Механические свойства металлов

Механические свойства металлов
σв, МН/м2 σпц, МН/м2 σт, МН/м2 δ,% Ψ,% Е, МН/м2 НВ, Н/м2
Алюминий (Al) 80-110 30 30-70 40 85 72000 20-35
Бериллий(a-Be) 140 60 300000 140
Вольфрам (P-W) 1200-1400 750 420000 350
Железо (a-Fe) 250-330 120 125 25-55 70-85 210000 50
Кадмий (a-Cd) 62 3 10 20 50 530000 20
Кобальт (a-Co) 240 5 207500 125
Кремний (Si) 114500 240
Магний (Mg) 170-200 12 20-60 15 20 43600 25
Марганец: a-Mn P-Mn   хрупкий     хрупкий     хрупкий     хрупкий     хрупкий          
201600 210
201600 210
Медь (Cu) 220 15 60-80 60 75 132000 35
Молибден (Mo) 700 30 330000 125
Никель (a-Ni) 400-500 80 120 40 70 205000 60-80
Ниобий (Nb) 340 30 250
Олово (белоеХР-Sn) 20-40 1,5 40 75 55000 5
Свинец(Pb) 18 2,5 5-10 50 100 17000 4-6
Титан (a-Ti) 600 440 28 105000 230
Хром (a-Cr) хрупкий хрупкий хрупкий хрупкий хрупкий 252000 220
Цирконий (a-Zr) 950 950 70000 82
Цинк (Zn) 110-150 90-100 5-20 94000 30-42

Обозначения:

σв — предел прочности при растяжении,

σпц — предел пропорциональности,

σт — предел текучести,

δ — относительное удлинение,

Ψ — относительное сужение,

Е — модуль упругости,

НВ — твердость по Бриннелю,

Основные физические свойства чистых металлов

Металл Плотн.г/(см3) Тепл. коэф лин.расш. (106)/°К Уд. сопрот. мкОм×м Магнитные свойства
Алюминий Al 13 2,70 660 923 218,0 21,0 25 0,026 Парамагнетик
Барий Ba 56 3,75 710 285 19,0 4,2 0,500 Парамагнетик
Берилий Be 4 1,84 1280 1800 184 12,0 61 0,041 Диамагнетик
Ванадий V 23 6,11 1900 503 31 8,3 64 0,248 Парамагнетик
Висмут Bi 83 9,80 271 126 8,4 13,3 9,6 1,160 Диамагнетик
Вольфрам W 74 19,30 3400 142 167,0 4,4 262 0,055 Парамагнетик
Гадолиний Gd 64 7,89 1310 8,8 9,7 1,400 Ферромагнетик
Галлий Ga 31 5,92 30 336 29,3 18,1 6,1 0,136 Диамагнетик
Гафний Hf 72 13,29 2220 138 22,0 5,9 173 0,351 Парамагнетик
Железо Fe 26 7,87 1540 453 73,3 10,7 50 0,097 Ферромагнетик
Золото Au 79 19,30 1063 134 312,0 14,0 18 0,0225 Диамагнетик
Индий In 49 7,30 156 239 72 28,4 0,9 0,090 Диамагнетик
Иридий Ir 77 22,40 2410 130 146,0 6,5 170 0,054 Парамагнетик
Иттрий Y 39 4,47 1525 310 14,6 9,3 60 0,650 Парамагнетик
Кадмий Cd 48 8,65 320,9 231 92,8 29,0 21 0,074 Диамагнетик
Калий K 19 0,86 63 754 97,0 83,3 0,04 0,065 Парамагнетик
Кальций Ca 20 1,53 851 650 98 18,5 17 0,040 Парамагнетик
Кобальт Co 27 8,85 1500 445 69,5 13,5 102 0,064 Ферромагнетик
Лантан La 57 6,18 920 188 13,8 5,2 37 0,568 Парамагнетик
Литий Li 3 0,53 180 3285 71 56 0,086 Парамагнетик
Магний Mg 12 1,74 651 1040 170,0 27 30 0,045 Парамагнетик
Марганец Mn 25 7,44 1244 477 66,7 22,3 196 1,850 Антиферромагн.
Медь Cu 29 8,92 1083 386 406,0 16,6 35 0,017 Диамагнетик
Молибден Mo 42 10,20 2620 272 150,0 5,3 153 0,050 Парамагнетик
Натрий Na 11 0,97 98 1220 134,0 72,0 0,07 0,042 Парамагнетик
Никель Ni 28 8,96 1453 440 75,5 13,2 68 0,068 Ферромагнетик
Ниобий Nb 41 8,57 2470 268 50,0 7,2 75 0,150 Парамагнетик
Олово Sn 50 7,29 231,9 226 63,1 23,0 5,2 0,113 Парамагнетик
Осмий Os 76 22,50 3000 129 4,6 400 0,095 Парамагнетик
Палладий Pd 46 12,02 1552 243 70,7 9,5 46 0,108 Парамагнетик
Платина Pt 78 21,45 1773 134 71,1 9,5 40 0,098 Парамагнетик
Рений Re 75 21,02 3180 138 52,0 6,7 135 0,214 Парамагнетик
Родий Rh 45 12,48 1970 247 88,0 8,5 102 0,043 Парамагнетик
Ртуть Hg 80 13,50 — 39 138 7,9 182,0 0,958 Диамагнетик
Рубидий Rb 37 1,53 39 335 35,6 90,0 0,022 0,120 Парамагнетик
Рутений Ru 44 12,4 2250 239 9,1 220 0,075 Парамагнетик
Свинец Pb 82 11,34 327 130 35,0 28,3 3,9 0,190 Диамагнетик
Серебро Ag 47 10,49 960,5 235 453,0 18,6 25 0,015 Диамагнетик
Скандий Sc 21 3,00 1540 545 11,3 11,4 75 0,660 Парамагнетик
Стронций Sr 38 2,63 770 737 21,0 14 0,227 Парамагнетик
Таллий Tl 81 11,85 303 147 35 28,0 2,7 0,180 Диамагнетик
Тантал Ta 73 16,6 3000 150 50 6,6 47 0,124 Парамагнетик
Титан Ti 22 4,52 1670 550 21,9 8,1 73 0,470 Парамагнетик
Торий Th 90 11,6 1750 113 37,0 11,5 41 0,130 Парамагнетик
Уран U 92 19,05 1130 26,7 14,0 244 0,300 Парамагнетик
Хром Cr 24 7,19 1900 462 88,6 6,2 114 0,130 Антиферромагн.
Цезий Cs 55 1,90 28 220 18,4 97 0,015 0,190 Парамагнетик
Церий Ce 58 6,78 795 210 10,9 7,1 20 0,750 Парамагнетик
Цинк Zn 30 7,14 419,5 336 113,0 30,0 42 0,059 Диамагнетик
Цирконий Zr 40 6,50 1855 277 29,5 6,3 66 0,410 Парамагнетик

Основные материалы таблицы получены из справочника по электротехническим материалам том 3 под ред. Ю.В. Корицкого, В.В. Пасынкова, Б.М. Тареева

Источник информации

</h5>Больше интересного в телеграм @calcsbox

Прочность. Прочностью называют свойство твердых тел сопротивляется разрушению, а также необратимыми изменениями формы. Основным показателем прочности является временное сопротивление, определяемое при разрыве цилиндрического образца, предварительно подвергнутого отжигу. По прочности металлы можно разделить на следующие группы:

непрочные (временное сопротивление не превышает 50 МПа) — олово, свинец, висмут, а также мягкие щелочные металлы;

прочные (от 50 до 500 МПа) — магний, алюминий, медь, железо, титан и другие металлы, составляющие основу важнейших конструкционных сплавов;

высокопрочные (более 500 МПа) — молибден, вольфрам, ниобий и др.

К ртути понятие прочности неприменимо, поскольку это жидкость.

Временное сопротивление металлов указано в таблице 10.

Металл Временное сопротивление, МПа Металл Временное сопротивление, МПа
Титан 580 Цинк 120-140
Железо 200-300 Алюминий 80-120
Медь 200-250 Золото 120
Магний 120-200 Олово 27
Серебро 150 Свинец 18

Пластичность. Пластичность — это свойство твердых тел сохранять часть деформации при снятии нагрузок, которые их вызвали. В качестве показателя пластичности выборочно относительное удлинение, определяемое при тех же испытаниях, что и временное сопротивление.

По степени пластичности металлы принято подразделять следующим образом:

высокопластичные — (относительное удлинение превосходит 40 %) — металлы, составляющие основу большинства конструкционных сплавов (алюминий, медь, железо, титан, свинец) и «легкие» металлы (натрий, калий, рубидий идр.);

пластичные — (относительное удлинение лежит в диапазоне между 3% и 40%) — магний, цинк, молибден, вольфрам, висмут и др. (наиболее обширная группа);

хрупкие — (относительное удлинение меньше 3%) — хром, марганец, кольбат, сурьма.

Высокая очистка хрупких металлов несколько повышает пластичность. Сплавы, полученные на их основе, почти не поддаются обработке давлением. Промышленные изделия из них часто получают путем литья. Относительное удлинение металлов характеризует таблица 11.

Таблица 11. Пластичность металлов.

Металл Относительное удлинение, % Металл Относительное удлинение, %
Золото 65 Титан 50
Серебро 65 Олово 40
Свинец 65 Алюминий 30-40
Медь 50-60 Цинк 30
Железо 40-50 Магний 10-22

Твердость. Твердость — это характеристика материала, отражающая его прочность и пластичность, определяемая путем вдавливания шарика (метод Бринелля) или призмы (метод Виккерса). Количественный оценкой твердости является число твердости НВ, равное отношению нагружения (Н) к площади поверхности отпечатка (мм2). Значения твердости металлов по Бринеллю приведена в таблице 12.

Таблица 12. Твердость металлов.

Металл НВ Металл НВ
Титан 160 Алюминий 16-25
Железо 70-80 Серебро 25
Магний 30-40 Золото 18
Медь 40 Олово 5
Цинк 33 Свинец 4

Модуль продольной упругости. Модуль продольной упругости, или модуль Юнга, Е определяет жидкость металла , т.е. интенсивность увеличения напряжения по мере увеличения упругости деформации (таблица 13).

Таблица 13. Модуль Юнга металлов при 20 oС.

Металл Е * 10-5, МПа Металл Е * 10-5, МПа
Железо 2,17 Золото 0,83
Цинк 1,30 Алюминий 0,72
Медь 1,25 Олово 0,55
Титан 1,08 Магний 0,45
Серебро 0,83 Свинец 0,18

отсюда

Основными механическими свойствами являются прочность, упругость, вязкость,твердость. Зная механические свойства, конструктор обоснованно выбирает соответствующий материал, обеспечивающий надежность и долговечность конструкций при их минимальной массе. Механические свойства определяют поведение материала при деформации и разрушении от действия внешних нагрузок.

В зависимости от условий нагружения механические свойства могут определяться при:

  1. Статическом нагружении – нагрузка на образец возрастает медленно и плавно.
  2. Динамическом нагружении – нагрузка возрастает с большой скоростью, имеет ударный характер.
  3. Повторно, переменном или циклическим нагружении – нагрузка в процессе испытания многократно изменяется по величине или по величине и направлению.

Для получения сопоставимых результатов образцы и методика проведения механических испытаний регламентированы ГОСТами.

Механические свойства металлов, сталей и сплавов. Прочность.

Прочность – способность материала сопротивляться деформациям и разрушению.

Испытания проводятся на специальных машинах, которые записывают диаграмму растяжения, выражающую зависимость удлинения образца Δl (мм) от действующей нагрузки Р, то есть Δl = f(P). Но для получения данных по механическим свойствам перестраивают: зависимость относительного удлинения Δl от напряжения δ.

Диаграмма растяжения материала

Рис 1: а – абсолютная, б – относительная; в – схема определения условного предела текучести

Проанализируем процессы, которые происходят в материале образца при увеличении нагрузки: участок оа на диаграмме соответствует упругой деформации материала, когда соблюдается закон Гука. Напряжение, соответствующее упругой предельной деформации в точке а, называется пределом пропорциональности.

Механические свойства металлов, сталей и сплавов. Предел пропорциональности.

Предел пропорциональностипц) – максимальное напряжение, до которого сохраняется линейная зависимость между деформацией и напряжением.

При напряжениях выше предела пропорциональности происходит равномерная пластическая деформация (удлинение или сужение сечения). Каждому напряжению соответствует остаточное удлинение, которое получаем проведением из соответствующей точки диаграммы растяжения линии параллельной оа.

Так как практически невозможно установить точку перехода в неупругое состояние, то устанавливают условный предел упругости, – максимальное напряжение, до которого образец получает только упругую деформацию. Считают напряжение, при котором остаточная деформация очень мала (0,005…0,05%). В обозначении указывается значение остаточной деформации (σ0.05).

Механические свойства металлов, сталей и сплавов. Предел текучести.

Предел текучести характеризует сопротивление материала небольшим пластическим деформациям. В зависимости от природы материала используют физический или условный предел текучести.

Физический предел текучестиσm – это напряжение, при котором происходит увеличение деформации при постоянной нагрузке (наличие горизонтальной площадки на диаграмме растяжения). Используется для очень пластичных материалов.

Но основная часть металлов и сплавов не имеет площадки текучести.

Условный предел текучести σ0.2 – это напряжение вызывающее остаточную деформацию δ = 0.20%.

Физический или условный предел текучести являются важными расчетными характеристиками материала. Действующие в детали напряжения должны быть ниже предела текучести. Равномерная по всему объему пластическая деформация продолжается до значения предела прочности. В точке в в наиболее слабом месте начинает образовываться шейка – сильное местное утомление образца.

Механические свойства металлов, сталей и сплавов. Предел прочности.

Предел прочностиσв напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, которую выдерживает образец до разрушения (временное сопротивление разрыву).

Образование шейки характерно для пластичных материалов, которые имеют диаграмму растяжения с максимумом. Предел прочности характеризует прочность как сопротивления значительной равномерной пластичной деформации. За точкой В, вследствие развития шейки, нагрузка падает и в точке С происходит разрушение.

Истинное сопротивление разрушению – это максимальное напряжение, которое выдерживает материал в момент, предшествующий разрушению образца (рисунок 2).

Истинное сопротивление разрушению значительно больше предела прочности, так как оно определяется относительно конечной площади поперечного сечения образца.

Истинная диаграмма растяжения

Рис. 2

Fк— конечная площадь поперечного сечения образца.

Истинные напряжения Si определяют как отношение нагрузки к площади поперечного сечения в данный момент времени.

При испытании на растяжение определяются и характеристики пластичности.

Механические свойства металлов, сталей и сплавов. Пластичность.

Пластичностьспособность материала к пластической деформации, то есть способность получать остаточное изменение формы и размеров без нарушения сплошности. Это свойство используют при обработке металлов давлением.

Характеристики:

  • относительное удлинение:

lо и lк – начальная и конечная длина образца;

Δlост – абсолютное удлинение образца, определяется измерением образца после разрыва.

  • относительное сужение:

Fо – начальная площадь поперечного сечения;

Fк – площадь поперечного сечения в шейке после разрыва.

Относительное сужение более точно характеризует пластичность и служит технологической характеристикой при листовой штамповке.

Пластичные материалы более надежны в работе, так как для них меньше вероятность опасного хрупкого разрушения.

Статьи по темехнологические свойства материалов (металлов). Эксплуатационные свойства материалов (металлов).</li>Усталостная прочность. Предел выносливости. Живучесть материалов.</li>Технологические свойства материалов. Ковкость металлов. Влияние температуры на свойства.</li>Твердые сплавы. Твердый сплав вк. Свойства твердых сплавов. Марки твердых сплавов. Применение твердых сплавов.</li>Алюминий металл. Алюминиевые сплавы. Свойства алюминиевых сплавов. Литейные алюминиевые сплавы. Применение алюминиевых сплавов. Дуралюмин. Силумин.</li>Используемые источники:

  • https://calcsbox.com/post/mehaniceskie-svojstva-osnovnyh-metallov.html
  • https://tsvetmet.wordpress.com/2019/10/09/механические-свойства-металлов/
  • http://www.mtomd.info/archives/1171