Твердость (свойство материала оказывать сопротивление пластической деформации при внедрении в его поверхность более твердого тела). Методы измерения твёрдости:
1. По Бринеллю - в образец вдавливается шарик из закаленной стали или твёрдого сплава (число твердости по Бринеллю обозначается цифрами, характеризующими величину твердости, и буквами НВ при применении стального шарика, например 400 НВ, или HBW при применении шарика из твердого сплава.) Используется для испытания цветных металлов и их сплавов, незакаленных сталей, чугунов, подшипниковых сплавов.
2. По Роквеллу - в образец вдавливается алмазный конус или стальной закаленный шарик (число твердости обозначатся буквами HRB, НRC, HRA; например, 52 НRC 52 единицы твердости, замеренной алмазным конусом)
Шкала
Твердость
Наконечник
Применени
В
HRB
Стальной шарик
Цветные сплавы, нетермообработанные стали
С
НRC
Алмазный конус
Твердые термобработанные стали
А
HRA
Алмазный конус
Сверхтвердые сплавы, тонкие поверхностные слои, тонколистовой материал
3. По Виккерсу – в образец вдавливается алмазная четырёхгранная пирамида (число твердости условно обозначается HV). Применим для сверхтвердых материалов (твердых сплавов и т. п.)
Вязкость
Основная характеристика – ударная вязкость (Дж/м2)
, где К – работа по разрушению образца ё; – начальная площадь поперечного сечения образца в месте надреза, м2.
В зависимости от типа концентратора напряжений ударная вязкость обозначается KСU, KCV, КСТ: U – при обычных испытаниях металлов; V – для конструкций повышенной степени надежности (летательные аппараты, трубопроводы, сосуды давления): Т – для особо ответственных конструкций.
Выносливость (свойство металлов сопротивляться усталости). Предел выносливости – наибольшее напряжение, которое не вызывает разрушения образца при произвольно большом числе циклов нагружения. Предел выносливости обозначают σR, а при симметричном цикле σ-1.
Строение материалов.
Все металлы имеют кристаллическое строение. Типы кристаллических решеток металлов:
Элементарная ячейка – наименьший объём кристалла, дающий представление об атомной структуре.
Период (параметр) решётки – расстояние по ребру элементарной ячёйки между центрами соседних атомов.
Координационное число К показывает сколько атомов находится на наиболее близком и равном расстоянии от данного атома.Чем больше К, тем больше плотность.
Базис решетки – количество атомов, принадлежащих данной элементарной ячейке.
Коэффициент компактности – отношение объёма, занимаемого атомами ко всему объёму решётки
Полиморфизм (аллотропия) – существование одного и того же металла в нескольких кристаллических формах. Модификации обозначаются греческими буквами.
Дефекты кристаллического строения
1. Точечные:
А) вакансии (отсутствие атомов в узлах кристаллической решётки);
Б) межузельные (находящиеся вне узлов кристаллической решётки) атомы;
В) примесные атомы, выделяют:
– примесь замещения (занимающие в кристаллической решётке места основных атомов);
Б) дислокации (линии, вдоль и вблизи которых нарушено правильное периодическое расположение атомных плоскостей кристалла), выделяют:
– краевые;
– винтовые дислокации.
3. Поверхностные:
–границы зёрен;
– дефекты упаковки.
Наклёп – это упрочнение металла в процессе пластической деформации. Упрочнение объясняется увеличением числа дефектов кристаллического строения (в основном, дислокаций). В результате наклёпа уменьшается плотность металла, сопротивление коррозии, повышается электросопротивление. Устранить явление наклёпа можно с помощью рекристаллизационного отжига (см. раздел «Термообработка сталей»).
Сплавы
Сплав – вещество, состоящее их двух или более компонентов, которые могут образовывать:
1. твердые растворы (замещения и внедрения) – ограниченные (рис. в) и неограниченные (рис.а);
2. механические смеси (рис. б);
3. химические соединения (рис. г).
K
N
Ж+
AnBm
C
А
Ж+
AnBm
АnВm
100 % А
в
100 % В
100 % А
100 % В
100 % В
100 % А
100 % В
100 % А
D
AnBm +β
А + AnBm
А +Ж
β
Ж + β
М
F
C
Е
D
В
А
Е
C
D
В
А
β
α
α+β
Ж+β
α+Ж
Ж
Ж
Ж
Т, оС
Т, оС
г
б
а
Ж
В
Ж+ В
Ж+ А
В
А
α
Ж+α
Ж
Е
А + В
Компоненты – это простые вещества (химические элементы), из которых состоит сплав. Иногда за компоненты принимают устойчивые химические соединения.
Фазы в сплаве – это однородные части неоднородной системы, отделенные от остальной системы видимой границей раздела, при переходе через которую скачкообразно меняются состав, строение, свойства.
Взаимосвязь между количеством компонентов К, количеством фаз Ф и числом степеней свободы С (т. е. числом переменных параметров, которые можно менять, не нарушая фазового состава сплава) выражается правилом фаз:
С = К – Ф + 1
Количественные соотношения в двухфазных областях диаграммы регулируются правилом отрезков: через заданную точку в двухфазной области диаграммы проводят горизонтальную прямую до пересечения с линиями диаграммы, затем замеряют отрезки, Количество кристаллов α в точке а будет пропорционально противолежащему отрезку ас:
Количество жидкого сплава соответственно отрезку ab:
Процессы стуктурообразования описываются с помощью кривой охлаждения.
Механические свойства.
- предел прочности - основная характеристика прочности (напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца (точка Е), называется временным сопротивлением). F0 – начальная площадь поперечного сечения образца, м2.
, где К – работа по разрушению образца ё; 
– начальная площадь поперечного сечения образца в месте надреза, м2.
