Сталь и ее свойстваСталью называются сплавы железа с углеродом и другими элементами, содержащие менее 2,14 % С.

Стали широко применяются во всех сферах жизнедеятельности человека. В промышленности сталь является основным материалом, широко применяемым в машиностроении, а также для изготовления различного инструмента. Она сравнительно недорога; обладает ценным комплексом механических, физико-химических и технологических свойств; производится в больших количествах.

Основными характеристиками механических свойств металлов являются: прочность, пластичность, твердость, ударная вязкость.

Прочность металла или сплава — это его способность сопротивляться разрушению под действием внешних сил (нагрузок). В зависимости от характера действия этих сил различают прочность на растяжение, сжатие, изгиб и кручение, а также усталость металлов.

Для испытания на растяжение из металла или сплава изготовляют образцы, форма и размеры которых установлены ГОСТом. Испытание прочности труб и проволоки производится в натуральном виде, т.е. без изготовления образцов. Испытание производится на разрывных машинах.

Наибольшая нагрузка Рв, когда образец металла начинает сужаться (образуется шейка), называется нагрузкой предела прочности при растяжении, а напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, называется пределом прочности при растяжении — ?в и определяется как отношение наибольшей нагрузки Рв к первоначальной площади поперечного сечения образца Fo т. е.

предел прочности при растяжении

где Рв — наибольшая нагрузка, при которой образец разрушается, кг; Fo — площадь поперечного сечения образца до разрыва, мм2.

Пластичность — это способность металла, не разрушаясь, изменять форму под действием нагрузки и сохранять измененную форму после снятия нагрузки.

Пластичность металлов определяется также при испытании на растяжение. По величине удлинения образца и величине уменьшения его поперечного сечения судят о пластичности материала. Чем больше удлиняется образец, тем более пластичен металл. Пластичные металлы и сплавы хорошо подвергаются обработке давлением.

Характеристикой пластичности металлов является предел текучести, ?T относительное удлинение и относительное сужение

предел текучести

где Рт — нагрузка, при которой начинают изменяться форма и размеры образца.

Относительным удлинением ? называется отношение величины приращения длины образца после разрыва к его первоначальной длине, выраженное в процентах:

Относительное удленение

где l1 — длина после разрыва, мм; l0 — первоначальная длина расчетной части образца, мм.

Относительное сужение ? — отношение уменьшения к первоначальной площади его поперечного сечения, выраженное в процентах:

Относительное сужение

где F0— площадь поперечного сечения образца до начала испытания, мм2; F1 — площадь поперечного сечения в месте разрыва образца после испытания, мм2.

Ударная вязкость — это способность металлов и сплавов оказывать сопротивление действию ударных нагрузок.

Для испытания материала на ударную вязкость изготовляют стандартные образцы с надрезом в виде брусков с квадратным сечением и определенных размеров. Испытания проводят на специальном устройстве, называемом маятниковый копер. Маятник с закрепленным грузом массой 10, 15 и 30 кг поднимают на определенную высоту и закрепляют в этом положении защелкой. После освобождения маятник падает и производит удар по образцу со стороны, противоположной надрезу.

Разрушение образцов имеет различный характер. У хрупких металлов образцы разрушаются без изменения формы, у вязких металлов они подвергаются значительному изгибу в месте излома. Ударная вязкость является важной характеристикой материала деталей, которые в процессе работы того или иного механизма испытывают кратковременную ударную нагрузку (например, коленчатые валы двигателей, валы и шестерни коробок передач, полуоси колес и др.). Вязкость — свойство, противоположное хрупкости.

Твердость — это свойство металла оказывать сопротивление проникновению в него другого, более твердого тела, не получающего остаточных деформаций.

Твердость тесно связана с такими важными характеристиками металлов и сплавов, как прочность, износоустойчивость.

Есть несколько методов определения твердости (рис. 1), наиболее широкое распространение получили следующие:

— вдавливание шарика из твердой стали (метод Бринелля) НВ;

— вдавливание вершины алмазного конуса или стального шарика (метод Роквелла) НRс;

— вдавливание вершины алмазной пирамиды (метод Виккерса) НV.

несколько методов определения твердости

Рис 1 .
Определение твердости металлов методами:
Бринелля (а) Роквелла (б) Виккерса(в)