Specifična čvrstoća metala: tablica. Mehanička svojstva metala

Korištenje metala u svakodnevnom životu počelo je na početku razvoja čovječanstva. Bakar je njihov prvi predstavnik. Dostupan je u prirodi i savršeno obrađen. Kada se često nalaze arheološki iskopi od njezinih kućanskih predmeta i različitih proizvoda. U procesu razvoja, čovjek je naučio kombinirati različite metale, proizvodeći legure veće čvrstoće. Od njih su napravljeni alati, a kasnije su se koristili oružjem. Eksperimenti se nastavljaju u naše vrijeme, stvaraju se legure s specifičnom čvrstoćom metala, pogodne za izgradnju suvremenih struktura.

Vrste opterećenja

Mehanička svojstva metala i legura su ona koja se mogu oduprijeti djelovanju vanjskih sila ili opterećenja na njih. Oni mogu biti vrlo različiti i različiti u njihovom utjecaju:

• statički, koji polako povećava od nule do maksimuma, a zatim ostaje konstantan ili neznatno promijenjen;
• Dinamički - nastaju iz udarca i djeluju kratko.

Vrste deformacije

Deformacija je modifikacija konfiguracije krutog tijela pod utjecajem opterećenja koja se vrše na njega (vanjske sile). Deformacije, nakon čega se materijal vraća u izvornu formu i zadržava svoje izvorne dimenzije, smatra se elastičnim, inače (oblik se promijenio, materijal je produljen) - plastični ili rezidualni. Postoji nekoliko vrsta deformacija:

• Kompresija. Volumen tijela se smanjuje kao rezultat djelovanja tlačnih sila na njemu. Takvu deformaciju doživljavaju temelji kotlova i strojeva.
• Istezanje. Duljina tijela se povećava kada se snage primjenjuju na njegove krajeve, smjer koji se podudara s njegovom osi. Istezanje se podvrgava kablovima, pogonskim remenima.
• Shift ili kriška. U ovom slučaju, sile su usmjerene jedna prema drugoj i, pod određenim uvjetima, rez pojavljuje. Primjer su zakovice i vijci estriha.
• Uvijanje. Par sile, nasuprot usmjerenih, djeluje na tijelo učvršćenim na jednom kraju (osovine motora i alatnih strojeva).
• Savijanje. Promjena zakrivljenosti tijela pod utjecajem vanjskih sila. Ova je radnja tipična za grede, gusjenice, tračnice.

Određivanje čvrstoće metala

Jedan od osnovnih zahtjeva za metal, koji se koristi za proizvodnju metalnih konstrukcija i dijelova, je snaga. Da bi se to odredilo, uzorak metala se uzima i ispruži na ispitnom stroju. Standard postaje razrjeđivač, područje poprečnog presjeka smanjuje istodobno povećanje duljine. U nekom trenutku, uzorak se počinje protezati samo na jednom mjestu, tvoreći "vrat". I nakon nekog vremena, na području najtanja mjesta. Tako se samo viskozni metali ponašaju, lomljivi: čvrsti čelik i lijevano željezo su lagano rastegnuti i ne formiraju vrat.

Opterećenje na uzorku određeno je posebnim uređajem, nazvanim mjeračem sile, koji je montiran u ispitnom stroju. Da bi se izračunala osnovna karakteristika metala, nazvana krajnja čvrstoća materijala, maksimalno opterećenje koje se drži uzorak prije razbijanja podijeli se vrijednost područja poprečnog presjeka prije istezanja. Ova je vrijednost potrebna za dizajnera kako bi se odredile dimenzije proizvedenog dijela, a tehnolog mora dodijeliti režim prerade.

Najsporniji metali na svijetu

Sljedeći metali mogu se klasificirati kao metali visoke čvrstoće:

• Titan. Ima sljedeća svojstva:

• visoka specifična čvrstoća;
• otpornost na visoke temperature;
• niska gustoća;
• otpornost na koroziju;
• mehanička i kemijska izdržljivost.

Titan nalazi primjenu u medicini, vojnoj industriji, brodogradnji, zrakoplovstvu.

• Uran. Najpoznatiji i najjači metal na svijetu slabi radioaktivni materijal. To se događa prirodno u čistom obliku i u spojevima. To se odnosi na teške metali, fleksibilni, pocrveni i relativno nodularan. Naširoko koristi u proizvodnim područjima.
• Wolfram. Izračun čvrstoće metala pokazuje da je to najodrživi i vatrostalni metal koji se ne dopušta kemijskim napadima. Dobro je krivotvorena, može se izvaditi u tanku nit. Koristi se za vlakna.
• Renij. Vatrostalni, ima visoku gustoću i tvrdoću. Vrlo izdržljiva, ne podložna promjenama temperature. Pronalazi primjenu u elektronici i inženjeringu.
• Osmij. Čvrsta metala, vatrostalna, otporna na mehanička oštećenja i agresivna okruženja. Primijenjena u medicini, koja se koristi za raketnu tehnologiju, elektroničku opremu.
• Iridium. U prirodi, u slobodnom obliku je rijetka, češće - u spojevima s osmijem. Mehanička obrada se slabi, ima veliku otpornost na kemikalije i snagu. Slitine s metalima: titan, krom, volfram, koriste se za izradu nakita.
• Berilij. Vrlo otrovni metal s relativnom gustoćom, s svijetlosivom bojom. Nalazi se u metalurškoj metalurškoj industriji, nuklearnoj elektrotehnici, laserskom i zrakoplovnom inženjeringu. Ima visoku tvrdoću i koristi se za legure legura.
• Chrome. Vrlo tvrdi metal s velikom čvrstoćom, bijelom i plavom, otporan na lužine i kiseline. Snaga metala i legura omogućuje im da se koriste za izradu medicinske i kemijske opreme, kao i za alate za rezanje metala.

• Tantal. Metal je srebrnast, ima veliku tvrdoću, čvrstoću, ima visoku vatrenu otpornost i otpornost na koroziju, je plastična, lako obrađena. Pronalazi primjenu u razvoju nuklearnih reaktora, metalurgije i kemijske industrije.
• Rutenij. Pripada metala platinske grupe. Ima visoku čvrstoću, tvrdoću, vatrenu otpornost, kemijsku otpornost. To čini kontakte, elektrode, oštre točke.

Kako odrediti svojstva metala?

Za ispitivanje metala za čvrstoću koriste se kemijske, fizičke i tehnološke metode. Tvrdoća određuje kako se materijali odupiru materijalima. Otporan metal ima veliku snagu i sastavni dio, manje istrošen. Da biste utvrdili tvrdoću, pritisnite metalnu kuglu, dijamantni konus ili piramidu. Vrijednost tvrdoće određena je promjerom otiska ili dubinom uvlačenja objekta. Jači metal je manje deformiran, a dubina ispisa će biti manja.

No, ispitni uzorci vlačne tkanine testirani su na strojevima za zatezanje, a opterećenje se postupno povećava istezanjem. Standard može imati krug ili kvadrat u odjeljku. Za ispitivanje metala da se odupre naprezanjima tipa udarca provode se ispitivanja udara. U sredini posebno proizvedenog uzorka, napravljen je rez i stavljen nasuprot uređaja za udar. Uništavanje mora postojati gdje postoji slaba točka. Prilikom ispitivanja metala za čvrstoću, struktura materijala se ispituje pomoću X-zraka, ultrazvuka i snažnih mikroskopa, a također se koristi i kemijsko jetkanje.

Najjednostavniji tipovi testova za lom, plastičnost, kovanje i zavarivanje su među tehnološkim. Ispitivanje ekstrudiranjem omogućava određivanje je li materijal za folije sposoban za hladno oblikovanje. Korištenje kugle u metalu istisnite rupicu dok se ne pojavi prva pukotina. Dubina jame prije pojave prijeloma karakterizira plastičnost materijala. Ispitivanje savijanjem omogućuje određivanje sposobnosti materijala lima da se dobije željeni oblik. Ovaj se test koristi za procjenu kvalitete zavarenih spojeva. Da bi se procijenila kvaliteta žice, koristi se ispitivanje savijanja. Cijevi se ispituju za ravnanje i savijanje.

Mehanička svojstva metala i legura

Mehanička svojstva metalnih materijala uključuju sljedeće:

1. Snaga. Sastoji se od sposobnosti materijala da se odupre uništenju pod utjecajem sila izvana. Vrsta snage ovisi o tome kako djeluju vanjske sile. Podijeljen je na: kompresiju, istezanje, torziju, savijanje, puzanje, umor.
2. Plastičnost. To je sposobnost metala i njihovih legura pod utjecajem opterećenja da mijenjaju oblik, bez propašaja i zadržavaju ga nakon završetka utjecaja. Plastičnost materijala od metala određuje se kada je istegnuta. Što je duže vrijeme produljenja, uz istodobno smanjenje poprečnog presjeka, metal je lakše duktilni. Materijali s dobrom plastičnost savršeno se obrađuju tlakom: kovanje, prešanje. Plastičnost je obilježena dvjema vrijednostima: relativnom suženjem i produljenjem.
3. Tvrdoća. Ova kvaliteta metala sastoji se u sposobnosti da se odupre penetraciji u njega stranog tijela koje ima značajniju tvrdoću i da ne prima ostatke deformacije. Otpornost na habanje i čvrstoća su glavna svojstva metala i legura, koji su usko povezani s tvrdoćom. Materijali s takvim svojstvima nalaze primjenu u proizvodnji alata za obradu metala: sjekutići, dosjei, bušilice, slavine. Često tvrdoća materijala određuje trajnost. Tako tvrdi čelici troše manje tijekom rada od mekih ocjena.
4. Snaga utjecaja. Posebnost legura i metala je da se odupre utjecaju opterećenja u pratnji udarca. Ovo je jedna od važnih značajki materijala od kojeg su izrađeni dijelovi podvrgnuti udarnom opterećenju, tijekom rada stroja: osovine kotača, radilice.
5. Umor. To je stanje metala, koje je pod konstantnim utjecajem opterećenja. Umor metalnog materijala je postupan i može rezultirati uništenjem proizvoda. Sposobnost metala da se odupre uništavanju od umora zove se izdržljivost. Ova svojstva ovise o prirodi legure ili metala, stanju površine, prirodi tretmana, radnim uvjetima.

Klase snage i njihove oznake

Normativni dokumenti o mehaničkim svojstvima pričvršćivača uveli su pojam klase čvrstoće metala i uspostavili sustav označavanja. Svaka klasa čvrstoće označena je s dvije znamenke, između kojih se postavlja točka. Prvi broj znači čvrstoću rastezanja za faktor 100. Na primjer, Klasa čvrstoće 5.6 znači da će krajnja snaga biti 500. Drugi broj je povećan za 10 puta - taj omjer točka prinosa do vremena otpornosti izraženo u postocima (500x0.6 = 300), tj. 30% je minimalna snaga prinosa od vlačne čvrstoće. Svi proizvodi koji se koriste za pričvršćivanje razvrstavaju se u svrhu primjene, oblika, upotrijebljenog materijala, razreda čvrstoće i premaza. U svrhu uporabe, oni mogu biti:

• Reverzibilna. Koriste se za poljoprivredne strojeve.
• Namještaj. Koriste se u gradnji i proizvodnji namještaja.
• Cestovni. Popravljaju metalne konstrukcije.
• Strojogradnja. Primijenjena u industriji strojogradnje i izradi instrumenta.

Mehanička svojstva pričvršćenja ovise o čeliku iz kojeg su izrađeni i kvaliteti prerade.

Specifična čvrstoća

Specifična čvrstoća materijala (formula niže) karakterizira omjer krajnje čvrstoće i gustoće metala. Ova vrijednost pokazuje jačinu strukture za određenu masu. To je od najveće važnosti za industrijske grane kao što su izgradnja zrakoplova, raketna i svemirska proizvodnja.

Snaga legura od titana je najviše izdržljiva od svih tehničkih materijala koji se koriste. Titanske legure su dvostruko veća od specifične čvrstoće metala povezanih s legiranim čelicima. Ne mogu se korodirati u zraku, u kiselim i alkalnim uvjetima, ne boje se morske vode i imaju dobru otpornost na toplinu. Na visokim temperaturama, njihova čvrstoća je viša nego kod legura s magnezijem i aluminijem. Zbog tih svojstava, njihova uporaba, kao strukturni materijal, stalno se povećava i široko se koristi u inženjeringu. Nedostatak legura titana je njihova niska obradivost rezanjem. To je zbog fizikalnih i kemijskih svojstava materijala i posebne strukture legura. Tablica iznad pokazuje specifičnu čvrstoću metala.

Upotreba duktilnosti i čvrstoće metala

Vrlo važna svojstva metala su plastičnost i snaga. Ove svojstva izravno ovise jedna o drugoj. Oni ne dopuštaju metalu da mijenja oblik i spriječi makroskopsko uništenje kad vanjska i unutarnja sila djeluju na njemu.

Metali, koji imaju visoku plastičnost, pod utjecajem opterećenja postupno se uništavaju. U početku, imaju zavoj i tek onda počinje postupno raspadati. Plastični metali lako mijenjaju oblik, tako da su naširoko koristi za proizvodnju karoserija. Snaga i plastičnost metala ovise o tome kako se usmjeravaju sile na koje se vrši i u kojem je smjeru valjanje izvršeno u proizvodnji materijala. Utvrđeno je da tijekom valjanja metalni kristali izdužuju u svom smjeru više nego u poprečnom smjeru. Čelični list ima snagu i duktilnost mnogo veću u smjeru valjanja. U poprečnom smjeru snaga se smanjuje za 30%, a duktilnost za 50%, debljina listova, te brojke su još niže. Na primjer, pojava lomljenja na čeličnoj ploči tijekom zavarivanja može se objasniti paralelnošću osi šava i smjerom valjanja. Prema plastičnosti i čvrstoći materijala, moguće je koristiti za izradu različitih dijelova strojeva, konstrukcija, alata, instrumenata.

Standardna i otpornost na metal

Jedan od glavnih parametara koji karakterizira otpornost metala na učinke sile je normativni otpor. Utvrđuje se prema standardima dizajna. Otpornost na dizajn dobiva se kao rezultat razdiobe normativa odgovarajućim faktorom pouzdanosti za ovaj materijal. U nekim slučajevima uzima se u obzir i koeficijent radnih uvjeta struktura. U izračunima od praktičnog značaja, uglavnom se koristi otpornost metalne konstrukcije.

Načine povećanja čvrstoće metala

Postoji nekoliko načina za povećanje čvrstoće metala i legura:

• Stvaranje legura i metala koji imaju strukturu bez kvarova. Postoji razvoj u proizvodnji brkova (brkovi) nekoliko desetak puta veći od snage običnih metala.
• Dobivanje rasutog i površinskog otvrdnjavanja umjetnim sredstvima. Kada se metal obradi tlakom (krivotvorenje, crtanje, valjanje, pritiskanje), nastaje tvrdo otvrdnjavanje, a pucanje i pucanje daju površinsko otvrdnjavanje.
• Napravite dopiran metal pomoću elemenata iz periodičnog stola.
• Pročišćavanje metala, od nečistoća u njemu. Kao rezultat toga, poboljšana su mehanička svojstva, širenje pukotina znatno je smanjeno.
• Uklanjanje hrapavosti površine.

Zanimljive činjenice

• Legure titana, udio aluminija prelazi približno 70% jače nego njihovi 4 puta, dakle, specifična snaga legure koje sadrže titan je korisno koristiti za zrakoplove.
• Mnoge aluminijske legure nadilaze specifičnu čvrstoću čelika koji sadrže ugljik. Aluminijske legure imaju visoku plastičnost, otpornost na koroziju, savršeno se obrađuju pritiskom i rezanjem.
• Plastika ima veću čvrstoću od metala. Ali zbog nedovoljne krutosti, mehanička čvrstoća, starenje, povećana krhkost i niska toplinska otpornost su ograničeni u primjeni laminati, textolite i getinaxes, osobito u velikim strukturama.
• Utvrđeno je da su u smislu izdržljivosti na koroziju i specifičnu čvrstoću metali crni, obojeni i mnoge njihove legure slabije od stakloplastike.

Mehanička svojstva metala najvažniji su čimbenik njihove uporabe u praktičnim potrebama. Prilikom izrade strukture, dijela ili stroja i odabira materijala nužno je uzeti u obzir sva mehanička svojstva koja posjeduje.