Forța specifică a metalelor: tabel. Proprietățile mecanice ale metalelor

Folosirea metalelor în viața de zi cu zi a început la începutul dezvoltării omenirii. Cuprul este primul lor reprezentant. Este disponibil în natură și perfect manevrat. Când s-au descoperit adesea săpături arheologice din articole de uz casnic și din produse diferite. În procesul de dezvoltare, omul a învățat să combine diferite metale, producând aliaje de putere mai mare. Dintre acestea, au fost făcute unelte și mai târziu utilizate pentru a face arme. Experimentele continuă în zilele noastre, se creează aliaje cu rezistență specifică la metale, potrivite pentru construcția de structuri moderne.

Tipuri de sarcini

Proprietățile mecanice ale metalelor și aliajelor sunt acelea care sunt capabile să reziste acțiunii forțelor externe sau a încărcăturilor asupra lor. Ele pot fi foarte diverse și diferite în impactul lor:

• statice, care cresc încet de la zero la maxim, și apoi rămân constante sau ușor de schimbat;
• Dinamic - apar din impact și acționează un interval scurt.

Tipuri de deformare

Deformarea este o modificare a configurației unui corp rigid sub influența forțelor exercitate asupra lui (forțe externe). Deformarea, după care materialul este returnat la forma originală și își păstrează dimensiunile originale, în conformitate cu elastic, altfel (forma sa modificat, materialul este alungit) - plastic sau rezidual. Există mai multe tipuri de deformări:

• Compresie. Volumul corpului scade ca rezultat al acțiunii forțelor de compresiune pe acesta. O astfel de deformare este experimentată de bazele cazanelor și mașinilor.
• Stretching. Lungimea corpului crește atunci când forțele sunt aplicate la capete, direcția căreia coincide cu axa sa. Întinderea este supusă cablurilor, curelelor de transmisie.
• Shift sau felie. În acest caz, forțele sunt direcționate unul către celălalt și, în anumite condiții, are loc o tăietură. Un exemplu sunt niturile și bolțurile șapei.
• Torsiunea. O pereche de forțe, îndreptate opus, acționează asupra corpului fixat de un capăt (arbori de motoare și mașini-unelte).
• Îndoirea. Modificarea curburii corpului sub influența forțelor exterioare. Această acțiune este tipică pentru grinzi, macarale cu braț, șine de cale ferată.

Determinarea rezistenței metalului

Una dintre cerințele de bază pentru metal, utilizată pentru producerea structurilor metalice și a pieselor, este rezistența. Pentru ao determina, se prelevează și se întinde o mostră de metal pe mașina de testare. Standardul devine mai subțire, suprafața secțiunii transversale scade odată cu creșterea simultană a lungimii sale. La un moment dat, eșantionul începe să se întindă numai într-un singur loc, formând un "gât". Și după un timp există o pauză în zona celui mai subțire loc. Deci numai metalele vâscoase se comportă, fragile: oțelul dur și fonta sunt întinse ușor și nu formează un gât.

Încărcarea pe eșantion este determinată de un dispozitiv special, numit un contor de forță, fiind montat într-o mașină de testare. Pentru a calcula caracteristicile de bază ale metalului, numit rezistența la curgere a materialului, este sarcina maximă necesară susținut până la ruperea probei împărțită la aria secțiunii înainte de întindere. Această valoare este necesară pentru proiectant pentru a determina dimensiunile piesei fabricate, iar tehnologul trebuie să atribuie regimuri de procesare.

Cele mai durabile metale din lume

Următoarele metale pot fi clasificate drept metale de înaltă rezistență:

• Titan. Are următoarele proprietăți:

• rezistență specifică ridicată;
• rezistenta la temperaturi ridicate;
• densitate scăzută;
• rezistenta la coroziune;
• rezistenta mecanica si chimica.

Titanul găsește aplicații în medicină, industria militară, construcții navale, aviație.

• Uranus. Cel mai faimos și mai puternic metal din lume este un material radioactiv slab. Se produce în mod natural în formă pură și în compuși. Se referă la grele metale, flexibile, maleabil și relativ ductil. Utilizat pe scară largă în zonele de producție.
• Wolfram. Calcularea rezistenței metalului arată că acesta este cel mai durabil și refractar metal care nu se supune atacului chimic. Este bine falsificat, poate fi tras într-un fir subțire. Folosit pentru filament.
• Reniu. Refractar, are o densitate mare și duritate. Foarte durabil, care nu se supune schimbărilor de temperatură. Se găsește în aplicații electronice și inginerie.
• Osmiu. Metal solid, refractar, rezistent la deteriorări mecanice și medii agresive. Aplicată în medicină, utilizată pentru tehnologia rachetelor, echipamente electronice.
• Iridium. În natură, în formă liberă este rară, mai des - în compuși cu osmiu. Prelucrarea mecanică se acordă prost, are rezistență ridicată la substanțe chimice și rezistență. Aliaje cu metal: titan, crom, tungsten, sunt folosite pentru a face bijuterii.
• Beriliu. Metale foarte toxice cu densitate relativă, având o culoare gri deschis. Se găsește în metalurgie feroasă, inginerie energetică nucleară, inginerie laser și aerospațială. Are o duritate ridicată și este utilizat pentru aliajele de aliaj.
• Chrome. Foarte tare metalic cu rezistență ridicată, alb și albastru, rezistent la alcalii și acizi. Rezistența metalului și a aliajelor le permite să fie utilizate pentru fabricarea echipamentului medical și chimic, precum și pentru uneltele de tăiat metal.

• Tantal. Metalul este argintiu, are o duritate mare, rezistenta, are o rezistenta ridicata la refractare si rezistenta la coroziune, este plastic, usor prelucrat. Se găsește în aplicații în dezvoltarea reactoarelor nucleare, în metalurgie și în industria chimică.
• Ruteniu. Face parte din metalele grupului de platină. Are rezistență ridicată, duritate, refractare, rezistență chimică. Ea face contacte, electrozi, puncte ascuțite.

Cum se determină proprietățile metalelor?

Pentru a testa metalele pentru rezistență, se folosesc metode chimice, fizice și tehnologice. Duritatea determină modul în care materialele rezistă materialelor. Metalul rezistent are o mare rezistență și părți din el, mai puțin uzate. Pentru a determina duritatea, apăsați mingea, conul de diamant sau piramida în metal. Valoarea durității este determinată de diametrul imprimării sau de adâncimea indentării obiectului. Metalul mai puternic este mai puțin deformat, iar adâncimea imprimării va fi mai mică.

Dar probele de încercare la întindere sunt testate pe mașini de tracțiune cu o sarcină care se mărește treptat cu întindere. Un standard poate avea un cerc sau un pătrat într-o secțiune. Pentru a testa metalul pentru a rezista solicitărilor de tip de impact, se efectuează teste de impact. În mijlocul unei mostre fabricate special, se face o incizie și se așează în fața dispozitivului de impact. Distrugerea trebuie să aibă loc acolo unde există un punct slab. La testarea metalelor pentru rezistență, structura materialului este examinată prin raze X, ultrasunete și microscoape puternice, și se utilizează, de asemenea, gravarea chimică.

Cele mai simple tipuri de teste pentru fractură, plasticitate, forjare și sudare sunt printre cele tehnologice. Testul de extrudare face posibilă determinarea dacă materialul de foaie este capabil să fie format la rece. Folosind o bilă în metal, stoarceți gaura până când apare prima fisură. Adâncimea grosierii înainte de apariția fracturii va caracteriza plasticitatea materialului. Testul de încovoiere face posibilă determinarea capacității materialului de tablă de a obține forma dorită. Acest test este folosit pentru a evalua calitatea cusăturilor de sudură. Pentru a evalua calitatea firelor, se utilizează un test de îndoire. Țevile sunt testate pentru aplatizare și îndoire.

Proprietăți mecanice ale metalelor și aliajelor

Proprietățile mecanice ale materialelor metalice includ următoarele:

1. Forța de aderență. Aceasta constă în capacitatea materialului de a rezista distrugerii sub influența forțelor din afară. Tipul de rezistență depinde de modul în care acționează forțele externe. Este împărțită în: compresie, întindere, torsiune, îndoire, fluaj, oboseală.
2. Plasticitate. Aceasta este capacitatea metalelor și a aliajelor lor sub influența încărcăturii de a schimba forma, fără a suferi distrugere, și să o rețină după sfârșitul impactului. Plasticitatea materialului din metal este determinată atunci când este întinsă. Cu cât se produce alungirea mai lungă, cu o reducere simultană a secțiunii transversale, cu atât este mai ductil metalul. Materialele cu plasticitate bună sunt perfect prelucrate prin presiune: forjare, presare. Plasticitatea se caracterizează prin două valori: constricție și alungire relativă.
3. Duritate. Această calitate a metalului constă în capacitatea de a rezista la penetrarea în el a unui corp străin având o duritate mai mare și să nu primească deformări reziduale. Rezistența și rezistența la uzură sunt principalele caracteristici ale metalelor și aliajelor, care sunt strâns legate de duritate. Materialele cu astfel de proprietăți găsesc aplicații pentru fabricarea instrumentelor folosite la prelucrarea metalelor: incisivi, fișiere, burghie, robinete. Adesea, duritatea materialului determină durabilitatea acestuia. Atât oțelurile grele poartă mai puțin în timpul funcționării decât cele mai moi.
4. Rezistența la impact. Particularitatea aliajelor și a metalelor este de a rezista influenței sarcinilor însoțite de o lovitură. Aceasta este una dintre caracteristicile importante ale materialului din care părțile supuse unei încărcări de șoc se fac, în timpul funcționării mașinii: axele roților, arborii cotiți.
5. Oboseala. Aceasta este starea metalului, care este sub influența constantă a sarcinilor. Oboseala materialului metalic este graduală și poate duce la distrugerea produsului. Capacitatea metalelor de a rezista distrugerii de la oboseală se numește rezistență. Această proprietate este dependentă de natura aliajului sau metalului, starea suprafeței, natura tratamentului, condițiile de funcționare.

Clasele de rezistență și denumirile acestora

Documentele normative privind proprietățile mecanice ale elementelor de fixare au introdus conceptul clasei de rezistență a metalului și au stabilit sistemul de desemnare. Fiecare clasă de rezistență este notată cu două cifre, între care este plasat un punct. Primul număr înseamnă o rezistență la tracțiune redusă cu un factor de 100. De exemplu, Clasa de rezistență 5.6 înseamnă că puterea maximă va fi de 500. Al doilea număr este mărit de 10 ori - acest raport punct de randament la rezistența la timp exprimată în procente (500x0,6 = 300), adică 30% reprezintă rezistența minimă la curgere de la rezistența la tracțiune. Toate produsele utilizate pentru fixare sunt clasificate în funcție de scopul aplicației, forma, materialul utilizat, clasa de rezistență și stratul de acoperire. În scopul utilizării, pot fi:

• Reversibil. Sunt folosite pentru mașini agricole.
• Mobilier. Ele sunt utilizate în producția de mobilier și construcții.
• Road. Acestea fixează structurile metalice.
• Construcția de mașini. Aplicată în industria construcțiilor de mașini și fabricarea instrumentelor.

Proprietățile mecanice ale elementelor de fixare depind de oțelul din care sunt fabricate și de calitatea prelucrării.

Forță specifică

Forța specifică a materialului (formula de mai jos) este caracterizată de raportul dintre rezistența finală și densitatea metalului. Această valoare arată puterea structurii pentru o anumită masă. Este de cea mai mare importanță pentru astfel de industrii, cum ar fi construcția de aeronave, rachete și producția de nave spațiale.

Rezistența aliajelor din titan este cea mai durabilă dintre toate materialele tehnice utilizate. Aliajele de titan sunt de două ori rezistența specifică a metalelor legate de oțelurile aliate. Ele nu pot fi corodate în aer, în medii acide și alcaline, nu se tem de apa de mare și au o rezistență bună la căldură. La temperaturi ridicate, rezistența lor este mai mare decât pentru aliajele cu magneziu și aluminiu. Datorită acestor proprietăți, utilizarea lor ca material structural este în continuă creștere și este utilizată pe scară largă în inginerie. Dezavantajul aliajelor de titan este capacitatea lor scăzută de prelucrare prin tăiere. Acest lucru se datorează proprietăților fizice și chimice ale materialului și structurii speciale a aliajelor. Tabelul de mai sus arată puterea specifică a metalelor.

Utilizarea ductilității și rezistenței metalelor

Proprietățile foarte importante ale metalului sunt plasticitatea și rezistența. Aceste proprietăți depind direct de ele. Ele nu permit metalului să schimbe forma și să prevină distrugerea macroscopică atunci când forțele externe și interne acționează asupra lui.

Metalele, având o plasticitate ridicată, sub influența încărcăturii, sunt distruse treptat. La început, au o îndoire și numai atunci începe să se descompună treptat. Metalele din plastic schimbă cu ușurință forma, astfel încât acestea sunt utilizate pe scară largă pentru fabricarea corpurilor de mașini. Forța și ductilitate a metalelor depinde de modul în care forțele îndreptate aplicate și în care direcția de laminare se realizează în fabricarea materialului. Se constată că în timpul laminării, cristalele metalice se alungă în direcția sa mai mult decât în ​​direcția transversală. Oțelul din oțel are o rezistență și o ductilitate mult mai mari în direcția de rulare. În direcție transversală rezistența scade cu 30%, iar ductilitatea 50%, indicatorii de grosimea plăcii este chiar mai mic. De exemplu, apariția fracturii pe foaia de oțel în timpul sudării cusătură poate fi explicată axa paralelism și direcția de rulare. Ductilitate si rezistenta mecanica a materialului stabili posibilitatea utilizării sale pentru fabricarea diferitelor părți de mașini, structuri, unelte, instrumente.

Rezistenta standard si rezistenta la metal

Unul dintre principalii parametri care caracterizează rezistența metalelor la efectele forței este rezistența normativă. Acesta este stabilit prin standardele de proiectare. Rezistența la proiectare este obținută ca urmare a împărțirii normativului cu factorul de fiabilitate corespunzător pentru acest material. În unele cazuri, se ia în considerare și coeficientul de funcționare al structurilor. În calculele de importanță practică, se folosește în principal rezistența de proiectare a metalului.

Modalități de creștere a rezistenței metalului

Există mai multe modalități de a crește rezistența metalelor și a aliajelor:

• Crearea de aliaje și metale care au o structură fără defecte. Există evoluții în producția de mușchi (mușchi) de câteva zeci de ori mai mari decât rezistența metalelor obișnuite.
• Obtinerea vopsirii in vrac si suprafata prin mijloace artificiale. Atunci când metalul este prelucrat prin presiune (forjare, tragere, laminare, presare), se formează o întărire a forței de muncă, iar zgârierea și împușcările dă un strat de întărire.
• Creați un metal dopat folosind elemente din tabelul periodic.
• Purificarea metalelor de la impuritățile prezente în ele. Ca urmare, proprietățile sale mecanice sunt îmbunătățite, propagarea fisurilor este redusă semnificativ.
• Eliminarea rugozității suprafeței.

Fapte interesante

• Aliaje de titan, proporția de aluminiu este mai mare cu aproximativ 70% mai puternic decât de 4 ori, prin urmare, aliaje cu rezistență specifică care conțin titan, este avantajos să se utilizeze pentru aeronavă.
• Multe aliaje de aluminiu depășesc puterea specifică a oțelurilor care conțin carbon. Aliajele din aluminiu au plasticitate ridicată, rezistență la coroziune, sunt prelucrate perfect prin presiune și tăiere.
• Materialele plastice au o rezistență mai mare decât metalele. Dar datorită rigidității insuficiente, rezistența mecanică, îmbătrânirea, fragilitatea sporită și rezistența la căldură scăzută sunt limitate în aplicare laminate, texolitice și getinaxe, în special în structurile de dimensiuni mari.
• Se constată că, din punct de vedere al rezistenței la coroziune și rezistență specifică, metalele negre, colorate și multe dintre aliajele lor sunt inferioare fibrelor de sticlă.

Proprietățile mecanice ale metalelor sunt cel mai important factor al utilizării lor în nevoile practice. Atunci când proiectați o structură, o parte sau o mașină și selectați materialul, trebuie să luați în considerare în mod necesar toate proprietățile mecanice pe care le posedă.