Specifická pevnost kovů: tabulka. Mechanické vlastnosti kovů

Používání kovů v každodenním životě začalo na počátku rozvoje lidstva. Měď je jejich prvním zástupcem. Je k dispozici v přírodě a dokonale zpracovává. Když se často objevují archeologické vykopávky z domácích předmětů a různých výrobků. V procesu vývoje se člověk naučil kombinovat různé kovy a vyrábět slitiny s vyšší pevností. Z nich byly vyrobeny nástroje a později zvyklé na zbraně. Pokusy pokračují v naší době, vytváří se slitiny s určitou pevností kovů, vhodné pro výstavbu moderních konstrukcí.

Druhy zatížení

Mechanické vlastnosti kovů a slitin jsou takové, které jsou schopné odolat působení vnějších sil nebo zatížení. Mohou být velmi různorodé a odlišné v jejich dopadu:

• statické, které se pomalu zvyšují z nuly na maximum a pak zůstanou konstantní nebo mírně se mění;
• Dynamický - vzniká při nárazu a působí krátký interval.

Typy deformací

Deformace je modifikací konfigurace tuhého tělesa pod vlivem zatížení působících na něj (vnější síly). Deformace, načež se materiál vrací do původního tvaru a zachovává si svůj původní velikosti, podle elastická, jinak (forma změnila, je materiál prodloužen) - plast nebo zbytkové. Existuje několik typů deformací:

• Komprese. Objem těla se snižuje v důsledku působení tlakových sil na něm. Takovou deformaci zažívají základy kotlů a strojů.
• Protahování. Délka těla se zvyšuje, když jsou síly působící na konce, jejichž směr se shoduje s osou. Protahování je vystaveno kabelům, hnacím řemenech.
• Posun nebo řez. V tomto případě jsou síly směřovány k sobě navzájem a za určitých podmínek dochází ke střihu. Příkladem jsou nýty a šrouby potěru.
• Torze. Pár sil, opačně namířených, působí na tělo upevněné jedním koncem (hřídele motorů a obráběcích strojů).
• Ohýbání. Změna zakřivení těla pod vlivem vnějších sil. Tato akce je typická pro nosníky, boomové jeřáby, kolejnice.

Stanovení pevnosti kovu

Jednou ze základních požadavků na kov, používaný pro výrobu kovových konstrukcí a dílů, je pevnost. K určení je vzorek kovu odebrán a natažený na zkušebním stroji. Norma se stává tenčí, průřez se snižuje se současným nárůstem její délky. V určitém okamžiku se vzorek začíná roztahovat pouze na jednom místě a vytváří "krk". A po chvíli je tam přestávka v oblasti nejtenčího místa. Takže pouze viskózní kovy se chovají, jsou křehké: tvrdá ocel a litina se mírně protáhnou a netvoří krk.

Zatížení vzorku je určeno zvláštním zařízením nazývaným měřidlo síly, které je namontováno na zkušebním stroji. Pro výpočet základní charakteristiky kovu, nazývá mez kluzu materiálu, je třeba maximální zatížení prodlouženým do vzorku přetržení dělená průřezem před protahováním. Tato hodnota je pro návrháře nezbytná k určení rozměrů vyráběné části a technolog musí přiřadit režimy zpracování.

Nejvíce odolné kovy na světě

Následující kovy lze klasifikovat jako vysoce odolné kovy:

• 
  
  
  
  

  Titan. Má následující vlastnosti:

• vysoká specifická pevnost;
• odolnost proti vysokým teplotám;
• nízká hustota;
• odolnost proti korozi;
• mechanickou a chemickou odolností.

Titan se používá v lékařství, vojenském průmyslu, stavbě lodí, letectví.

• Uran. Nejslavnějším a nejsilnějším kovem na světě je slabý radioaktivní materiál. Vyskytuje se přirozeně v čisté formě a ve sloučeninách. Jedná se o těžké kovy, ohebné, tvárné a relativně tvárné. Široce používán ve výrobních oblastech.
• Wolfram. Výpočet pevnosti kovu ukazuje, že se jedná o nejtrvanlivější a žáruvzdornější kov, který se nedá chemicky napadnout. To je dobře kované, lze jej vtáhnout do tenké nitky. Používá se pro vlákno.
• Rénium. Žáruvzdorný, má vysokou hustotu a tvrdost. Velmi odolná, nepodléhá změnám teploty. Najde uplatnění v elektronice a strojírenství.
• Osmium. Pevný kov, žáruvzdorný, odolný mechanickému poškození a agresivnímu prostředí. Aplikoval v lékařství, používaný pro raketovou techniku, elektronické zařízení.
• Iridium. V přírodě je ve volné formě vzácná, častěji - ve sloučeninách s osiem. Mechanické zpracování je špatné, má vysokou odolnost vůči chemikáliím a pevnosti. Slitiny s kovem: titan, chróm, wolfram, jsou používány pro výrobu šperků.
• Berýlium. Vysoce toxický kov s relativní hustotou, který má světle šedou barvu. Najde uplatnění v železné metalurgii, jaderné energetice, laserovém a leteckém inženýrství. Má vysokou tvrdost a používá se k legování slitin.
• Chrome. Velmi tvrdý kov s vysokou pevností, bílá a modrá, odolný proti zásadám a kyselinám. Pevnost kovu a slitin umožňuje jejich použití k výrobě zdravotnického a chemického zařízení, jakož i k řezacím nástrojům.

• Tantalus. Kov je stříbřitý, má vysokou tvrdost, pevnost, má vysokou refraktoritu a odolnost proti korozi, je z plastu, snadno zpracovává. Zjišťuje uplatnění při vývoji jaderných reaktorů, v metalurgii av chemickém průmyslu.
• Ruthenium. Patří k kovům platinové skupiny. Má vysokou pevnost, tvrdost, odolnost, chemickou odolnost. Vytváří kontakty, elektrody, ostré body.

Jak zjistit vlastnosti kovů?

Pro testování kovů se používají chemické, fyzikální a technologické metody. Tvrdost určuje, jak materiály odolávají materiálům. Odolný kov má velkou sílu a části vyrobené z něj, méně opotřebované. Pro určení tvrdosti stiskněte kuličku, diamantový kužel nebo pyramid do kovu. Hodnota tvrdosti je určena průměrem tisku nebo hloubkou odsazení objektu. Silnější kov je méně deformovaný a hloubka tisku bude menší.

Zkoušené vzorky jsou však zkoušeny na tahových strojích, jejichž zatížení postupně narůstá. Norma může obsahovat kruh nebo čtverec v řezu. Pro zkoušení kovu, aby odolávaly namáhání nárazem, se provádějí nárazové zkoušky. Uprostřed speciálně vyrobeného vzorku se vytvoří řez a umístí se proti nárazovému zařízení. Zničení musí nastat tam, kde je slabý bod. Při zkoušení kovů pro pevnost je struktura materiálu zkoumána rentgenovými paprsky, ultrazvukem a silnými mikroskopy a také chemickým leptáním.

Nejjednodušší typy testů pro zlomeniny, plasticitu, kování a svařování patří mezi technologické. Extrúzní zkouška umožňuje zjistit, zda může být fóliový materiál tvářený za studena. Pomocí kuličky v kovu vytlačte otvor, dokud se neobjeví první trhlina. Hloubka jámy před vznikem zlomeniny bude charakterizovat plasticitu materiálu. Ohybová zkouška umožňuje stanovit schopnost listového materiálu dosáhnout požadovaného tvaru. Tento test se používá k vyhodnocení kvality svarových švů. Pro hodnocení kvality drátu se používá test ohybu. Trubky jsou testovány na zploštění a ohýbání.

Mechanické vlastnosti kovů a slitin

Mechanické vlastnosti kovových materiálů zahrnují následující:

1. Pevnost. Spočívá v schopnosti materiálu odolat ničení pod vlivem síly zvenčí. Typ síly závisí na tom, jak působí vnější síly. Je rozdělen na: kompresi, protažení, torzní, ohýbání, tečení, únavu.
2. Plasticita. To je schopnost kovů a jejich slitin pod vlivem nákladu měnit tvar, aniž by došlo k jeho zničení, a po ukončení nárazu ji udržet. Plastnost materiálu z kovu je určena, když je roztažena. Čím delší se prodlužuje, tím současně zmenšuje průřez, tím větší je tvárnost kovu. Materiály s dobrou plasticitou jsou dokonale zpracovány tlakem: kování, lisování. Plastnost se vyznačuje dvěma hodnotami: relativní zúžení a prodloužení.
3. Tvrdost. Tato kvalita kovu spočívá v schopnosti odolat pronikání cizího těla do těla, která má výraznější tvrdost a nepřijme zbytkové deformace. Odolnost proti opotřebení a pevnost jsou hlavními vlastnostmi kovů a slitin, které úzce souvisejí s tvrdostí. Materiály s těmito vlastnostmi nacházejí uplatnění při výrobě nástrojů používaných při zpracování kovů: řezáky, pilníky, vrtačky, kohouty. Často tvrdost materiálu určuje jeho trvanlivost. Tvrdé oceli se během provozu méně opotřebovávají než měkčí.
4. Pevnost v nárazu. Zvláštností slitin a kovů je odolat vlivu břemen doprovázených ranou. Jedná se o jednu z důležitých charakteristik materiálu, z něhož se části, které jsou vystaveny rázovému zatížení, vyrábějí během provozu stroje: nápravy kola, klikové hřídele.
5. Únava. Jedná se o stav kovu, který je pod neustálým vlivem nákladu. Únava kovového materiálu je postupná a může vést ke zničení výrobku. Schopnost kovů odolávat zničení z únavy se nazývá vytrvalost. Tato vlastnost závisí na povaze slitiny nebo kovu, stavu povrchu, druhu zpracování, provozních podmínkách.

Třídy pevnosti a jejich označení

Normativní dokumenty o mechanických vlastnostech spojovacích prvků představily koncept třídy pevnosti kovu a stanovily systém označení. Každá třída síly je označena dvěma číslicemi, mezi kterými je umístěna tečka. První číslo znamená pevnost v tahu sníženou o faktor 100. Například, Třída pevnosti 5.6 že konečná pevnost bude 500. Druhé číslo se zvýší o 10krát - tento poměr mezní výtěžnost dočasný odpor, vyjádřený v procentech (500h0,6 = 300), m. j. nejméně 30% meze kluzu z pevnosti v tahu. Všechny předměty použité pro spojovací prostředky jsou klasifikovány jako určené použití, tvar, použitý materiál a třídy pevnosti povlaku. Jsou určeny k použití:

• Lemeshnye. Používají se pro zemědělské stroje.
• Nábytek. Používají se při výrobě a výrobě nábytku.
• Silnice. Opravují kovové konstrukce.
• Strojírenství. Aplikováno ve strojírenství a při výrobě přístrojů.

Mechanické vlastnosti upevňovačů závisí na oceli, ze které jsou vyrobeny, a na kvalitě zpracování.

Specifická pevnost

Specifická pevnost materiálu (níže uvedený vzorec) se vyznačuje poměrem konečné pevnosti k hustotě kovu. Tato hodnota zobrazuje pevnost konstrukce pro danou hmotnost. Je to nejdůležitější pro takové odvětví, jako je výroba letadel, rakety a kosmické lodě.

Pevnost slitin z titanu je nejtrvanlivější ze všech použitých technických materiálů. Titanové slitiny jsou dvojnásobkem specifické pevnosti kovů souvisejících s legovanými oceli. Nemohou být zkorodovány ve vzduchu, v kyselém a alkalickém prostředí, nemají strach z mořské vody a mají dobrou tepelnou odolnost. Při vysokých teplotách je jejich síla vyšší než u slitin s hořčíkem a hliníkem. Vzhledem k těmto vlastnostem se jejich použití jako konstrukční materiál neustále zvyšuje a je široce využíváno ve strojírenství. Nevýhodou slitin titanu je jejich nízká obrobitelnost řezáním. To je způsobeno fyzikálními a chemickými vlastnostmi materiálu a speciální strukturou slitin. Výše uvedená tabulka ukazuje konkrétní pevnost kovů.

Použití tažnosti a pevnosti kovů

Velmi důležitými vlastnostmi kovu jsou plasticita a pevnost. Tyto vlastnosti jsou přímo závislé na sobě. Neumožňují kovu změnit tvar a zabránit makroskopické destrukci, když na ni působí vnější a vnitřní síly.

Kovy, které mají vysokou plasticitu, jsou pod vlivem zatížení postupně zničeny. Na začátku mají ohýbání a teprve potom se začnou postupně rozbít. Plastové kovy snadno mění tvar, takže jsou široce používány pro výrobu karoserií. Pevnost a tažnost kovů závisí na tom, jak směřující síly působící na něj a ve kterém směru válcování se provádí při výrobě materiálu. Je zjištěno, že během válcování se kovové krystaly prodlužují ve svém směru více než v příčném směru. Plechová ocel má sílu a tažnost mnohem větší ve směru válcování. V příčném směru je pevnost snižuje o 30% a tažnost 50%, indikátory tloušťky desky je ještě nižší. Například výskyt lomu na ocelovém plechu v průběhu svarového švu může být vysvětleno rovnoběžnosti osy a směru otáčení. Podle plasticity a pevnosti materiálu je možné jej použít pro výrobu různých částí strojů, konstrukcí, nástrojů, nástrojů.

Standardní a konstrukční odolnost kovu

Jedním z hlavních parametrů, které charakterizují odolnost kovů vůči vlivům síly, je normativní odpor. Je stanoven podle návrhových standardů. Návrhový odpor se získává v důsledku rozdělení normativu o odpovídající faktor spolehlivosti pro tento materiál. V některých případech je také zohledněn koeficient provozních podmínek konstrukcí. Při výpočtech praktického významu se používá především konstrukční odpor kovu.

Způsoby zvyšování pevnosti kovu

Existuje několik způsobů, jak zvýšit pevnost kovů a slitin:

• Tvorba slitin a kovů, které mají strukturu bez vad. Tam je vývoj ve výrobě whiskers (kníry) několik desítekkrát vyšší než síla obyčejných kovů.
• Získání objemového a povrchového kalení umělými prostředky. Když je kov zpracováván tlakem (kování, tažení, válcování, lisování), vzniká tvrdé vytvrzení a trhání a trhání způsobuje povrchové kalení.
• Vytvoření dopovaného kovu pomocí prvků z periodické tabulky.
• Čištění kovu od přítomnosti nečistot v něm. V důsledku toho se zlepšují jeho mechanické vlastnosti, výrazně se snižuje šíření trhlin.
• Eliminace drsnosti povrchu.

Zajímavé fakty

• Slitiny titanu, podíl hliníku vyšší než přibližně 70% větší než jejich 4 krát, tedy slitiny měrnou pevností, obsahující titan, je výhodné použít pro letadlo.
• Mnoho hliníkových slitin přesahuje specifickou pevnost ocelí obsahujících uhlík. Slitiny hliníku mají vysokou plasticitu, odolnost proti korozi, jsou dokonale zpracovány tlakem a řezáním.
• Plasty mají vyšší pevnost než kovy. Avšak kvůli nedostatečné tuhosti je při aplikaci omezena mechanická pevnost, stárnutí, zvýšená křehkost a nízká tepelná odolnost lamináty, textolity a getinaxy, zejména ve velkých rozměrech.
• Je zjištěno, že z hlediska odolnosti vůči korozi a specifické síle jsou kovy černé, barevné a mnoho z jejich slitin nižší než sklolaminát.

Mechanické vlastnosti kovů jsou nejdůležitějším faktorem jejich využití v praktických potřebách. Při navrhování konstrukce, části nebo stroje a výběru materiálu je nutno zvážit všechny mechanické vlastnosti, které má.