Podstawowe właściwości mechaniczne materiałów metalowych

Właściwości materiałów metalowych można ogólnie podzielić na dwie kategorie: wydajność procesową i wydajność użytkową. Tak zwana wydajność procesowa odnosi się do wydajności materiałów metalowych w określonych warunkach obróbki na zimno i na gorąco podczas procesu wytwarzania części mechanicznych. Jakość wydajności procesowej materiałów metalowych decyduje o ich zdolności adaptacji do obróbki i formowania w procesie wytwarzania. Ze względu na różne warunki przetwarzania wymagane właściwości procesowe są również różne, takie jak wydajność odlewania, spawalność, kuźność, wydajność obróbki cieplnej, podatność na obróbkę skrawaniem 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 decyduje o zakresie ich użytkowania i trwałości.

W przemyśle maszynowym, ogólne części mechaniczne są używane w normalnej temperaturze, normalnym ciśnieniu i w mediach nieagresywnych, a podczas użytkowania każda część mechaniczna będzie poddawana innym obciążeniom. Zdolność materiałów metalowych do przeciwstawiania 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 przyłożonego obciążenia (takiego jak rozciąganie, ściskanie, skręcanie, uderzenie, obciążenie cykliczne itp.), wymagane właściwości mechaniczne materiałów metalowych również będą się różnić. Powszechnie stosowane właściwości mechaniczne obejmują: wytrzymałość, plastyczność, twardość, udarność, wielokrotną udarność i granicę zmęczenia. Każda właściwość mechaniczna została omówiona osobno poniżej.

1. Siła

Wytrzymałość odnosi się do zdolności materiału metalowego do przeciwstawiania się uszkodzeniom (nadmiernym odkształceniom plastycznym lub pęknięciom) pod wpływem obciążenia statycznego. Ponieważ obciążenie działa w postaci rozciągania, ściskania, zginania, ścinania itp., wytrzymałość dzieli się również na wytrzymałość na rozciąganie, ściskanie, zginanie, ścinanie itp. Często istnieje pewna zależność między różnymi wytrzymałościami. W praktyce wytrzymałość na rozciąganie jest zazwyczaj uznawana za podstawowy wskaźnik wytrzymałości.

2. Plastyczność

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

3. Twardość

Twardość jest miarą twardości lub miękkości materiału metalowego. Obecnie najpowszechniej stosowaną metodą pomiaru twardości w produkcji jest metoda wciskania, która polega na wciskaniu wgłębnika o określonym kształcie geometrycznym w powierzchnię badanego materiału metalowego pod określonym obciążeniem. Wartość twardości jest mierzona na podstawie stopnia wciśnięcia.
Do powszechnie stosowanych metod należą twardość Brinella (HB), twardość Rockwella (HRA, HRB, HRC) i twardość Vickersa (HV).

4. Zmęczenie

Wytrzymałość, plastyczność i twardość, o których mowa wcześniej, to wskaźniki mechanicznej sprawności metalu pod obciążeniem statycznym. W rzeczywistości wiele części maszyn pracuje pod obciążeniem cyklicznym, a w takich warunkach dochodzi do zmęczenia materiału.

5. Wytrzymałość na uderzenia

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