Свойства материалов

Каждый материал обладает определенными механическими, хи­мическими и технологическими свойствами. Эти свойства опреде­ляются ГОСТами на материалы в состоянии поставки.

Основные показатели, характеризующие свойства материала и определяющие его выбор для данного изделия, записывают в стандарты и ТУ на эти изделия. Это относится прежде всего к механическим и химическим (антикоррозионным) свойствам, опре­деляющим надежность работы и долговечность изделия.

К механическим свойствам материала относятся прочность, твердость, упругость, вязкость, пластичность и хрупкость.

Прочность—способность материала сопротивляться воздей­ствию внешних сил не разрушаясь. Для большинства материалов прочность оценивают величиной предела прочности при растяжении:

σ_В=P/F кгс/мм²,

где Р — сила, в килограммах (обозначается кгс), при которой об­разец разрушается, кгс; F — площадь поперечного сечения испы­туемого стандартного образца материала, мм².

Показатель прочности и относительного удлинения при растя­жении (см. ниже) широко используют при оценке механических свойств металлов, пластмасс, резины, тканей, нитей и других ма­териалов. Для некоторых материалов (чугун, стекло), имеющих сравнительно низкую прочность на растяжение, применяют пока­затель прочности на сжатие, измеряемый аналогичными показа­телями. Так, прочность пластмасс и стекла на сжатие в 15—20 раз больше, чем на растяжение, и сопоставима с прочностью на рас­тяжение стали (до 100 кгс/см²).

Твердость — способность материала сопротивляться вдав­ливанию в них какого-либо тела. Этот показатель имеет особое значение для металлов. Для металлов существуют также наибо­лее обоснованные методы определения твердости: метод Бриннеля (вдавливание стального шарика) и метод Роквелла (вдавливание конусообразной алмазной пирамиды). Число твердости определяют по специальным таблицам и обозначают соответственно НВ иHRC. По Бриннелю определяют твердость сырых (термически не обработанных) металлов, по Роквеллу — твердость закаленных изделий (режущих инструментов).

Мерой твердости по Бриннелю служит величина:

НВ= P/F,

где Р — сила вдавливания стального шарика, кгс; F — площадь поверхности сферического отпечатка, мм².

Между пределом прочности и твердостью по Бриннелю существу­ет устойчивая связь, поэтому по измерению твердости стали в со­стоянии поставки можно судить и об ее прочности.

Для определения единиц твердости по размерам отпечатка ис­пользуют специальные таблицы.

Существует также метод Виккерса, отличающийся от метода Роквелла тем, что испытание производят при малых усилиях и ме­рой твердости служит размер диагонали отпечатка. Так как отпе­чаток сравнительно мал, метод используют для определения твер­дости тонких изделий.

Упругость—способность материала изменять свою форму под действием внешних сил и восстанавливать ее после прекра­щения действия этих сил. Высокой упругостью должна обладать сталь для различных пружинящих инструментов (пинцеты, крово­останавливающие зажимы и др.).

Отношение нагрузки, при которой у образца появляется оста­точное удлинение, к площади его первоначального поперечного се­чения в квадратных миллиметрах, называют пределом упру­гости. Таким образом, предел упругости σ_у измеряют так же, как и предел прочности. Сталь имеет предел упругости около 30 кгс/мм², а свинец, почти не обладающий упругостью,—всего 0,25 кгс/мм².

Вязкость—способность материалов не разрушаться при действии на них ударных нагрузок. Высокой вязкостью наряду с достаточной твердостью обладают медицинские долота и молотки, так как они не должны разрушаться и выкрашиваться при ударе. Характеристикой вязкости служит величина ударной вязко­сти. На образец материала, подвергающегося испытанию на ударную вязкость, с определенной высоты падает груз. Работа из­лома, отнесенная к площади поперечного сечения образца в ме­сте излома, дает значение ударной вязкости. Пластичные мате­риалы обладают высокой ударной вязкостью, хрупкие — низкой.

Пластичность—способность материалов, не разрушаясь, изменять под действием внешних сил свою форму и сохранять из­мененную форму после прекращения действия сил. Одним из наи­более пластичных металлов является свинец. Те материалы, кото­рые под действием внешних сил совсем или почти не изменяют своей формы, но быстро разрушаются, называют хрупкими. Хрупкими являются стекло, чугун, некоторые пластмассы (поли­стирол).

Мерой пластичности может служить относительное удли­нение (δ). Эта величина измеряется в процентах от первона­чальной длины образца при испытании на растяжение.

При нагревании пластичность стекла, металлов и ряда пласт­масс возрастает, а прочность уменьшается. Эти свойства материа­лов используют для придания им нужной формы методами ков­ки прессования, штамповки, прокатки.

Следует отметить, что для ряда материалов существуют понятия

усталости и старения.

Усталость—способность материалов разрушаться от дейст­вия многократно повторяющихся нагрузок, величина которых не достигает предела прочности материала. Чем больше циклов на­грузки выдерживает образец металла, тем он выносливее. Для каждого металла существует предел усталости, определяе­мый числом циклов нагрузки, которое может выдержать образец металла. Ряд неметаллических материалов, таких, как резина, пластмассы, имеет склонность к старению, т. е. к изменению (снижению) прочности с течением времени под влиянием различ­ных факторов внешней среды (солнечная радиация, озон, измене­ние температуры). Способствует старению и стерилизация при высоких температурах. Так, пластмассовые шприцы многоразового пользования по мере увеличения количества циклов стерилизации постепенно теряют прозрачность, а затем материал растрескива­ется и расслаивается.

Химические свойства определяют поведение материала по отно­шению к действию факторов внешней среды: его окисляемость, стойкость к действию различных химических агентов и раствори­телей, в том числе коррозионную стойкость.

Химические свойства определяются химическим составом мате­риала. Показатели содержания основных веществ и примесей для большинства материалов широко используют при оценке их свойств. Знание химического состава дает возможность судить о ряде свойств материала и его отношении к различным воздей­ствиям. Так, определенный процесс содержания хрома в стали де­лает ее нержавеющей, повышенное содержание серы и фосфора превращает сталь в хрупкий, непригодный к применению мате­риал. Химическая устойчивость стекла полностью определяется его составом. Химический состав определяет марку матери­ала.

Технологические свойства материалов обусловливают различные технологические приемы их переработки в изделия. Так, многие металлические материалы хорошо штампуются, а другим форма может быть придана лишь путем литья. Материалы, применяемые для получения медицинских изделий, должны допускать обработку одним или несколькими известными экономически оправданными технологическими методами. При этом свойства материала часто претерпевают значительные изменения, особенно если для прида­ния ему нужной формы материал подвергается нагреву, вследст­вие чего размягчается или расплавляется. Часто в результате об­работки литьем и методами пластической деформации (ковка,. штамповка, прессование, прокатка, волочение) изменяется внут­ренняя структура материала и ухудшаются его механические свойства. Для повышения механических качеств изделие подвергают термической обработке, которая, не меняя его формы, придает изделию необходимые механические свойства.

Механические, химические и технологические свойства материалов тесно взаимосвязаны.

Дата добавления: 2015-07-15