WŁASNOŚCI FIZYCZNE,

WYTRZYMAŁOŚCIOWE I

TECHNOLOGICZNE

METALI I ICH STOPÓW

Własności mechaniczne metali

Własności mechaniczne stanowią zespół

cech określających odporność metali na

działanie na nie sił zewnętrznych.

Dla celów technicznych wykonuje się różne

próby, określone normami, które

umożliwiają sprawdzenie, czy badany

materiał odpowiada ustalonym warunkom.

Najczęściej bada się: wytrzymałość na

rozciąganie, wytrzymałość na ściskanie,

wytrzymałość na pełzanie, wytrzymałość

zmęczeniową, twardość i udarność.

W próbie rozciągania badany materiał

mający kształt pręta o stałym
przekroju S, poddaje się działaniu siły
rozciągającej F, skierowanej wzdłuż
osi pręta.

Wytrzymałość na ściskanie wyznacza

się głównie dla materiałów kruchych,
np. żeliwa. Próbka w kształcie walca
lub sześcianu jest poddawana
działaniu siły w kierunku
prostopadłym do przekroju
poprzecznego.

Wytrzymałość na pełzanie
Wytrzymałość metali i stopów w podwyższonej

temperaturze zależy od szybkości narastania

obciążenia. Z doświadczeń wynika, że

wytrzymałość jest tym mniejsza, im dłuższe

jest działanie siły. Zerwanie materiału w

podwyższonej temperaturze może nastąpić

nawet wówczas, gdy naprężenia w materiale

są mniejsze od naprężeń określonych jako

wytrzymałość na rozciąganie w takiej samej

temperaturze.

Podczas

długotrwałego

działania siły

materiał pod jej

wpływem bardzo

wolno ulega

wydłużeniu. Jest

to pełzanie,

prowadzące

zazwyczaj do

pęknięcia

materiału po

dłuższym czasie.

Wytrzymałość zmęczeniowa
Jeżeli na materiał działają siły

zmieniające swą wartość okresowo w

czasie, to w materiale tym mogą

powstać pęknięcia, chociaż naprężenia

nie osiągnęły nigdy wartości, które przy

stałym obciążeniu mogłyby

spowodować zniszczenie materiału.

Naprężenia powstające w takich

warunkach nazywa się zmęczeniowymi.

Pęknięcia są zazwyczaj

spowodowane w
mniejszym lub
większym stopniu
działaniem karbu.
Zjawisko karbu
powstaje w
konstrukcjach, w
których występują
ostre podcięcia lub
wycięcia.

Twardością nazywa się odporność

materiału na odkształcenia trwałe
powstające wskutek wciskania weń
wgłębnika.

Do pomiaru stosuje się najczęściej

metody:

•Brinella,
•Rockwella,
• Vickersa.

Pomiar twardości metodą

Brinella polega na

wgniataniu w badany

materiał pod

obciążeniem F kulki

hartowanej o średnicy D.

Miarą twardości w tej

metodzie jest stosunek

siły F do pola

powierzchni S trwałego

odcisku, który w postaci

czaszy kulistej utworzy

się na powierzchni

metalu.

Twardość metodą Rockwella określa

się na podstawie głębokości odcisku
powstałego w materiale w wyniku
wciskania diamentowego stożka o
kącie rozwarcia 120° lub kulki
stalowej hartowanej o średnicy
1,5875 mm.

Pomiar twardości

metodą Vickersa
polega na
wciskaniu w
badany materiał
diamentowego
ostrosłupa przy
obciążeniu 9,8 N i
większym.

Udarność
Odporność na uderzenie, czyli udarność,

zależy od rodzaju materiału, temperatury

oraz kształtu próbki, którą poddano badaniu.

Zwykle stosuje się próbki w postaci prętów o

przekroju kwadratowym. Na jednym z boków

próbki jest nacięty karb, który ma za zadanie

ułatwienie i zlokalizowanie pęknięcia próbki

w czasie badania. Przyrząd używany do

określania udarności nazywa się młotem

udarnościowym.

Pojęcie własności technologicznych zawiera w sobie

zespół cech materiału charakteryzujących jego

zachowanie się w czasie procesów produkcyjnych.

Podstawą oceny własności technologicznych są

próby materiału wykonane w warunkach

zbliżonych do stosowanych w procesach

obróbkowych, mających na celu wytworzenie

określonego produktu z zastosowaniem

najbardziej racjonalnych metod produkcji.

Najczęściej bada się własności odlewnicze,

skrawalność, własności plastyczne oraz

zgrzewalność i spawalność.

Własności odlewnicze
Podstawowymi własnościami charakteryzującymi

przydatność metalu lub stopu do celów odlewniczych są

lejność, czyli zdolność do wypełniania form, oraz skurcz

metalu podczas stygnięcia.

Lejność zależy od płynności materiału w temperaturze

zalewania formy i decyduje nie tylko o łatwości

wypełnienia formy, lecz ma również wpływ na

makrostrukturę odlewu. Miarą lejności jest odległość, na

jaką popłynie ciekły metal w znormalizowanej formie,

mającej kształt pręta lub spirali i ustawionej poziomo.

Skurcz metalu podczas odlewania ma wpływ na

powstawanie w przedmiocie naprężeń mogących

spowodować jego pęknięcie lub odkształcenia. Ponadto

jest on przyczyną powstawania jam skurczowych,

porowatości itp.

Skrawalność
Podatność materiału do obróbki skrawaniem nazywa się

skrawalnością. Określa się ją na podstawie kilku wskaźników

(zużycia narzędzia, sił i energii skrawania, jakości warstwy

wierzchniej, wydajności skrawania, rodzaju i łatwości

usuwania wiórów). Dobrą skrawalnością najczęściej

charakteryzują się materiały, które nie odznaczają się

dobrymi własnościami mechanicznymi. Stal wykazująca

dobrą skrawalność ma mniejszą od innych wytrzymałość na

rozciąganie oraz odznacza się kruchością, którą powoduje

zawartość siarki i fosforu.

Cechą podobną do skrawalności jest ścieralność; określa ona

skłonność materiału do zużywania się wskutek tarcia. Miarą

ścieralności jest zmniejszenie masy badanej próbki

powodowane tarciem twardej tarczy o badany materiał.

Próbę ścieralności stosuje się do badania elementów, które

w czasie pracy są szczególnie narażone na ścieranie.

Własności plastyczne
Oceny technologicznych własności

plastycznych dokonuje się na

podstawie prób mających wykazać

podatność materiału na odkształcenia

trwałe, niezbędne do nadania

właściwych kształtów produktom, przy

czym jako najważniejsze należy

wymienić: próbę zginania, próbę

nawijania drutu oraz próbę tłoczności.

Próbę zginania

wykonuje się na

prętach o przekrojach

kołowym,

kwadratowym lub

prostokątnym. Polega

ona na powolnym

zginaniu próbki wokół

innego pręta, którego

wymiary określają

przepisy

Rys. 7.23. Próba zginania

W niektórych przypadkach stosuje się

obostrzoną próbę zginania. Poddaje się
wówczas zginaniu płaskowniki z
naciętym piłką karbem lub płaskowniki z
wywierconym w nich otworem o średnicy
równej podwójnej grubości próbki . W
próbie zginania miarą plastyczności jest
wartość kąta, o jaki próbkę można zgiąć
bez spowodowania pęknięcia.

Rys. 7.23. Próba zginania

Próbę nawijania

stosuje się do
drutów o
średnicach
mniejszych od 6
mm. Określa się
własności
plastyczne drutu
oraz umożliwia
wykrycie

Próbę tloczności cienkich blach i taśm

wykonuje się metodą Erichsena. Polega
ona na powolnym wtłaczaniu kulisto
zakończonego stempla stalowego lub
kulki w próbkę z blachy umocowanej w
odpowiednio ukształtowanej matrycy.
Miarą tłoczności jest głębokość
wytłoczonego w blasze wgłębienia do
chwili wystąpienia w niej pęknięcia.