления деталей.
Свойства материалов

К последней группе основных свойств
относится стоимость материала,
которая оценивает экономичность его
использования. Ее количественным
показателем является оптовая цена стоимость единицы массы материала в
виде заготовок, проката, слитков,
порошка, по которой заводизготовитель реализует свою
продукцию машиностроительным
предприятиям.
Механические свойства материалов

Механические свойства характеризуют
сопротивление материала деформации, разрушению
или особенность его поведения в процессе разрушения. Эта группа свойств включает показатели
прочности, жесткости (упругости), пластичности,
твердости и вязкости. Основную группу таких
показателей оставляют стандартные характеристики
механических свойств, которые определяют в
лабораторных условиях на образцах стандартных
размеров. Полученные при таких испытаниях
показатели механических свойств оценивают
поведение материалов под внешней нагрузкой без
учета конструкции детали и условий их эксплуатации.
Механические свойства
определяемые при статических
нагрузках

Статические испытания предусматривают
медленное и плавное нарастание нагрузки,
прилагаемой к испытываемому образцу. По
способу приложения нагрузок различают
статические испытания на растяжение,
сжатие, изгиб, кручение, сдвиг или срез.
Наиболее распространены испытания на
растяжение (ГОСТ 1497 - 84), которые дают
возможность определить несколько важных
показателей механических свойств.
Механические свойства материалов
Испытания на растяжение
Механические свойства материалов
Испытания на растяжение
Механические свойства материалов
Испытания на растяжение
Испытания на изгиб

При испытании на изгиб в образце
возникают как растягивающие, так и
сжимающие напряжения. По этой
причине изгиб - более мягкий способ
нагружения, чем растяжение. На изгиб
испытывают малопластичные
материалы: чугуны, инструментальные
стали, стали после поверхностного
упрочнения, керамику.
Механические свойства материалов
Испытания на ударный изгиб
Механические свойства
материалов
Испытания на твердость
Твердость
–
способность
материала
сопротивляться
внедрению
в
его
поверхность твердого тела - индентора
1.
2.
3.
4.
Твердость по Бринеллю
Твердость по Виккерсу
Твердость по Роквеллу
Микротвердость
Испытания на твердость

Под твердостью понимается способность
материала сопротивляться внедрению в его
поверхность твердого тела - индентора. В
качестве индентора используют закаленный
стальной шарик или алмазный наконечник в
виде конуса или пирамиды. При вдавливании
поверхностные слои материала испытывают
значительную пластическую деформацию.
После снятия нагрузки на поверхности
остается отпечаток.
Испытания на твердость

Особенность происходящей пластической
деформации состоит в том, что она протекает
в небольшом объеме и вызвана действием
значительных касательных напряжений, так
как вблизи наконечника возникает сложное
напряженное состояние, близкое к
всестороннему сжатию. По этой причине
пластическую деформацию испытывают не
только пластичные, но хрупкие материалы:
Таким образом, твердость характеризует
сопротивление материала пластической
деформации
Твердость по Брuнеллю

При этом стандартном (ГОСТ 9012 - 59)
методе измерения твердости в поверхность
образца вдавливают закаленный стальной
шарик диаметром 10; 5 или 2,5 мм при
действии нагрузки от 5кН до 3 кН. После
снятия нагрузки на поверхности образуется
отпечаток в виде сферической лунки
диаметром d. Диаметр лунки измеряют лупой,
на окуляре которой нанесена шкала с
делениями. Число твердости по Бринеллю НВ
определяют путем деления нагрузки Р на
площадь поверхности сферического
отпечатка
Механические свойства материалов
Испытания на твердость по Бринеллю
Твердость по Роквеллу

Этот метод измерения твердости (ГОСТ 9013 - 59)
наиболее универсален и наименее трудоемок. Здесь
не нужно измерять размеры отпечатка, так как число
твердости отсчитывают непосредственно по шкале
твердомера. Число твердости зависит от глубины
вдавливания наконечника, в качестве которого
используют алмазный конус с углом при вершине
1200 или стальной шарик диаметром 1,588 мм.
Нагрузку выбирают в зависимости от материала
наконечника. Для различных комбинаций нагрузок и
наконечников прибор Роквелла имеет три
измерительных шкалы: А, В, С. Твердость по
Роквеллу обозначают цифрами, определяющими
уровень твердости, и буквами HR с указанием шкалы
твердости, например: 70 HRA, 58 HRC, 50 HRB.
Твердость по Роквеллу

Шкала А (наконечник - алмазный конус,
общая нагрузка 600 Н). Эту шкалу применяют
для особо твердых материалов, для тонких
листовых материалов или тонких (0,5 - 1,0
мм) слоев. Измеренную твердость
обозначают HRA. Пределы измерения
твердости по этой шкале 70 - 85.
 Шкала В (наконечник - стальной шарик,
общая нагрузка 1000 Н). По этой шкале
определяют твердость сравнительно мягких
материалов (< 400 НВ). Пределы измерения
твердости по шкале В 25 - 100.
Механические свойства материалов
Испытания на твердость по Роквеллу