Теоретичні відомості. До змісту лабораторної роботи входить оволодіння курсантами основних механічних властивостей металів та їх експериментальне визначення

До змісту лабораторної роботи входить оволодіння курсантами основних механічних властивостей металів та їх експериментальне визначення.

Механічні властивості конструкційних матеріалів є їх основною характеристикою і відбивають реакцію матеріалу опиратись впливу на нього зовнішніх механічних навантажень, різних за величиною і характером.

Випробування, у тому числі і механічні, проводяться, для того, щоб встановити певні значення властивостей матеріалів. Залежно від них і вирішується питання про експлуатаційні можливості їх в певних умовах, використання в суднобудуванні або іншій галузі.

Механічні випробування залежно від характеру навантаження (навантаження зростає повільно і плавно; навантаження носить ударний характер; навантаження – циклічне, знакозмінне та ін.), що додається, можуть бути статичними, динамічними, втомними та ін.

При статичних випробуваннях – розтягування, стискання, згинання та ін. визначають поведінку матеріалів при плавно зростаючому навантаженні.

Наприклад, при випробуваннях на розтягування встановлюють міцнісні і пластичні властивості матеріалів.

При динамічних випробуваннях (наприклад, випробування на ударний вигин) виявляють схильність металу до крихкого руйнування, яке оцінюється ударною в'язкістю. Швидкість деформації металу при динамічних випробуваннях значно вища, ніж при статичних.

Тривала дія змінних (циклічних) навантажень може викликати утворення тріщин і руйнування металевих деталей при напрузі нижче межі плинності (текучості).

Поступове накопичення дефектів в металі під впливом циклічних навантажень, що призводять до утворення тріщин і руйнування, називають втомою, а властивості металів чинити опір втомі – витривалістю.

До основних механічних властивостей матеріалів відносять – міцність, пластичність, пруж­ність, твердість, в’язкість, зносостійкість та витривалість.

Міцність – здатність металу опиратись руйнуванню та появі залишкових деформацій внаслідок впливу зовнішніх сил.

Пружністю називають здатність металу поновлювати свою фор­му після завершення впливу сил, що викликали цю зміну форми (деформа­цію).

Пластичність – здатність металу не руйнуватися під впливом зовнішніх сил і зберігати утворену залишкову деформацію. Пластич­ність є властивістю, зворотною пружності.

Твердість – здатність металу перешкоджати проникненню в нього іншого, більш твердого тіла, в наслідок дії зовнішнього навантаження.

В’язкістю називається здатність металу не руйнуватися під впливом ударних навантажень. В’язкість євластивістю, зворотною крихкості.

Зносостійкість – здатність металу не зношуватись у процесі переміщення поверхонь деталей, що притискаються одна до одної з певною силою.

Витривалість – здатність металу не руйнуватись під впливом прикладених до нього знакозмінних навантажень.

Механічним властивостям різних металів відповідають певні їх характеристики. Так, міцність характеризується межею міцності, відповідно пластичність – відносним видовженням та відносним звуженням, витривалість – кількістю прикладених знакозмінних навантажень, зносостійкість – зміною маси або товщини зразка тощо. За цими характеристиками можна судити про рівень опору матеріалу до різних за величиною і характером навантажень, порівнювати матеріали за їх властивостями, вибирати відповідні матеріали згідно умов їх експлуатації.

В процесі впливу на тіло зовнішньої сили, в ньому виникають напруження σ, які залежать від величини цієї прикладеної сили Ρ та площі поперечного перерізу F зразка, тобто:

. (1.1)

Міцність металу характеризується межею міцності σ _в, яка є максимальною напругою, що витримує зразок без руйнування:

, (1.2)

де Ρ_в – максимальна сила при розтягуванні, яку витримує зразок до руйнування, H (кГ); F₀ – площа поперечного перерізу зразка до руйнування, м² (мм ²).

Пластичність матеріалу, як відомо, характеризується відповідно відносними видовженням δ та звуженням ψ.

Відносне видовження зра­зка (рисунок 1.1) показує на скільки відсотків збільшується одиниця його довжини в процесі випробовування:

Рисунок 1.1 - Ескізи зразків до та після випробувань на розтяг

, (1.3)

де l ₀, l₁ – довжина зразка відповідно до та після розриву, м (мм).

Відносне звуження зразка показує, на скільки відсотків зменшилась площа поперечного перерізу зразка в процесі його випробовування:

(1.4)

де F₀ – початкова площа поперечного перерізу зразка, м ² (мм ²);

F₁ – площа зразка у місці розриву після випробування, м ² (мм ²).

У крихких металів відносне видовження δ та відносне звужен­ня ψ близькі до нуля, а у пластичних металів вони досягають десят­ків відсотків.