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:
σВ=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 σу 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: 2015-12-16 | Просмотры: 736 | Нарушение авторских прав
|