2. Свойства материалов
Для оценки качества материалов и изготовленных из них деталей, особенности работы их в конкретных узлах и машинах в изменяющихся условиях эксплуатации, для прогнозирования использования, ремонта и технической эксплуатации машиностроительных и строительных конструкций необходимо знать свойства материалов.
Это люди давно поняли. И человек в своей практической деятельности сначала на глаз и на ощупь, или с помощью простейшего инструмента, а далее с использованием сложных приборов и методик проверял качество предметов и продуктов труда.
Так, в 1722 г. царем Петром І был издан указ «О пробовании железа». Приборов в то время практически не было, поэтому испытания надо было проводить доступными и простыми средствами. Основным показателем было разрушение металла при изгибе и ударе. По этому указу железо сортировалось по трем сортам.
Первая проба. Пластину железа трижды огибали и разгибали вокруг столба, диаметром 6 вершков (1 вершок = 4,45 см), вкопанного в землю. Если нет излома и трещин, то железо является первосортным.
Вторая проба. Если железо не выдержало первой пробы (есть трещины или изломы), то проводились последующие испытания, естественно, нового образца, а не ранее разрушенного. Железные полосы били о наковальню сначала одним концом трижды, а потом другим концом - тоже трижды, и «которые выдержат, знака к перелому не будет, то ставить клеймо №2».
Третья проба. Если металл не выдержал этих двух первых испытаний, то ставят рядом с заводским клеймом клеймо №3 .
М. В. Ломоносов впервые предложил испытывать материалы на трение и износ, и была изготовлена для этого специальная машина трения. В 1897 году были разработаны международные нормы по испытанию металлов. Основой расчета деталей до 20…30 годов ХΙХ - го столетия служили показатели статических испытаний: предел текучести, предел прочности и модуль упругости. В 20…30 годах этого же столетия ввели понятия усталостной прочности, предела усталости при знакопеременных нагрузках, при изгибе, кручении и растяжении – сжатии.
Свойства материалов можно разделить на группы (рис.2.1):
-химические;
-физические;
-механические;
-технологические;
-эксплуатационные (потребительские);
-экономические;
-экологические.
Качество
материалов это комплексный показатель
(рис.2.1.) Нельзя по отдельному показателю
оценить качество. Например, металл может
быть очень твердым (хороший показатель),
но хрупким и недолговечным (плохие
п
оказатели).
Комплекс свойств материалов можно разделить на группы, дающие ответы на вопросы по их практическому использованию (табл. 2.1).
Таблица 2.1
Основные группы свойств материалов
-
Свойства материалов
На какие вопросы отвечают
Химический состав
Что заложено?
Структура
Как заложено?
Физические характеристики (электропроводность, плотность, пористость, огнестойкость, твердость теплопроводность, цвет, температуры плавления и кристаллизации,…)
Каков материал по физическим свойствам?
Механические свойства (пластичность, прочность, вязкость, упругость,…)
Возможности использования материала?
Технологические свойства (литейные, ковкость, свариваемость, обработка резанием,…)
Как изготовить деталь?
Экологические свойства (уровень негативного воздействия на природу)
Какие и сколько вредных выбросов при производстве, эксплуатации и утилизации изделий?
Экономичность (затраты при производстве и использовании материала)
Какова стоимость материала и эксплуатационные затраты?
Эксплуатационные свойства (износостойкость, усталостная прочность. коррозийная стойкость, …)
Какова долговечность детали, изготовленной из материала?
Свойства материалов определяются различными методами: физическими, химическими и технологическими.