Основные механические свойства металлических материалов

Свойства металлических материалов, как правило, делятся на две категории: технологические характеристики и эксплуатационные характеристики. Так называемые технологические характеристики относятся к характеристикам металлических материалов в заданных условиях холодной и горячей обработки в процессе изготовления механических деталей. Качество технологических характеристик металлических материалов определяет их приспособляемость к обработке и формовке в процессе изготовления. Из-за различных условий обработки требуемые технологические свойства также различаются, например, литейные характеристики, свариваемость, ковкость, характеристики термообработки, обрабатываемость при резке и т. д. Так называемые эксплуатационные характеристики относятся к характеристикам металлических материалов в условиях эксплуатации механических деталей и включают механические свойства, физические свойства, химические свойства и т. д. Эксплуатационные характеристики металлических материалов определяют диапазон их применения и срок службы.

В машиностроении механические детали используются в условиях нормальной температуры, нормального давления и неагрессивных сред, и в процессе эксплуатации каждая деталь подвергается различным нагрузкам. Способность металлических материалов сопротивляться повреждениям под нагрузкой называется механическими свойствами. Механические свойства металлических материалов являются основной основой для проектирования и выбора материалов деталей. В зависимости от характера приложенной нагрузки (например, растяжение, сжатие, кручение, удар, циклическая нагрузка и т. д.) требуемые механические свойства металлических материалов также будут различаться. К обычно используемым механическим свойствам относятся: прочность, пластичность, твердость, ударная вязкость, сопротивление многократным ударам и предел усталости. Каждое механическое свойство рассматривается отдельно ниже.

1. Сила

Прочность — это способность металлического материала сопротивляться повреждениям (чрезмерной пластической деформации или разрушению) под статической нагрузкой. Поскольку нагрузка действует в виде растяжения, сжатия, изгиба, сдвига и т. д., прочность также подразделяется на прочность на растяжение, прочность на сжатие, прочность на изгиб, прочность на сдвиг и т. д. Между различными показателями прочности часто существует определенная взаимосвязь. В практике прочность на растяжение обычно используется как наиболее базовый показатель прочности.

2. Пластичность

Пластичность — это способность металлического материала подвергаться пластической деформации (постоянной деформации) без разрушения под нагрузкой.

3. Твердость

Твердость — это показатель твердости или мягкости металлического материала. В настоящее время наиболее распространенным методом измерения твердости в производстве является метод индентации, при котором индентор определенной геометрической формы вдавливается в поверхность исследуемого металлического материала под определенной нагрузкой, а значение твердости измеряется на основе степени вдавливания.
К наиболее часто используемым методам относятся твердость по Бринеллю (HB), твердость по Роквеллу (HRA, HRB, HRC) и твердость по Виккерсу (HV).

4. Усталость

Прочность, пластичность и твердость, обсуждавшиеся ранее, — это механические характеристики металла под статической нагрузкой. В действительности, многие детали машин работают в условиях циклической нагрузки, и в таких условиях в деталях неизбежно возникает усталость.

5. Ударопрочность

Нагрузка, действующая на деталь машины с очень высокой скоростью, называется ударной нагрузкой, а способность металла сопротивляться повреждениям под действием ударной нагрузки называется ударной вязкостью.