Матеріалознавство

Твердість – це здатність матеріалу опиратися деформації при поверхневій контактній дії.  Характеризується  твердість  числом  відповідної  шкали. Для визначення твердості існує декілька методів: шкрябання, вдавлювання, удару, згасання коливань та проколу голкою. Всі вони засновані на дії наконечника на дослідний зразок. Твердість пов’язана з показниками інших властивостей і тому її визначення використовують як метод визначення інших

властивостей.

В багатьох випадках при експлуатації виробів на них діють довготривалі навантаження повторно-перемінного характеру. Такі навантаження називають циклічними чи знако-перемінними. Поступове накопичення ушкоджень в матеріалі під дією циклічних навантажень, що можуть приводити до утворення тріщин чи руйнування називають втомою, а властивість матеріалів опиратися втомі – витривалістю.

При оцінці механічних властивостей матеріалів їх розділяють на групи, що характеризують умови випробувань:

1 група – стандартні механічні властивості, що визначаються стандартними випробуваннями гладких зразків, незважаючи на конструктивні особливості і характер служби виробу.

2 група – критерії конструктивної міцності (працездатності в умовах експлуатації) матеріалу, що визначаються стандартними випробуваннями гладких чи з гострими тріщинами зразків.

3  група – критерії конструктивної міцності виробу в цілому, що визначаються  при стендових, натурних чи експлуатаційних випробуваннях.

 

7.4. Властивості матеріалів в фізико-хімічних процесах.

Старіння – зміна фізико-хімічних властивостей матеріалів, яке відбувається самовільно, в процесі довготривалої витримки при кімнатній температурі (природне старіння), або при нагріві (штучне старіння).

 

Найб

єільше значення для металів та сплавів мають процеси старіння пов'язані з розпадом перенасичених твердих розчинів і розпадом мартенситної структури. Ці процеси обумовлені метастабільним станом сплаву в результаті технологічної обробки, пов’язаної з викривленням кристалічних ґраток і подальшим відновленням стабільного стану з більш низьким рівнем внутрішньої енергії.

При старінні полімерів змінюється хімічний склад, молекулярна маса, характер взаємодії макромолекул і структура, що визначають фізико-хімічні та механічні властивості матеріалів. Старіння полімерів обумовлено деструкцією (розривом хімічних зв’язків) макромолекул.

При довготривалій експлуатації сполучених поверхонь деталей має місце знос. Знос – процес відділення матеріалу з поверхні твердого тіла при наявності тертя, що проявляється в поступовій зміні розмірів і форми виробу. Значення зносу виражається в одиницях маси, об’єму, довжини. Основними видами зносу є :

   механічний: абразивний, адгезійний, ерозійний, кавітаційний, втомний;

   корозійно-механічний: окислювальний, фреттинг-корозійний;

   молекулярно-механічний: схоплювання і заїдання.

Здатність матеріалу опиратися зношенню чи абразивному тертю називають зносостійкістю.

Дифузія – рух часток середовища, що призводить до незворотного пере-

носу речовини чи до встановлення рівноважного розподілу концентрацій часток в середовищі. Дифузія в твердих матеріалах приводить до переносу атомів на відстані, що перебільшують міжатомні для даного матеріалу. В твердих матеріалах розрізняють такі види дифузії:

-по механізму протікання: міжвузоловий, вакансійний, обмінний, циклічний;

-по геометричному місцю переносу атомів: об'ємний, поверхневий, граничний;

-по місцю поглинання атомів: поверхнева дифузія – адсорбція, об'ємна дифузія – абсорбція;

   по природі процесу: фізична та хімічна дифузія.

Дифузія обумовлює руйнування матеріалів, повзучість, старіння, корозія та інше.

Корозія – самовільне руйнування матеріалу, яке визвано хімічними чи електрохімічними процесами на поверхні при взаємодії з зовнішнім середовищем.  До зовнішніх факторів відносять вид і склад оточуючого середовища, умови протікання корозії (температура, тиск, швидкість потоку агресивного середовища, неоднорідність складу тощо). Корозійному руйнуванню піддається більшість матеріалів.

Здатність матеріалу протистояти частковому розчиненню чи роз’їданню при впливі агресивного середовища називають корозійною стійкістю.

Види корозії розрізняють по таким ознакам:

 

-по характеру і механізму взаємодії з середовищем: хімічна корозія – в сухих газах, неелектролітах (бензин, бензол), при цьому утворюються окисні плівки, що можуть захищати поверхню, електрохімічна корозія – в середовищах що проводять електричний струм, супроводжується руйнуванням поверхні;

-по геометричним характеристикам: розрізняють поверхневу і об'ємну, а по місцю обхвату (локалізації) – суцільну, місцеву, ниткову, точкову, вибіркову;

-по типу корозійного середовища: атмосферна, газова, рідинна, морська, ґрунтова, та інші;

-по впливу додаткових факторів: корозія з тертям (ерозія), під напружен-

ням (корозійне розтріскування, втома), контактна та інші.

Для захисту від корозії використовують в основному два методи: відокремлення матеріалу від агресивного середовища (захисні покриття, поверхневе зміцнення, легування) та надання антикорозійних властивостей середовищу (використання інгибиторів).

 

7.5.  Технологічні властивості.

З матеріалів при певній обробці виготовляють вироби шляхом виконання певних технологічних операцій.

Технологічні властивості матеріалів визначають можливість виготовлення продукції використанням даного матеріалу при задоволенні мінімальної трудомісткості при її виготовленні. До технологічних властивостей відносять  властивості матеріалів,  що визначають  можливість лиття, обробки тиском, різанням, зварюваність, здатність до термічної обробки.

Ливарні властивості визначаються сукупністю показників. Що включають температури плавлення, заливання, кристалізації, рідкотекучість, усадку

та інш.

Оброблюваність тиском  в гарячому та холодному стані характеризує ковкість, штампованість, витяжку.

Оброблюваність  різанням – це здатність піддаватися обробці інструментами з  забезпеченням необхідних параметрів точності розмірів та шорсткості поверхні. Різновид властивості – піддатливість.

Зварюваність – здатність матеріалу утворювати нероз'ємні з'єднання з необхідними механічними характеристиками.

 

7.6.  Споживчі властивості.

Споживчі властивості матеріалів визначають можливість їх використання при максимальній працездатності в умовах експлуатації