A fémes anyagok mechanikai tulajdonságai a külső erők hatására fellépő különféle tulajdonságokra utalnak, amelyek meghatározzák az anyagok alkalmasságát és tartósságát különböző környezetben. A fémes anyagok mechanikai tulajdonságainak fő mutatói a következők:
1. Szilárdság és folyáshatár
A szilárdság a fémes anyag azon képessége, hogy ellenálljon a külső erőnek (terhelésnek), és elkerülje a túlzott képlékeny deformációt vagy törést. A fémanyagok mechanikai tulajdonságainak legalapvetőbb és egyik legfontosabb mutatója. A szilárdság különböző típusokra osztható, beleértve a szakítószilárdságot, a nyomószilárdságot, a hajlítószilárdságot és a nyírószilárdságot, amelyek közül a szakítószilárdság a leggyakrabban használt.
- Szakítószilárdság (σb vagy Rm): a feszültség azon maximális értékére vonatkozik, amelyet az anyag húzás közben elviselhet, azaz azt a maximális feszültséget, amely a lehúzás előtt elérhető. Az anyag törésálló képességét tükrözi, amelyet Rm vagy σb jelképez, és mértékegysége MPa (megapascal). A szakítószilárdság fontos paraméter az anyag szívósságának és képlékeny alakváltozási képességének értékeléséhez.
- Folyószilárdság (σs vagy ReL, Rp0,2): a húzási folyamatban lévő anyagra vonatkozik, amikor a feszültség elér egy bizonyos kritikus értéket, még akkor is, ha a feszültség már nem nő, az anyag továbbra is jelentős képlékeny deformáción megy keresztül a feszültség értékéhez képest. Nyilvánvaló folyási jelenségekkel rendelkező anyagoknál a folyáshatár a feszültség folyáshatára; nyilvánvaló folyási jelenség nélküli anyagoknál általában előírják, hogy folyáshatárként a feszültségérték 0,2%-os maradó alakváltozását kell előidézni, ez a folyáshatár feltétele. A folyáshatár az anyag képlékeny alakváltozásának kezdete fontos szimbólum, hanem a szerkezeti kialakítás is az általánosan használt szilárdsági mutatók.
2. plaszticitás és nyúlás
A plaszticitás egy fém anyag azon képességére utal, hogy jelentős képlékeny alakváltozást képes előidézni törés nélkül, ha külső erőknek van kitéve. A jó plaszticitású anyag képlékeny alakváltozással nagy mennyiségű energiát képes elnyelni, így javítja az ütés- és kifáradásállóságát.
- Megnyúlás (δ): Az anyag teljes megnyúlásának százalékos aránya szakadás után az eredeti megjelölt hosszhoz viszonyítva. Ez az anyag plaszticitásának fontos mutatója. Mérnöki tervezés általában δ Az anyag 5%-ánál nagyobb vagy azzal egyenlő mennyiséget műanyagoknak neveznek, mint például lágyacél, alumínium, réz stb.; és δ Az anyag legfeljebb 5%-át rideg anyagoknak nevezzük, például öntöttvas, üveg, kerámia stb.
- Metszet zsugorodás (ψ): a szelvény maximális csökkentett területének százalékos aránya az anyag eredeti törési területéhez viszonyítva húzótörés után. Az anyag plaszticitásának mérésére is fontos mutató. A nyúlással együtt átfogóan képes értékelni az anyag képlékeny alakváltozási képességét.
3. Keménység
A keménység az anyag azon képessége, hogy ellenálljon a felületébe nyomott más keményebb tárgyaknak. Az anyag keménységének és lágyságának mutatója, valamint fontos paraméter, amely tükrözi az anyag kopásállóságát és vágási teljesítményét.
- Brinell-keménység (HBS, HBW) és Rockwell-keménység (HRA, HRB, HRC): két gyakran használt keménységvizsgálati módszer. A Brinell-keménység puhább, míg a Rockwell-keménység a keményebb anyagokra vonatkozik. A keménységvizsgálat nemcsak az anyag mechanikai tulajdonságainak értékelésére használható, hanem az anyag felületi rétegének minőségének ellenőrzésére is, mint például a széntelenítés és a karburálás.
4. Ütésállóság
Az ütésállóság az anyag azon képessége, hogy ellenáll az ütési terhelésnek. Fontos mutatója az anyagok dinamikus terhelés alatti törésállóságának.
- Ütőszilárdsági érték (Ak): általában joule/négyzetcentiméter (J / cm²) egységben kifejezve, jelezve az anyag energiaelnyelő képességét ütési terhelés hatására. A jó ütési szilárdságú anyag nagy ellenállással rendelkezik az ütési töréssel szemben, és olyan alkalmazásokra alkalmas, ahol ütési terhelést kell alkalmazni.
5. Rugalmassági modulus
A rugalmassági modulus az anyag rugalmas alakváltozási fázisa során fellépő feszültség és nyúlás aránya. Ez az anyag merevségének fontos mérőszáma.
- Rugalmassági modulus (E): általában Pascalban (Pa) vagy Gigapascalban (GPa) fejezik ki. A szokásos fémes anyagok, például az acél esetében a rugalmassági modulus jellemzően 200-210 GPa között van. A nagy rugalmassági modulusú anyagok nagy merevséggel és rugalmas alakváltozással szembeni ellenállással is rendelkeznek.
6. Törési szívósság
A törési szívósság az anyag azon képessége, hogy ellenáll a repedés kiterjedésének, ha repedéseket tartalmaz. Ez az anyag rideg töréssel szembeni ellenállásának fontos mutatója.
- Törési szívósság (KIC): az anyag feszültségintenzitási tényezőjét jelzi sík alakváltozási körülmények között, amikor a repedés tágulni kezd. A nagy törésszilárdságú anyagok a rideg töréssel szemben is erősen ellenállnak, és alkalmasak olyan alkalmazásokhoz, amelyek nagy igénybevételt vagy alacsony hőmérsékletű környezetet igényelnek.
7. Fáradtság
A kifáradási szilárdság az anyag azon képessége, hogy ellenáll a kifáradás okozta sérüléseknek váltakozó terhelések hatására. Fontos mutatója az anyag hosszú távú-élettartamának.
- Kifáradási határ (σ-1): az anyag maximális feszültségértékét jelzi végtelen ideig váltakozó terhelés mellett, kifáradási károsodás nélkül. A nagy kifáradási szilárdságú anyagok hosszú, hosszú élettartamúak is, és alkalmasak olyan alkalmakra, ahol váltakozó terhelésnek kell ellenállniuk.
A fémanyagok mechanikai tulajdonságainak mutatói közé tartozik a szilárdság, plaszticitás, keménység, ütésállóság, rugalmassági modulus, törési szívósság és kifáradási szilárdság. Ezek a mutatók együttesen határozzák meg a fémanyagok alkalmazhatóságát és tartósságát különböző környezetben. Gyakorlati alkalmazásokban szükséges a megfelelő fémanyagok kiválasztása az adott felhasználási követelményeknek megfelelően, a legjobb termékminőség és felhasználási hatás elérése érdekében.
