Podstawowe właściwości mechaniczne materiałów metalowych

Właściwości materiałów metalowych są generalnie podzielone na dwie kategorie: wydajność procesu i wydajność użytkowania. Tak zwana wydajność procesu odnosi się do wydajności materiałów metalowych w określonych warunkach obróbki na zimno i na gorąco podczas procesu produkcji części mechanicznych. Jakość wydajności procesu materiałów metalowych określa ich zdolność adaptacji do obróbki i formowania podczas procesu produkcji. Ze względu na różne warunki przetwarzania wymagane właściwości procesu są również różne, takie jak wydajność odlewania, spawalność, kuźniczość, wydajność obróbki cieplnej, przetwarzalność cięcia itp. Tak zwana wydajność odnosi się do wydajności materiałów metalowych w warunkach użytkowania części mechanicznych, co obejmuje właściwości mechaniczne, właściwości fizyczne, właściwości chemiczne itp. Wydajność materiałów metalowych określa zakres ich użytkowania i żywotność.

W przemyśle maszynowym ogólne części mechaniczne są używane w normalnej temperaturze, normalnym ciśnieniu i w nie silnie korozyjnych mediach, a podczas użytkowania każda część mechaniczna będzie wytrzymywać różne obciążenia. Zdolność materiałów metalowych do opierania się uszkodzeniom pod obciążeniem nazywana jest właściwościami mechanicznymi (lub właściwościami mechanicznymi). Właściwości mechaniczne materiałów metalowych stanowią główną podstawę projektowania i doboru materiałów części. W zależności od charakteru zastosowanego obciążenia (takiego jak rozciąganie, ściskanie, skręcanie, uderzenie, obciążenie cykliczne itp.), właściwości mechaniczne wymagane dla materiałów metalowych również będą różne. Powszechnie stosowane właściwości mechaniczne obejmują: wytrzymałość, plastyczność, twardość, wytrzymałość, odporność na wielokrotne uderzenia i granicę zmęczenia. Każda właściwość mechaniczna jest omówiona oddzielnie poniżej.

1. Siła

Wytrzymałość odnosi się do zdolności materiału metalowego do przeciwstawiania się uszkodzeniom (nadmiernej deformacji plastycznej lub pękaniu) pod obciążeniem statycznym. Ponieważ obciążenie działa w formie rozciągania, ściskania, zginania, ścinania itp., wytrzymałość dzieli się również na wytrzymałość na rozciąganie, wytrzymałość na ściskanie, wytrzymałość na zginanie, wytrzymałość na ścinanie itp. Często istnieje pewna zależność między różnymi wytrzymałościami. W użyciu wytrzymałość na rozciąganie jest ogólnie używana jako najbardziej podstawowy wskaźnik wytrzymałości.

2. Plastyczność

Plastyczność odnosi się do zdolności materiału metalowego do wywoływania odkształceń plastycznych (trwałych) bez niszczenia pod wpływem obciążenia.

3. Twardość

Twardość jest miarą twardości lub miękkości materiału metalowego. Obecnie najpowszechniej stosowaną metodą pomiaru twardości w produkcji jest metoda twardości wciskanej, która wykorzystuje wciskacz o określonym kształcie geometrycznym do wciskania w powierzchnię testowanego materiału metalowego pod określonym obciążeniem, a wartość twardości jest mierzona na podstawie stopnia wciskania.
Do powszechnie stosowanych metod zalicza się twardość Brinella (HB), twardość Rockwella (HRA, HRB, HRC) i twardość Vickersa (HV).

4. Zmęczenie

Wytrzymałość, plastyczność i twardość omówione wcześniej są wskaźnikami wydajności mechanicznej metalu pod obciążeniem statycznym. W rzeczywistości wiele części maszyn jest eksploatowanych pod obciążeniem cyklicznym, a zmęczenie wystąpi w tych częściach w takich warunkach.

5. Wytrzymałość na uderzenia

Obciążenie działające na część maszyny z bardzo dużą prędkością nazywa się obciążeniem udarowym, a zdolność metalu do przeciwstawienia się uszkodzeniom pod wpływem obciążenia udarowego nazywa się wytrzymałością na uderzenia.