Механические и физические свойства материалов

 

Министерство образования  и науки Российской Федерации

Иркутский Государственный  технический университет

Кафедра «ЭУП»

 

 

 

 

 

 

МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ

Контрольная работа

Вариант: 06

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Иркутск, 2012г.

Содержание:

1. Вопрос №1. Механические и физические свойства материалов                      стр. 1- 7
1. Механические свойства                                                                                       стр. 1 
2. Физические свойства                                                                                           стр. 5     
2. Вопрос № 2. Материалы с малой плотностью                                                    стр. 8-13  
1. Алюминий                                                                                                             стр. 8
2. Сплавы на основе магния                                                                                   стр. 12                                                                                        
3. Пластмассы                                                                                                             стр. 13

Список используемой литературы                                                                                стр. 14

 

 

Вопрос №1

Механические  и физические свойства материалов.

1. Механические свойства проявляются как способность материала

сопротивляться всем видам  внешних механических воздействий, которые характеризуют:

1. По направлению - линейные (растяжение и сжатие) и угловые (изгиб и кручение),
2. По длительности – статические и динамические воздействия,
3. По области действия – объемные и поверхностные воздействия.

Механические свойства определяют изменение формы, размеров и сплошности веществ и материалов при механических воздействиях, и как следствие, результат практически любого механического воздействия на вещества и материалы, возникающего при их производстве и эксплуатации (использовании).

Основные механические свойства веществ и материалов это:

УПРУГОСТЬ – обусловлена  взаимодействием между атомами (молекулами) вещества и их тепловым движением. При  прекращении внешних воздействий  твердые вещества способны самопроизвольно  восстанавливать свои форму и  объем, жидкости и газы – только объем.

ЭЛАСТИЧНОСТЬ – способность  материала или изделия претерпевать значительные изменения размеров и  формы без разрушения при сравнительно небольшой действующей силе.

ЖЕСТКОСТЬ – способность  материала или изделия к меньшему изменению размеров и формы при заданном типе нагрузке: чем больше жесткость, тем меньше изменения.

ПЛАСТИЧНОСТЬ – проявляется  в деталях конструкций и сооружений, заготовках при обработке давлением (прокате, штамповке и др.)в пластах земной коры и определяет возможность технологических операций обработки материалов давлением. Твердые материалы могут сохранять измененными, форму и объем без микроскопических нарушений сплошности после снятия механических нагрузок, которые вызвали эти изменения.

МЕХАНИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ  – свойство твердых веществ сопротивляться разрушению, а так же изменению  формы при механических воздействиях.

ХРУПКОСТЬ – свойство твердых  веществ разрушаться при механических воздействиях без существенных предварительных  изменений формы и объема.

ВЯЗКОСТЬ (внутреннее трение) – сопротивление материалов действию внешних сил, вызывающему: в твердых  веществах распространение уже имеющейся острой трещины, в жидкостях и газах – течение.

Понижение температуры обусловливает  переход от вязкого разрушения к хрупкому (критическая температура – порог хладноломкости).

ТВЕРДОСТЬ – это сопротивление  материалов в поверхностном слое контактному воздействию (вдавливанию  или царапанью). Его особенность  в том, что оно реализуется  только в небольшом объеме вещества.

ДЕФОРМАЦИЯ – изменение  взаимного расположения множества  частиц вещества, которое приводит к изменению формы и размеров тела или его частей и вызывает изменение сил взаимодействия между  ними. Деформируемыми являются все  вещества. По механизму протекания в твердых веществах различают:

Упругую деформацию – когда влияние деформации на форму, структуру и свойства материала устраняется после прекращения действия внешних сил;

Пластическую  деформацию – это та часть деформации, которая остается после снятия нагрузки, необратимо изменяя структуру материала и его свойства. Она в твердых веществах может осуществляться, например, скольжением, протекающим в кристаллической решетке вещества по плоскостям и направлениям (которые образуют систему скольжения) с наиболее плотной упаковкой атомов. Пластическая деформация некоторых металлов с плотноупакованными кубическими или гексагональными решетками, кроме скольжения может осуществляться двойникованием (рис. 1).

        [111]

 

         (231)

 

 

Рис.1.

Если величина деформации явно зависит от времени, например, возрастает при неизменной нагрузке, но обратима, то это вязкоупругая деформация.

Простейшие элементы деформации это: относительное удлинение δ -  отношение приращения длины (l₁ – l₀) образца под действием нагрузки к ее первоначальной величине l_0:                                 δ=(l₁ – l₀)/ l_0;

Относительное сужение ψ  – отношение уменьшения площади поперечного сечения образца под действием нагрузки (S₀-S₁) к ее первоначальной величине S₀:                    ψ = (S₀-S₁)/ S₀.

НАПРЯЖЕНИЕ – величина векторная, мера внутренних сил, возникающая  при деформации материала, и характеризующая  изменение сил взаимодействия между  частицами вещества при его деформации.

НАКЛЕП – изменение  структуры и свойств с увеличением  плотности дефектов кристаллической  решетки в веществах в результате пластической деформации. При наклепе  уменьшаются пластичность и ударная  вязкость, но повышаются твердость  и прочность.

      Основные механические характеристики. Диаграмма деформации –    

графическая характеристика механических свойств материала, построенная  на основании результатов испытаний  в координатах «напряжение –  относительная деформация».

Основные механические характеристики сопротивления материала деформации и разрушению:

              Модуль Юнга,

                                 Коэффициент Пуассона,

                                                                  Модуль сдвига.

Предел пропорциональности, предел упругости, предел текучести  и предел прочности.

Характеристики материалов предел текучести (условный)σ_0,2, предел прочности (временное сопротивление) σ_в, модуль Юнга Е,  относительное удлинение δ и Относительное сужение ψ являются базовыми – они включены в государственные стандарты на поставку конструкционных материалов, в паспорта приемочных испытаний, а так же в расчеты прочности и ресурса.

1.2. Физическими свойствами, характеризующими способность практически всех веществ и материалов взаимодействовать с потоками масс (воздуха, газа, пара) и излучений (света, звука и др.), являются их отражательная способность, проницаемость (проводимость) и поглощение.

Физические свойства это внутренние, присущие данному материалу или веществу особенности, обусловливающие их различие или общность с другими веществами или материалами и проявляющиеся как ответная реакция на воздействие внешних физических полей или сред.

Физические свойства, определенные стандартными методами с указанием  состава, строения и структуры, представляют собой стандартные справочные данные (ССД) веществ и материалов. Порядок  разработки и аттестации ССД о  физических константах и свойствах  веществ и материалов установлен в Правилах по межгосударственной стандартизации (ПМГ 28-99).

Физические величины, которые характеризуют агрегатное состояние вещества, это температура и плотность.

  Температура тела  независимо от его массы и  химического состава характеризует  энергию, с которой движутся  молекулы.

Переходы вещества из одного агрегатного состояния в другое представлены на рис. 2.

Агрегатное состояние:

    Твердое                           Жидкое                                          Газообразное

 

                  плавление                                    парообразование

 

              затвердевание                                 конденсация

                                         

                                             сублимация

 

                                Возрастание температуры

Рис. 2.

Температура плавления. В  твердых телах характер плавления  определяется их строением. В кристаллических плавление происходит при определенной температуре, которая зависит от внешнего давления, при этом температура тела не меняется. Температура плавления сплавов обычно ниже температуры самого легкоплавкого компонента.

Материалы с преимущественно  амфорным строением, такие, как стекло и высокомолекулярные полимеры, характеризуются  периодом размягчения, где самая  низкая температура – температура  размягчения.

Так же для амфорных материалов характерна температура стеклования, при которой осуществляется обратимый  равновесный фазовый переход  вещества в стеклообразное состояние из переохлажденного расплава при постоянном внешнем давлении.

Температура кипения –  это равновесный переход жидкости в пар при постоянном внешнем  давлении.

Для жидких высокополимерных материалов, характерными являются температуры  разложения, воспламенения и возгорания.

Одной из основных физических характеристик материи, определяющей ее инертные и гравитационные свойства, является масса вещества.

      Рассмотрим некоторые свойства, наиболее распространенные для оценки материалов при взаимодействии с потоками масс.

Поток воздуха, газа, пара, воды

Свойства материала пропускать через свою толщу воздух, газ, пар  и воду появляются при наличии  перепада давления.

В твердых веществах и  материалах взаимодействие с водой  может основываться на капиллярных  явлениях, т.е. физических явлениях, обусловленных  поверхностным натяжением на границе  раздела несмешивающихся фаз.

Взаимодействие с водой.

Гидроскопичность – свойство материала поглощать влагу. Такие материалы называют гидрофильными. А отталкивающие воду – гидрофобными.

Водопоглощение (водонасыщение) – свойство материала при  непосредственном соприкосновении с водой впитывать и удерживать ее в своих порах.

Тепловой поток.

Теплопроводность. Материал передает через свою толщину тепловой поток, возникающий при разных температурах на противоположных поверхностях.

Поглощение тепла веществами и материалами обычно сопровождается тепловым расширением, при котором материал изменяет форму и размеры в процессе нагревания.

Поток звука.

Звукопоглощение оценивается  коэффициентом звукопоглощения и зависит от пористости материала, его толщины, состояния поверхности, а так же от частоты звукового тона, измеряемого количеством колебаний в секунду.

Звукопроницаемость –  способность материала пропускать через свою толщу звуковую энергию. Обратное свойство - звукоизоляция.

 

Вопрос № 2.

Материалы с малой  плотностью.

   Материалы с малой  плотностью – легкие материалы - широко используются в авиации, ракетной и космической технике, а так же  в автомобилестроении, судостроении, строительстве и других отраслях промышленности.