Наши группы:

Механические свойства

Механические свойства материала – это одно из самых распространенных и важных понятий, без четкого понимания которого не получится организовать дальнейшую работу с материалом. Это то фундаментальное знание, которое необходимо как инженеру, так и простому образованному человеку.

Что приходит вам на ум, когда вы слышите слово механика? Скорее всего что-то чётко осязаемое и хорошо понятное. Вращение колеса, падение камня, движение велосипеда, способность образца ломаться от удара и прочие похожие моменты. Совершенно правильно, что в вашей голове формируются такие ассоциации. В физике механика – это целый раздел, в котором разбираются все описанные взаимодействия. Это наука, изучающая движение материальных тел и взаимодействие между ними.

Что же тогда такое механические свойства?

Это свойства материала или тела, которые характеризуют способность данного объекта сопротивляться внешним механическим воздействиям. Кроме того, сюда же относят и особенности реакции материала на такое внешнее воздействие. К механическим воздействиям относятся удары, падения, трение, точение…да и всё остальное, что имеет аналогичный характер воздействия на объект. Без знаний этих особенностей мы не можем решить ни одну инженерную задачу. Так, если сделать рессору автомобиля из хрупкого материала, она прослужит всего пару циклов, а если сделать нож из мягкой стали, то он вряд ли сможет долго резать хлеб. Так что знания эти категорически необходимы.

Как правило разобраться в понятии механические свойства совсем не сложно. Ученики, которые легко ориентируются в технических дисциплинах, довольно быстро выстраивают у себя в голове некоторую логическую цепочку и быстро схватывают все особенности этого термина.

Механических свойств довольно много. Ведь и взаимодействий, в которые может вступать наш исследуемый объект, существует бесчисленное множество. Принято выделять основные из них и по ним характеризовать рассматриваемый образец.

Основные механические свойства

К основным механическим свойствам относят такие свойства, как твёрдость, прочность, вязкость, упругость, пластичность, хрупкость, выносливость. Интересно отметить, что в институтах чаще всего изучают одну лишь твёрдость. Всё дело в том, что прослушиваемый курс сжат до неприличия. Но зная что-то о твёрдости уже можно делать какие-то выводы. Про этом мы уже рассказали в материале про твёрдость.

В большинстве случаев, все механические свойства взаимосвязаны. Практически всегда можно построить здравую логику. Например, если материал твёрдый, то скорее всего, он будет и хрупким. Но существуют и отклонения. Про это поговорим отдельно.

Ну что же, теперь по порядку про свойства.

Твёрдость – это одно из самых важных механических свойств. Характеризует способность материала сопротивляться внедрению в него более твёрдого тела, которое называют индентор. Определение довольно замороченное, но иначе это и не скажешь. Другая формулировка заставит вас путать твёрдость с рядом других механических свойств. Между тем, способность материалов успешно работать, например, в парах трения характеризуется именно механической твёрдостью. Всегда, когда речь идёт про твёрдость, удобно представлять себе пластилин и гвоздь, который его протыкает.

Прочность – это способность тела или образца противостоять разрушению, при воздействии внешних воздействий. Часто это свойство путают и с твёрдостью, и с упругостью. На самом же деле, когда мы говорим о прочности, мы всегда должны вспоминать именно противостояние разрушению. Запомните, что прочность измеряют в мегапаскалях и это сразу должно наводить на мысли о мере силы, необходимой для разрушения объекта. Если палка упругая, то оно неплохо противостоит разрушению. Но при этом она остаётся упругой. Плохая палка может быть упругой, но не противостоять её разрушению в должной мере. Прочностей существует очень и очень много. Есть целый цикл механических испытаний. Это тема для отдельной статьи.

Вязкость – это способность материала сохранять прочность при появлении силового воздействия. Вязкий материал “дольше” отвечает на воздействие. Вспомните, например, жевательную резинку. Она имеет огромную вязкость. Она удлиняется и не рвётся. Вот также и металлические образцы или другие твёрдые тела могут отвечать на силовое воздействие. Да, металл тоже может вести себя как шоколадная тянучка. Все металлы ведут себя так в разной степени. Степень того, насколько металл сильно способен превратиться в шоколадную тянучку (например, удлиняться без разрушения) и есть вязкость.

Упругость – это механическое свойство мы уже затрагивали выше. Что тут добавить? Ну наверное многие из вас пытались ломать ветки ивы. Кто из баловства, а кто и для того, чтобы сделать лук, как у индейца. Вот палка для лука индейца упругая. Отсюда следует, что упругость – есть способность тела возвращаться к его первоначальному виду и размеру после снятия внешнего нагружения. Часто связано с прочностью и твёрдостью. Более твёрдые тела менее упругие. Но прямая закономерность обнаруживается далеко не всегда.

Пластичность – это свойство, противоположное упругости. Если ветка ивы у нас возвращается к первоначальной конфигурации, то алюминиевая проволока, согнутая руками, обратно не возвращается. Но при этом она и не ломается. Это значит, что пластичность есть свойство материала принимать новую форму без разрушения при воздействии внешней силы. Пластичность связывается с вязкостью, но и тут прямой закономерности нет. Всё зависит от рода материала.

Хрупкость – по учебникам это способность материала разрушаться без образования пластических деформаций. Антипод понятия вязкость. Упростим. Вспомните, как разбивается бокал или бутылка. Все осколки можно собрать и склеить обратно. Теперь вспомните, как ломается, например, пластиковая ручка. Её нужно перегнуть несколько раз и приложить так называемое циклическое нагружение. При этом, излом будет вытянутый и соединить две части сломанного изделия в ту же форму не выйдет. Вот стеклянная бутылка или рюмка являются хрупкими. Такое же свойство можно наблюдать и у металлов, и у других материалов. Часто высокая твёрдость связывается с высокой хрупкостью, но это не всегда так. Разве что, высокая пластичность не совместима с высокой хрупкостью и высокой вязкостью.

Выносливость – механическое свойство, определяющее сколько материал может противостоять внешнему воздействию. Вот ходите вы на работу и есть у вас какой-то запас сил после выходных или отпуска. В какой-то момент силы подходят к концу и идти всё тяжелее. Примерно такая же ситуация у металла. Материал долгое время сохранял упругость, но в какой-то момент стал пластичным. Был твёрдым до определенного предела. Если сформулировать это по умному, то выйдет, что выносливость – это характеристика, определяющее количество циклов приложения нагрузки к образцу до его разрушения или изменения свойств.

От этих основных механических свойств строятся и их производные.

Как правило, производная сопровождается некоторой приставкой, характеризующей особенность воздействия. Например, ЖАРО-прочность. Что это такое? Это уже эксплуатационное свойство, определяющее способность тела сохранять прочность при экстремально высоких температурах. Например, жаропрочность олова очень низкая, а нержавеющей стали высокая. Или истираемость. По сути это выносливость при работе на трение. Пока образец не меняет свою физическую характеристику (размеры), он противостоит истиранию. Как только он начал уменьшаться, значит идёт износ и выносливость падает.

Вы же сказали, что механических свойств много…

Чуть выше мы написали, что от основных механических свойств строятся дополнительные. Не нужно забывать, что механические свойства = это все характеристики, определяющие поведение материала под действием приложенных внешних сил. Именно поэтому, отталкиваемся мы от основных свойств, а в уме держим описанное.

Почему же тогда в учебниках рассматривают одни свойства, а не другие?

Потому что учебник как правило ориентирован на определенного рода специалистов. Например, если учебник материаловедения написан для машиностроителей, то и механические свойства там будут разбираться такие, которые связаны с автомобилями.

Соответственно все свойства, где речь идёт про некоторые особенности испытаний, тоже механические, но уже специальные. Хорошим примером может быть способность материала долгое время сохранять прочность или временная зависимость прочности. Это отдельное механическое свойство, содержащее в себе понятие прочность и граничные параметры.

Как изучают механические свойства

Это огромная тема и если интересно послушать про это подробно, то обязательно пишите в комментариях. Здесь же опишем основы.

Итак, механические свойства изучают для того, чтобы получить максимальную информацию о поведении материала в реальной жизни и понять, подходит ли он для использования в данной ситуации. Именно поэтому, и свойства определяются по аналогии с реальными ситуациями. Правда сами по себе методики иногда довольно хитрые, но все они следуют из определений каждого свойства.

Механистические свойства определяют в условиях, приближенных к жизни. Есть статические испытания, динамические испытания, циклические испытания, испытания в специальных условиях (для определения особенности поведения в конкретных условиях, например при повышенной температуре).

При статических испытаниях сила прилагается крайне медленно и равномерно. Примером может являться прибор измерения твёрдости. При динамических быстро. Пример – копёр или топор на палке.

Про каждую из методик можно написать целую отдельную большую статью, но это уже совсем другая история. Как вы видите, с механическими свойствами всё довольно просто и для понимания важна внимательность. Наибольший интерес тут представляют не сами свойства, а их значения и зависимость от какого-то фактора.


Поделиться:

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *