ידע בסיסי בחומרי מתכת

חומרים מתכתיים מתייחסים ליסודות מתכת או חומרים בעלי תכונות מתכתיות המורכבים בעיקר מיסודות מתכת. כולל מתכות טהורות, סגסוגות, תרכובות בין-מתכתיות של חומרים מתכתיים וחומרי מתכת מיוחדים וכו' (הערה: תחמוצות מתכת (כגון תחמוצת אלומיניום) אינן חומרים מתכתיים.)

מַשְׁמָעוּת

התפתחות הציוויליזציה האנושית והקדמה החברתית קשורות קשר הדוק לחומרי מתכת. תקופת הברונזה ותקופת הברזל שבאו בעקבות תקופת האבן סומנו ביישום חומרי מתכת. בעידן המודרני, מגוון רחב של חומרי מתכת הפכו לבסיס חומרי חשוב להתפתחות החברה האנושית.

סוּג

חומרי מתכת מחולקים בדרך כלל למתכות ברזליות, מתכות לא ברזליות וחומרי מתכת מיוחדים.

(1) מתכות ברזליות, הידועות גם כחומרי פלדה, כוללות ברזל טהור תעשייתי המכיל יותר מ-90% ברזל, ברזל יצוק המכיל 2%-4% פחמן, פלדת פחמן המכילה פחות מ-2% פחמן, ופלדה מבנית ונירוסטה. פלדה למטרות שונות. , פלדה עמידה בחום, סגסוגת בטמפרטורה גבוהה, נירוסטה, סגסוגת מדויקת וכו'. מתכות ברזליות מוכללות כוללות גם כרום, מנגן וסגסוגותיהם.

(2) מתכות לא ברזליות מתייחסות לכל המתכות וסגסוגותיהן למעט ברזל, כרום ומנגן, המחולקים בדרך כלל למתכות קלות, מתכות כבדות, מתכות יקרות, מתכות למחצה, מתכות נדירות ומתכות אדמה נדירות. החוזק והקשיחות של סגסוגות לא ברזליות גבוהים בדרך כלל מאלו של מתכות טהורות, ויש להן התנגדות גדולה יותר ומקדם טמפרטורה קטן יותר של התנגדות.

(3) חומרי מתכת מיוחדים, לרבות חומרי מתכת מבניים וחומרי מתכת פונקציונליים למטרות שונות. ביניהם חומרי מתכת אמורפיים המתקבלים בתהליכי עיבוי מהירים, וכן חומרי מתכת קווא-קריסטליים, מיקרו-גבישיים וננו-גבישיים; יש גם סגסוגות בעלות פונקציות מיוחדות כמו התגנבות, עמידות במימן, מוליכות-על, זיכרון צורות, עמידות בפני שחיקה והפחתת רעידות ושיכוך. ומטריצות מתכת מרוכבות וכו'.

ביצועים

מחולק באופן כללי לשתי קטגוריות: ביצועי תהליך וביצועי שימוש. מה שנקרא ביצועי התהליך מתייחס לביצועים של חומרי מתכת בתנאי עיבוד קרים וחמים מוגדרים במהלך תהליך הייצור של חלקים מכניים. איכות ביצועי התהליך של חומרי מתכת קובעת את יכולת ההסתגלות שלה לעיבוד והיווצרות במהלך תהליך הייצור. בשל תנאי עיבוד שונים, גם תכונות התהליך הנדרשות שונות, כגון ביצועי יציקה, ריתוך, חישול, ביצועי טיפול בחום, יכולת עיבוד חיתוך וכו'.

מה שנקרא ביצועים מתייחס לביצועים של חומרי מתכת בתנאי השימוש בחלקים מכניים, הכוללים תכונות מכניות, תכונות פיזיקליות, תכונות כימיות וכו'. הביצועים של חומרי מתכת קובעים את טווח השימוש ואת חיי השירות שלו. בתעשיית ייצור המכונות נעשה שימוש בחלקים מכניים כלליים בטמפרטורות רגילות, בלחצים רגילים ובחומרים קורוזיביים מאוד, וכל חלק מכני יישא בעומסים שונים במהלך השימוש. היכולת של חומרי מתכת לעמוד בפני נזקים בעומס נקראת תכונות מכניות (בעבר נקראה גם תכונות מכניות). המאפיינים המכניים של חומרי מתכת הם הבסיס העיקרי לעיצוב ובחירת החומרים של חלקים. בהתאם לאופי העומס החיצוני (כגון מתח, דחיסה, פיתול, פגיעה, עומס מחזורי וכו'), גם התכונות המכניות הנדרשות לחומרי מתכת יהיו שונות. תכונות מכניות נפוצות כוללות: חוזק, פלסטיות, קשיות, קשיחות פגיעה, עמידות בפני פגיעה מרובה ומגבלת עייפות.

תכונות חומר מתכת

כרך 1

עייפות

חלקים מכניים ורכיבים הנדסיים רבים נתונים לעומסים מתחלפים. תחת פעולת עומסים מתחלפים, למרות שרמת הלחץ נמוכה מגבול התפוקה של החומר, שבר שביר פתאומי יתרחש לאחר מחזורי לחץ חוזרים ונשנים במשך זמן רב. תופעה זו נקראת עייפות של חומרי מתכת. המאפיינים של שבר עייפות של חומרי מתכת הם:

(1) מתח העומס הוא לסירוגין;

(2) העומס פועל במשך זמן רב;

(3) שבר מתרחש באופן מיידי;

(4) בין אם זה חומר פלסטי או חומר שביר, הוא שביר באזור שבר העייפות. לכן, שבר עייפות הוא צורת השבר הנפוצה והמסוכנת ביותר בהנדסה.

ניתן לחלק את תופעות העייפות של חומרי מתכת לסוגים הבאים לפי תנאים שונים:

#1

עייפות במחזוריות גבוהה

זה מתייחס לעייפות עם מספר מחזורי מתח של יותר מ-100,000 בתנאים של מתח נמוך (מתח העבודה נמוך מגבול התפוקה של החומר, או אפילו נמוך מהמגבלה האלסטית). זהו הסוג הנפוץ ביותר של נזקי עייפות. עייפות במחזור גבוה מכונה בדרך כלל עייפות.

#2

עייפות במחזור נמוך

זה מתייחס לעייפות תחת לחץ גבוה (לחץ עבודה קרוב לגבול התפוקה של החומר) או תנאי מתח גבוה, ומספר מחזורי הלחץ הוא פחות מ-10,000 עד 100,000. כיוון שמתח פלסטי לסירוגין משחק תפקיד מרכזי בנזק עייפות זה, הוא נקרא גם עייפות פלסטית או עייפות מתיחה.

#3

עייפות תרמית

הכוונה היא לנזקי העייפות הנגרמים כתוצאה מפעולה חוזרת ונשנית של מתח תרמי שנגרם משינויי טמפרטורה.

#4

עייפות קורוזיה

זה מתייחס לנזקי העייפות הנגרמים על ידי רכיבי מכונה תחת פעולה משולבת של עומסים מתחלפים וחומרי מאכל (כגון חומצות, אלקליות, מי ים, גזים תגובתיים וכו').

#5

עייפות מגע

זה מתייחס למשטח המגע של חלקי המכונה. תחת פעולה חוזרת ונשנית של מתח מגע, מופיעים חריצים וקילופים או ריסוק וקילוף פני השטח, וכתוצאה מכך כשל ונזק לחלקי המכונה.

כרך 2

פּלָסטִיוּת

פלסטיות מתייחסת ליכולת של חומר מתכת לייצר דפורמציה קבועה (דפורמציה פלסטית) מבלי להיהרס בפעולת כוחות עומס חיצוניים. כאשר חומר מתכת נמתח, גם אורכו וגם שטח החתך שלו ישתנו. לכן, הפלסטיות של מתכת יכולה להימדד על ידי שני אינדיקטורים: התארכות האורך (התארכות) והתכווצות החתך (התכווצות השטח).

ככל שההתארכות והתכווצות השטח של חומר מתכת גדולים יותר, כך הפלסטיות של החומר טובה יותר, כלומר, החומר יכול לעמוד בעיוות פלסטי גדול ללא נזק. בדרך כלל, חומרי מתכת בעלי התארכות גדולה מ-5% נקראים חומרים פלסטיים (כגון פלדה דלת פחמן וכו'), בעוד חומרי מתכת עם התארכות של פחות מ-5% נקראים חומרים שבירים (כגון ברזל יצוק אפור וכו'). . חומר בעל פלסטיות טובה יכול לייצר דפורמציה פלסטית בטווח מקרוסקופי גדול, ובמקביל ניתן לחזק את חומר המתכת על ידי דפורמציה פלסטית ובכך לשפר את חוזק החומר ולהבטיח שימוש בטוח בחלקים. בנוסף, חומרים בעלי פלסטיות טובה יכולים לעבור בצורה חלקה תהליכי דפוס מסוימים, כגון הטבעה, כיפוף קר, ציור קר, יישור וכו'. לכן, בעת בחירת חומרי מתכת לחלקים מכניים, עליהם לעמוד באינדיקטורים פלסטיים מסוימים.

כרך 3

עֲמִידוּת

הצורות העיקריות של קורוזיה מתכת בנייה:

(1) קורוזיה אחידה. קורוזיה על פני המתכת גורמת לדילול החתך באופן שווה. לכן, ערך אובדן העובי הממוצע השנתי משמש לעתים קרובות כאינדיקטור לביצועי קורוזיה (שיעור קורוזיה). פלדה בדרך כלל משחתת באופן אחיד באטמוספירה.

(2) קורוזיה במערות. המתכת קורוזיה בנקודות ויוצרת בורות עמוקים. התרחשות קורוזיה בבור קשורה לאופי המתכת ולתווך שבו היא נמצאת. קורוזיה בבור נוטה להתרחש במדיה המכילה מלחי כלור. עומק החור המרבי משמש לעתים קרובות כמדד הערכה עבור קורוזיה בבור. קורוזיה של צינורות נגרמת בעיקר על ידי קורוזיה בבור.

(3) קורוזיה גלוונית. קורוזיה הנגרמת על ידי פוטנציאלים שונים בנקודות המגע של מתכות שונות.

(4) קורוזיה של חריצים. קורוזיה מקומית מתרחשת לרוב על משטחי מתכת במרווחים או באזורים נסתרים אחרים עקב הבדלים בהרכב ובריכוז של המדיום בין חלקים שונים.

(5) קורוזיה במתח. תחת פעולה משולבת של מדיה קורוזיבית ולחץ מתיחה גבוה, משטח המתכת מאכל ומתרחב פנימה לתוך מיקרו-סדקים, מה שמוביל לרוב לשבירה פתאומית. כשל זה יכול להתרחש עם מוטות פלדה (חוטים) בעלי חוזק גבוה בבטון.

כרך 4

קַשִׁיוּת

קשיות מצביעה על יכולתו של חומר להתנגד לחפצים קשים הנלחצים אל פני השטח שלו. זהו אחד ממדדי הביצועים החשובים של חומרי מתכת. בדרך כלל, ככל שהקשיות גבוהה יותר, כך עמידות הבלאי טובה יותר. מדדי קשיות נפוצים כוללים קשיות Brinell, קשיות Rockwell וקשיות Vickers.

קשיות ברינל (HB): לחץ כדור פלדה מוקשה בגודל מסוים (בדרך כלל קוטר 10 מ"מ) לתוך פני החומר בעומס מסוים (בדרך כלל 3000 ק"ג) ושמור אותו לתקופה מסוימת. לאחר הסרת העומס, היחס בין העומס לאזור השקע שלו, כלומר ערך הקשיות של Brinell (HB), היחידה היא קילוגרם כוח/מ"מ (N/mm2).

Rockwell hardness (HR): When HB>450 או שהדגימה קטנה מדי, לא ניתן להשתמש במבחן קשיות Brinell ובמקום זאת נעשה שימוש במדידת קשיות Rockwell. הוא משתמש בקונוס יהלום עם זווית קודקוד של 120 מעלות או בכדור פלדה בקוטר של 1.59 או 3.18 מ"מ כדי ללחוץ לתוך פני החומר המיועד לבדיקה בעומס מסוים, וקשיות החומר מחושבת לפי עומק השקע. על פי הקשיות השונה של חומר הבדיקה, ניתן להשתמש במכנסיים שונים ולחצי בדיקה הכוללים ליצירת מספר סולמות קשיות Rockwell שונים. כל סולם מסומן באות אחרי סמל הקשיות של Rockwell HR. מאזני הקשיות הנפוצים של Rockwell הם A, B ו-C (HRA, HRB, HRC). ביניהם, סולם C הוא הנפוץ ביותר.

HRA: זוהי הקשיות המתקבלת על ידי שימוש בפולש חרוט יהלום בעומס של 60 ק"ג, המשמש לחומרים קשים במיוחד (כגון קרביד צמנט וכו').

HRB: זוהי הקשיות המתקבלת באמצעות עומס של 100 ק"ג וכדור פלדה מוקשה בקוטר של 1.58 מ"מ. הוא משמש לחומרים בעלי קשיות נמוכה יותר (כגון פלדה מחושלת, ברזל יצוק וכו').

HRC: הקשיות מתקבלת באמצעות עומס של 150 ק"ג ופולש חרוט יהלום, ומשמשת לחומרים בעלי קשיות גבוהה מאוד (כגון פלדה מרווה וכו').

קשיות Vickers (HV): השתמש בעומס בטווח של 120 ק"ג ובפורץ חרוט מרובע יהלום עם זווית קודקוד של 136 מעלות כדי ללחוץ לתוך פני החומר. חלקו את שטח הפנים של בורות ההזחה בחומר בערך העומס, שהוא ערך הקשיות של ויקרס (HV). בדיקת קשיות היא שיטת הבדיקה הפשוטה והקלה ביותר בבדיקת מאפיינים מכניים. על מנת להשתמש בבדיקת קשיות כדי להחליף מבחני מאפיינים מכניים מסוימים, יש צורך ביחס המרה מדויק יותר בין קשיות וחוזק בייצור. התרגול הוכיח כי קיים קשר תואם משוער בין ערכי קשיות שונים של חומרי מתכת ובין ערכי קשיות וערכי חוזק. מכיוון שערך הקשיות נקבע על ידי התנגדות העיוות הפלסטי הראשוני וההתנגדות המתמשכת לעיוותים הפלסטיים, ככל שחוזקו של החומר גבוה יותר, ההתנגדות לדפורמציה הפלסטית גבוהה יותר וערך הקשיות גבוה יותר.

מאפיינים של חומרי מתכת

הביצועים של חומרי מתכת קובעים את היקף היישום של החומר ואת רציונליות היישום שלו. המאפיינים של חומרי מתכת מתחלקים בעיקר לארבעה היבטים, כלומר: תכונות מכניות, תכונות כימיות, תכונות פיזיקליות ותכונות תהליך.

כרך 1

תכונות מכניות

מתח: הכוח הנמשך ליחידת שטח חתך בתוך עצם נקרא לחץ. הלחץ הנגרם על ידי כוח חיצוני נקרא לחץ עבודה, והלחץ שמאוזן בתוך האובייקט ללא כוח חיצוני נקרא לחץ פנימי (כגון לחץ רקמות, לחץ תרמי, מתח שיורי שנותר לאחר תהליך העיבוד).

תכונות מכניות: כאשר מתכת נתונה לכוח חיצוני (עומס) בתנאי טמפרטורה מסוימים, היכולת להתנגד לעיוות ושבר נקראת התכונות המכניות של חומר המתכת (הידוע גם בשם תכונות מכניות). ישנן צורות רבות של עומסים שחומרי מתכת נושאים, שיכולים להיות עומסים סטטיים או עומסים דינמיים, כולל מתח מתיחה, מתח לחיצה, מתח כיפוף, מתח גזירה, מתח פיתול, כמו גם חיכוך, רטט, השפעה וכו'. האינדיקטורים העיקריים למדידת התכונות המכניות של חומרי מתכת כוללים את הדברים הבאים.

1.1

כּוֹחַ

זה מייצג את היכולת המקסימלית של חומר להתנגד לעיוות ולנזק תחת פעולת כוחות חיצוניים, וניתן לחלקו למגבלת חוזק מתיחה (σb), מגבלת חוזק כיפוף (σbb), מגבלת חוזק לחיצה (σbc), וכו'. מאז מתכת חומרים עוקבים אחר כללים מסוימים מעיוות ועד הרס תחת פעולת כוח חיצוני, בדיקות מתיחה משמשות בדרך כלל למדידה, כלומר מחומרי המתכת עשויים לדגימות של מפרטים מסוימים ונמתחים על גבי מכונת בדיקת מתיחה עד הבדיקה כאשר המדגם נשבר, מדדי החוזק הנמדדים כוללים בעיקר:

(1) גבול חוזק: הלחץ המרבי שחומר יכול לעמוד בפני שבר בפעולת כוח חיצוני, מתייחס בדרך כלל לגבול חוזק המתיחה תחת פעולת המתח, מבוטא כ-σb, כגון גבול החוזק המקביל לנקודה הגבוהה ביותר b בעקומת בדיקת המתיחה, היחידות הנפוצות היא מגה פסקל (MPa), ויחס ההמרה הוא: 1MPa=1N/m2=(9.8)-1kgf/mm2 או 1kgf/mm2=9.8MPa.

(2) מגבלת חוזק תפוקה: כאשר הכוח החיצוני שסובל מדגימת חומר מתכתי חורג מהגבול האלסטי של החומר, למרות שהמתח אינו עולה עוד, המדגם עדיין עובר דפורמציה פלסטית ברורה. תופעה זו נקראת כניעה, כלומר החומר עומד בכוח החיצוני במידה מסוימת כאשר מגיעים לדרגה, העיוות שלו כבר לא פרופורציונלי לכוח החיצוני ומתרחש דפורמציה פלסטית ברורה. המתח שבו מתרחשת תשואה נקרא גבול חוזק התפוקה, המיוצג על ידי σs, ונקודת ה-S המתאימה לעקומת בדיקת המתיחה נקראת נקודת התפוקה. לחומרים בעלי פלסטיות גבוהה תהיה נקודת תנובה ברורה על עקומת המתיחה, בעוד שלחומרים עם פלסטיות נמוכה אין נקודת תנובה ברורה, מה שמקשה על חישוב גבול הניבול על סמך הכוח החיצוני בנקודת הניבול. לכן, בשיטת בדיקת המתיחה, המתח כאשר אורך המדיד על הדגימה מייצר 0.2% דפורמציה פלסטית מצויין בדרך כלל כגבלת התפוקה המותנית, מבוטא כ-σ0.2. מדד מגבלת התפוקה יכול לשמש כבסיס לתכנון המחייב חלקים לא לייצר דפורמציה פלסטית משמעותית במהלך הפעולה. עם זאת, עבור חלקים חשובים מסוימים, זה נחשב גם לדרוש יחס תשואה-חוזק קטן יותר (כלומר σs/σb) כדי לשפר את הבטיחות והאמינות שלהם. עם זאת, גם שיעור ניצול החומרים נמוך בשלב זה.

(3) גבול אלסטי: החומר יתעוות בפעולת כוח חיצוני, אך היכולת לחזור לצורתו המקורית לאחר הסרת הכוח החיצוני נקראת גמישות. המתח המרבי שבו חומר מתכת יכול לשמור על עיוות אלסטי הוא הגבול האלסטי, התואם לנקודה e בעקומת בדיקת המתיחה ומיוצג על ידי σe במגה-פסקל (MPa): σe=Pe/Fo, כאשר Pe הוא הגבול האלסטי. הכוח החיצוני המרבי (או העומס בעיוות האלסטי המקסימלי של החומר).

(4) מודול אלסטי: זהו היחס בין המתח σ למתח δ (הדפורמציה היחידה התואמת למתח) של החומר בטווח הגבול האלסטי, מבוטא ב-E, במגה-פסקל (MPa): E{{1 }}σ/δ =tg . בנוסחה, היא הזווית בין קו oe בעקומת בדיקת המתיחה לבין שור הציר האופקי. מודול האלסטי הוא אינדיקטור המשקף את הקשיחות של חומר מתכת (היכולת של חומר מתכת לעמוד בפני דפורמציה אלסטית בעת לחץ נקראת קשיחות).

1.2

פּלָסטִיוּת

היכולת המקסימלית של חומר מתכת לייצר דפורמציה קבועה ללא הרס בפעולת כוח חיצוני נקראת פלסטיות. זה נמדד בדרך כלל כהתארכות אורך מד המדגם δ (%) וכיווץ קטע המדגם ψ (%) התארכות δ במהלך בדיקת המתיחה. {{0}}[(L1-L0)/L0]x100%, שזה ההבדל ( עלייה) בין אורך המדיד L1 לאחר שבירת הדגימה ושברי הדגימה מחוברים יחדיו במהלך בדיקת המתיחה, לבין אורך המדיד המקורי של הדגימה L0 בהשוואה ל L0. בבדיקה בפועל, ההתארכות הנמדדת של דגימות מתיחה מאותו חומר אך עם מפרט שונה (קוטר, צורת חתך - כגון מרובע, עגול, מלבני ואורך מידה) תהיה שונה, ולכן בדרך כלל נדרשות תוספות מיוחדות, כגון עבור דגימת החתך העגול הנפוץ ביותר, ההתארכות הנמדדת כאשר אורך המדד הראשוני הוא פי 5 מקוטר הדגימה מתבטאת כ-δ5, בעוד ההתארכות הנמדדת כאשר אורך המדידה הראשוני הוא פי 0 1 מקוטר הדגימה מבוטא כ-δ10. כיווץ חתך ψ=[(F0-F1)/F0]x100%, שהוא ההפרש בין שטח החתך המקורי F0 לאחר שבירת המדגם במהלך בדיקת המתיחה לבין המינימום רוחב- שטח חתך F1 בצוואר הצר של השבר (הקטנת חתך) ויחס F0. בפועל, ניתן לחשב את דגימות החתך העגול הנפוצות ביותר על ידי מדידת קוטר: ψ=[1-(D1/D0)2]x100%, כאשר: D0- הקוטר המקורי של הדגימה; D1-שבר לאחר שבירת הדגימה קוטר מינימלי בצוואר. ככל שהערכים δ ו-ψ גדולים יותר, כך הפלסטיות של החומר טובה יותר.

1.3

קְשִׁיחוּת

היכולת של חומר מתכתי לעמוד בפני נזק בעומס פגיעה נקראת קשיחות. מבחן ההשפעה משמש בדרך כלל, כלומר, כאשר דגימת מתכת בגודל וצורה מסוימים נשברת תחת עומס פגיעה בסוג מסוים של מכונת בדיקת פגיעה, אנרגיית הפגיעה הנצרכת ליחידת שטח חתך על פני השבר היא משמש לאפיון הקשיחות של החומר: k=Ak/F. Unit J/cm2 או Kg·m/c m2, 1Kg·m/cm2=9.8J/cm2. k נקראת קשיחות הפגיעה של חומר המתכת, Ak היא אנרגיית הפגיעה, ו-F הוא שטח החתך המקורי של השבר.

1.4

ביצועי עייפות

מגבלת חוזק עייפות התופעה שבה חומרי מתכת נשברים ללא עיוות משמעותי בלחץ חוזר ונשנה ארוך טווח או מתח מתחלף (המתח הוא בדרך כלל פחות מחוזק גבול התפוקה σs) נקראת נזקי עייפות או שבר עייפות. זאת בשל העובדה שרבים מסיבה זו, חלק מקומי של פני השטח של החלק גורם למתח (ריכוז מתח) גדול מ-σs או אפילו גדול מ-σb, מה שגורם לעיוות פלסטי או מיקרו-סדקים בחלק זה. ככל שמספר הלחץ המתחלף החוזר עולה, הסדקים מתרחבים ומעמיקים בהדרגה (בקצה הסדק). ריכוז מתח) גורם לכך ששטח החתך בפועל של האזור המקומי לשאת מתח יורד עד שהמתח המקומי גדול מ-σb ומתרחש שבר. ביישומים מעשיים, המדגם נתון בדרך כלל ללחץ חוזר או מתחלף (מתח מתיחה, מתח לחיצה, מתח כיפוף או פיתול וכו') בתוך מספר מוגדר של מחזורים (בדרך כלל 106 עד 107 פעמים עבור פלדה, ו-106 עד 107 פעמים עבור מתכות לא ברזליות). קח פי 108) כמתח המרבי שיכול לעמוד ללא שבר כמגבלת חוזק העייפות, מבוטא ב-σ-1, ב-MPa.

בנוסף לאינדיקטורים הנפוצים ביותר של מאפיינים מכניים שהוזכרו לעיל, חלק מהחומרים בעלי דרישות מחמירות במיוחד, כגון חומרי מתכת המשמשים בתעופה וחלל, תעשייה גרעינית, תחנות כוח וכו', דורשים גם את האינדיקטורים של מאפיינים מכניים הבאים.

גבול זחילה: בטמפרטורה מסוימת ועומס מתיחה קבוע, התופעה של עיוות פלסטי של חומרים לאט לאורך זמן נקראת זחילה. בדרך כלל, נעשה שימוש בבדיקת זחילת מתיחה בטמפרטורה גבוהה, כלומר בטמפרטורה קבועה ועומס מתיחה קבוע, התארכות הזחילה (התארכות כוללת או התארכות שיורית) של המדגם בתוך זמן מוגדר או כאשר מהירות התארכות הזחילה קבועה יחסית. שלב, הלחץ המקסימלי כאשר מהירות הזחילה אינה עולה על ערך מסוים מוגדר כגבול הזחילה, המבוטא ב-MPa, כאשר τ הוא משך הבדיקה, t הוא הטמפרטורה, δ הוא ההתארכות ו-σ הוא המתח; או מבוטא ב, V היא מהירות הזחילה.

מגבלת חוזק חוזק מתיחה בטמפרטורה גבוהה: המתח המרבי שהדגימה יכולה להגיע לזמן שצוין מבלי להישבר תחת פעולה של טמפרטורה קבועה ועומס מתיחה קבוע.

מקדם רגישות לחריץ מתכת: Kτ מייצג את יחס המתח של הדגימה המחורצת לדגימה החלקה ללא חריצים כאשר משך הזמן זהה (מבחן סיבולת מתיחה בטמפרטורה גבוהה).

עמידות תרמית: ההתנגדות של חומר לעומס מכני בטמפרטורות גבוהות.

כרך 2

תכונות כימיות

התכונה של מתכות לגרום לתגובות כימיות עם חומרים אחרים נקראת התכונות הכימיות של מתכות. ביישומים מעשיים, השיקולים העיקריים הם העמידות בפני קורוזיה ועמידות החמצון של מתכות (נקראת גם עמידות חמצון, המתייחסת ספציפית לעמידות או יציבות של מתכות בפני חמצון בטמפרטורות גבוהות), כמו גם הקשר בין מתכות שונות, הקשר בין מתכות למתכות. השפעות תרכובות שנוצרות בין לא מתכות על תכונות מכניות וכו'. בין התכונות הכימיות של מתכות, בעיקר עמידות בפני קורוזיה, יש לה משמעות רבה לנזקי עייפות קורוזיה של מתכות.

כרך 3

תכונות פיזיקליות

התכונות הפיזיקליות של מתכות מתייחסות בעיקר ל:

(1) צפיפות (משקל סגולי): ρ=P/V, יחידה: גרם/סנטימטר מעוקב או טון/מטר מעוקב, כאשר P הוא המשקל ו-V הוא הנפח. ביישומים מעשיים, בנוסף לחישוב המשקל של חלקי מתכת על סמך צפיפות, חשוב לקחת בחשבון את החוזק הספציפי של המתכת (היחס בין חוזק σb לצפיפות ρ) כדי לסייע בבחירת החומר, כמו גם את העכבה האקוסטית ב בדיקות אקוסטיות הקשורות לבדיקות לא הרסניות (התוצר של צפיפות ρ ומהירות קול C) ובזיהוי קרינה, לחומרים בעלי צפיפות שונה יש יכולות ספיגה שונות עבור אנרגיית קרינה וכו'.

(2) נקודת התכה: הטמפרטורה שבה מתכת עוברת ממוצק לנוזל. יש לו השפעה ישירה על ההיתוך והעיבוד התרמי של חומרי מתכת, ויש לו קשר נהדר עם תכונות הטמפרטורה הגבוהה של החומר.

(3) התפשטות תרמית: ככל שהטמפרטורה משתנה, גם נפח החומר משתנה (מתרחב או מתכווץ). תופעה זו נקראת התפשטות תרמית. לעתים קרובות הוא נמדד על ידי מקדם ההתפשטות הליניארי. כלומר, כאשר הטמפרטורה משתנה במעלה 1, העלייה או הירידה באורך החומר שווה ל-0 היחס בין האורכים במעלה. התפשטות תרמית קשורה לחום הספציפי של החומר. ביישומים מעשיים, יש להתייחס גם לנפח ספציפי (כאשר החומר מושפע מהשפעות חיצוניות כמו טמפרטורה, נפח החומר ליחידת משקל גדל או יורד, כלומר היחס בין נפח למסה), במיוחד עבור אלו העובדים בסביבות טמפרטורות גבוהות, או בתנאים קרים או חמים. עבור חלקי מתכת העובדים בסביבות מתחלפות, יש לקחת בחשבון את ההשפעה של תכונות ההתפשטות שלהם.

(4) מגנטיות: התכונה שיכולה למשוך עצמים פרומגנטיים היא מגנטיות, שבאה לידי ביטוי בפרמטרים כמו חדירות מגנטית, אובדן היסטרזה, עוצמת אינדוקציה מגנטית שיורית, כוח כפייה וכו', כך שניתן לחלק חומרי מתכת לפראמגנטיים, דיאמגנטיים. , רך חומרים מגנטיים וקשים.

(5) מאפיינים חשמליים: קחו בחשבון בעיקר את המוליכות החשמלית שלו, אשר משפיעה על ההתנגדות ועל אובדן זרם המערבולת שלו בבדיקות אלקטרומגנטיות לא הרסניות.

כרך 4

ביצועי תהליך

יכולת ההתאמה של מתכת לשיטות עיבוד שונות נקראת ביצועי תהליך, הכוללת בעיקר את ארבעת ההיבטים הבאים:

(1) ביצועי חיתוך: משקף את הקושי בחיתוך חומרי מתכת עם כלי חיתוך (כגון חריטה, כרסום, הקצעה, שחיקה וכו').

(2) חישול: משקף את הקושי ליצור חומרי מתכת במהלך עיבוד בלחץ, כגון הפלסטיות של החומר כאשר הוא מחומם לטמפרטורה מסוימת (מוצג כגודל ההתנגדות לדפורמציה פלסטית), וטווח הטמפרטורות המאפשר לחץ חם עיבוד גודל, מאפייני התפשטות והתכווצות תרמית ומגבלות העיוות הקריטי הקשורות למיקרו-מבנה ותכונות מכניות, נזילות ומוליכות תרמית של מתכת במהלך דפורמציה תרמית וכו'.

(3) יציקות: משקפת את הקושי להיתוך וליציקה של חומר מתכת ליציקה, המתבטא בנזילות, קבל אוויר, חמצון, נקודת התכה במצב מותך, אחידות ודחיסות המיקרו-מבנה של היציקה, וכן הצטמקות הקור וכו'.

(4) יכולת ריתוך: משקפת את הקושי של חימום מקומי מהיר של חומרי מתכת להמסה מהירה או להמיס למחצה את חלקי המפרק (נדרש לחץ), כך שניתן לחבר היטב את חלקי המפרק ליצירת שלם. זה מתבטא כנקודת התכה, יכולת ספיגה, חמצון, מוליכות תרמית, מאפייני התפשטות והתכווצות תרמית, פלסטיות במהלך ההתכה, מתאם עם המיקרו-מבנה של מפרקים וחומרים סמוכים, והשפעה על תכונות מכניות וכו'.