Специфична якост на металите: таблица. Механични свойства на металите

Използването на метали в ежедневието започва в началото на развитието на човечеството. Мед е първият им представител. Той е на разположение в природата и е напълно обработен. Когато често се откриват археологически разкопки, направени от нейните битови предмети и различни продукти. В процеса на развитие, човек се научи да комбинира различни метали, произвеждащи сплави с по-голяма сила. От тях са направени инструменти и по-късно се използват за оръжие. Експериментите продължават в наше време, създават се сплави със специфична якост на металите, подходящи за изграждане на модерни структури.

Видове товари

Механичните свойства на металите и сплавите са тези, които могат да устоят на въздействието на външни сили или натоварвания върху тях. Те могат да бъдат много разнообразни и различни по отношение на тяхното въздействие:

• статични, които бавно се увеличават от нула до максимум и след това остават постоянни или леко се променят;
• Динамично - възникват от удара и действат на кратък интервал.

Видове деформации

Деформацията е модификация на конфигурацията на твърдо тяло под въздействието на натоварванията, упражнявани върху него (външни сили). Деформациите, след които материалът се връща в оригиналната си форма и запазва оригиналните си размери, се считат за еластични, в противен случай (формата се е променила, материалът е удължен) - пластмасовите или остатъчните. Има няколко вида деформации:

• Компресия. Обемът на тялото намалява в резултат на действието на компресивните сили върху него. Такава деформация изпитват основите на котлите и машините.
• Стречинг. Дължината на тялото се увеличава, когато силите са приложени към краищата му, посоката на която съвпада с неговата ос. Протягането се подлага на кабели, задвижващи ремъци.
• Shift или парче. В този случай силите са насочени един към друг и при определени условия се получава нарязване. Пример за това са нивите и болтовете на замазката.
• Torsion. Двойка сили, насочени срещуположно, действат върху тялото, фиксирани от единия край (шахти на двигатели и машинни инструменти).
• Огъване. Промяна в изкривяването на тялото под въздействието на външни сили. Това действие е характерно за греди, стрели, кранове, релси.

Определяне на якостта на метала

Едно от основните изисквания за метала, използвано за производството на метални конструкции и части, е силата. За да се определи, се взема проба от метал и се разтегля върху тестовата машина. Стандартът става по-тънък, площта на напречното сечение намалява с едновременно увеличаване на дължината му. В един момент пробата започва да се простира само на едно място, образувайки "врата". И след известно време има пробив в областта на най-тънкото място. Така че само вискозни метали се държат, крехки: твърдата стомана и чугунът леко се опъват и не образуват врата.

Натоварването на пробата се определя от специално устройство, наречено силометър, което се монтира в тестова машина. За да се изчисли основната характеристика на метала, наречена крайната якост на материала, максималното натоварване, което се държи от пробата преди разрушаване, се дели на стойността на площта на напречното сечение преди разтягане. Тази стойност е необходима на дизайнера, за да се определят размерите на произведената част, а технологът трябва да определи режимите на обработка.

Най-издръжливите метали в света

Следните метали могат да се класифицират като метали с висока якост:

• Titanium. Той има следните свойства:

• висока специфична якост;
• устойчивост на високи температури;
• ниска плътност;
• устойчивост на корозия;
• механична и химическа издръжливост.

Титан намира приложение в медицината, военната промишленост, корабостроенето, авиацията.

• Уран. Най-известният и силен метал в света е слаб радиоактивен материал. Той се среща естествено в чиста форма и в съединения. Това се отнася за тежки метали, гъвкави, ковък и относително гъвкав. Широко използвани в производствените райони.
• Wolfram. Изчисляването на якостта на метала показва, че това е най-трайният и огнеупорен метал, който не се поддава на химически атаки. Тя е добре подправена, може да бъде изтеглена в тънка нишка. Използва се за нажежаема жичка.
• Рений. Огнеупорни, с висока плътност и твърдост. Много издръжлив, не се подлага на температурни промени. Той намира приложение в електрониката и инженерството.
• Осмий. Твърди метали, огнеупорни, устойчиви на механични повреди и агресивни среди. Прилага се в медицината, използвана за ракетни технологии, електронно оборудване.
• Iridium. В природата, в свободна форма е рядко, по-често - в съединения с осмий. Механичната обработка се придава слабо, има висока устойчивост на химикали и сила. Сплави с метал: титан, хром, волфрам, се използват за производство на бижута.
• Берилий. Силно токсичен метал с относителна плътност, имащ светло сив цвят. Той намира приложение в областта на металургията, ядрената енергетика, лазерното и космическото инженерство. Има висока твърдост и се използва за легиране на сплави.
• Chrome. Много твърд метал с висока якост, бял и син, устойчив на алкали и киселини. Якостта на метала и сплавите му позволява да се използва за производството на медицинско и химическо оборудване, както и за металорежещи инструменти.

• Тантал. Металът е сребрист, има висока твърдост, здравина, има висока рефрактерност и устойчивост на корозия, е пластмаса, лесно се обработва. Той намира приложение в разработването на ядрени реактори, в металургията и в химическата промишленост.
• Рутений. Принадлежи към металите на платиновата група. Има висока якост, твърдост, рефрактерност, химическа устойчивост. Той прави контакти, електроди, остри точки.

Как да определите свойствата на металите?

За изпитване на метали се използват сили, химични, физични и технологични методи. Твърдостта определя как материалите устояват на материалите. Устойчивият метал има голяма здравина, а части от него, по-малко износени. За да определите твърдостта, натиснете топчето, диамантен конус или пирамида в метала. Стойността на твърдостта се определя от диаметъра на отпечатването или от дълбочината на вдлъбнатината на обекта. По-силният метал е по-малко деформиран и дълбочината на отпечатването ще бъде по-малка.

Изпитванията на опън се тестват върху машини с опъване, като постепенно се увеличава натоварването с опъване. Стандартът може да има кръг или квадрат в секция. За да се провери дали металът е устойчив на натоварването от типа на удара, се извършват изпитвания на удар. В средата на специално произведена проба се прави разрез и се поставя срещу удара. Унищожаването трябва да се случи, когато има слаба точка. При изпитване на метали за якост, структурата на материала се изследва чрез рентгенови лъчи, ултразвук и мощни микроскопи и се използва химическо офорт.

Най-простият тип тестове за фрактура, пластичност, коване и заваряване са сред технологичните. Тестът за екструзия дава възможност да се определи дали листовият материал може да бъде оформен в студено състояние. Използвайки топка в метала, изтласквайте дупката, докато се появи първата пукнатина. Дълбочината на ямата преди появата на фрактура ще характеризира пластиката на материала. Изпитването за огъване позволява да се определи способността на листовия материал да вземе желаната форма. Това изпитване се използва за оценка на качеството на заваръчните шевове. За да се оцени качеството на жицата, се използва тест за огъване. Тръбите се изпитват за сплескване и огъване.

Механични свойства на металите и сплавите

Механичните свойства на металните материали включват следното:

1. Сила. Състои се в способността на материала да се съпротивлява на разрушаването под въздействието на външните сили. Видът на силата зависи от това как действат външните сили. Тя е разделена на: компресия, опъване, усукване, огъване, пълзене, умора.
2. Пластичност. Това е способността на металите и техните сплави под влиянието на товара да променят формата си, без да се разрушават, и да го задържат след края на удара. Пластичността на материала от метала се определя, когато се опъне. Колкото по-дълго става удължаването, при едновременно намаляване на напречното сечение, толкова по-гъст е металът. Материали с добра пластичност са перфектно обработени чрез натиск: коване, пресоване. Пластичността се характеризира с две стойности: относително свиване и удължаване.
3. Твърдост. Това качество на метала се състои в способността му да устоява на проникването в него на чуждо тяло, което има по-голяма твърдост и не получава остатъчни деформации. Износоустойчивостта и здравината са основните характеристики на металите и сплавите, които са тясно свързани с твърдостта. Материали с такива свойства намират приложение за производство на инструменти, използвани за обработка на метали: резачки, пили, бормашини, кранове. Често твърдостта на материала определя неговата издръжливост. Твърдите стомани носят по-малко по време на работа, отколкото по-меките.
4. Ударна сила. Особеността на сплавите и металите е да се противопоставят на влиянието на товарите, придружени от удар. Това е една от важните характеристики на материала, от който части, подложени на шоково натоварване, се правят по време на работата на машината: оси на колелата, колянови валове.
5. Умората. Това е състоянието на метала, който е под постоянното влияние на товарите. Умората на металния материал е постепенна и може да доведе до унищожаване на продукта. Способността на металите да устоят на унищожаване от умора се нарича издръжливост. Това свойство зависи от естеството на сплавта или метала, състоянието на повърхността, естеството на обработката, условията на работа.

Класове на якост и наименованията им

Нормативните документи за механичните свойства на скрепителните елементи въвеждат концепцията за класа на якост на метала и установяват системата за обозначаване. Всеки клас на якост е обозначен с две цифри, между които е поставена точка. Първото число означава якост на опън, намалена с коефициент 100. Например, Клас на якост 5.6 означава, че крайната сила ще бъде 500. Второто число се увеличава с 10 пъти - това съотношение доходност до съпротивлението на времето, изразено в проценти (500x0.6 = 300), т.е. 30% е минималната якост на провлачване от якостта на опън. Всички продукти, използвани за закрепване, се класифицират според целта на заявлението, формата, използвания материал, класа на якост и покритието. За целите на употреба те могат да бъдат:

• Обратими. Използват се за селскостопански машини.
• Мебели. Те се използват в строителството и производството на мебели.
• Road. Те закрепват метални конструкции.
• Машиностроене. Прилага се в машиностроенето и производството на инструменти.

Механичните свойства на скрепителните елементи зависят от стоманата, от която са направени, и от качеството на обработка.

Специфична якост

Специфичната якост на материала (формулата по-долу) се характеризира със съотношението на крайната якост към плътността на метала. Тази стойност показва силата на структурата за дадена маса. Тя е от най-голямо значение за такива отрасли като производство на въздухоплавателни средства, ракета и космически кораби.

Силата на сплавите от титан е най-трайният от всички използвани технически материали. Титанови сплави са два пъти по-голяма от специфичната сила на металите, свързани с легирани стомани. Те не могат да бъдат корозирали във въздуха, в киселинна и алкална среда, те не се страхуват от морска вода и имат добра топлоустойчивост. При високи температури тяхната якост е по-висока, отколкото при сплавите с магнезий и алуминий. Благодарение на тези свойства тяхното използване като структурен материал непрекъснато се увеличава и се използва широко в инженеринга. Недостатъкът на титановите сплави е тяхната ниска обработваемост чрез рязане. Това се дължи на физичните и химичните свойства на материала и специалната структура на сплавите. Таблицата по-горе показва специфичната якост на металите.

Използване на еластичност и якост на металите

Много важни свойства на метала са пластичността и здравината. Тези свойства са пряко зависими един от друг. Те не позволяват на метала да промени формата си и да предотврати макроскопичното разрушаване, когато външните и вътрешните сили действат върху него.

Металите, които имат висока пластичност, под влияние на товара, постепенно се разрушават. В началото те имат завой и едва тогава започва да се разпада постепенно. Пластмасовите метали лесно променят формата си, така че те са широко използвани за производството на автомобилни тела. Силата и пластичността на металите зависи от това как са насочени силите към тях и в каква посока се извършва валцоването при производството на материала. Установено е, че по време на валцоването металните кристали се удължават по посока повече отколкото в напречната посока. Листната стомана има много по-голяма якост и пластичност в посоката на валцоване. В напречната посока силата намалява с 30%, а деформалността - с 50%, дебелината на листа, тези цифри са дори по-ниски. Например, появата на счупване върху стоманен лист по време на заваряването може да се обясни с пропорционалността на оста на шева и посоката на валцоване. Според пластиката и здравината на материала е възможно да се използва за производството на различни части от машини, структури, инструменти, инструменти.

Стандартно и конструктивно съпротивление на метала

Един от основните параметри, характеризиращи устойчивостта на металите на въздействието на силата, е нормативната съпротива. Тя е създадена по стандартите за дизайн. Проектното съпротивление се получава като резултат от разделянето на нормативната уредба на съответния коефициент на надеждност за този материал. В някои случаи се взема предвид и коефициентът на експлоатационните условия на конструкциите. При изчисленията от практическо значение се използва основно конструктивната устойчивост на метала.

Начини за увеличаване на якостта на метала

Има няколко начина за увеличаване на якостта на металите и сплавите:

• Създаване на сплави и метали, които имат структура без дефекти. Има разработки в производството на мустаци (мустаци) няколко пъти повече от силата на обикновените метали.
• Получаване на насипно състояние и повърхностно втвърдяване с изкуствени средства. Когато металът се обработва чрез натиск (коване, изтегляне, валцоване, пресоване), се формира твърдо работно втвърдяване, и ритуването и изстрелването дава повърхностно втвърдяване.
• Създайте легиран метал с елементи от периодичната таблица.
• Пречистване на метала от примесите, присъстващи в него. В резултат на това неговите механични свойства са подобрени, разпространението на пукнатини е значително намалено.
• Елиминиране на грапавостта на повърхността.

Интересни факти

• Сплави на титан, делът на алуминий надвишава приблизително 70% по-силни, отколкото техните 4 пъти, следователно, специфична якост сплави, съдържащи титан е изгодно да се използва за самолета.
• Много от алуминиевите сплави надвишават специфичната якост на стоманите, съдържащи въглерод. Сплавите от алуминий имат висока пластичност, устойчивост на корозия, са перфектно обработени чрез натиск и рязане.
• Пластмасите имат по-голяма якост от металите. Но поради недостатъчната твърдост, механичната якост, стареене, повишена крехкост и ниска топлоустойчивост са ограничени при приложение ламинати, текколити и гранули, особено в големи структури.
• Установено е, че от гледна точка на издръжливост на корозия и специфична сила, металите черни, цветни и много от техните сплави са по-ниски от фибростъкло.

Механичните свойства на металите са най-важният фактор за тяхното използване при практически нужди. При проектирането на конструкция, част или машина и подбор на материала трябва непременно да се вземат предвид всички механични свойства, които притежава.