Презентация по курсу Материаловедение на тему урока "Свойства материалов"

• 1 слайд

  
  Презентация по дисциплине Материаловедение
  тема урока
  «Свойства материалов»
  
  
  Выполнил: Неулыбин В.В. преподаватель ГАПОУ «КанТЭТ» Минобразования Чувашии
  
  

• 2 слайд

  Свойства материалов
  Физические
  Эксплуатационные
  Химические
  Технологические
  Теплофизические
  

• 3 слайд

  
  
  4. Электрохимическая коррозия Физические свойства материалов
  те металлов с электролитами, чаще всего во влажной среде через электродные реакции.
  
  Физические свойства вещества включают такие как:
  
  Вязкость.
  Температура плавления.
  Плотность.
  Температура кипения.
  Теплопроводность.
  Цвет.
  Консистенция.
  Проницаемость
  диэлектрическая.
  
  Электропроводность
  Абсорбция.
  Теплоемкость.
  Эмиссия.
  Радиоактивность.
  Индуктивность.
  Текучесть.
  

• 4 слайд

  Для металлических: цвет, плотность, температура плавления, теплопроводность, тепловое расширение, электропроводность. Для неметаллических: цвет, плотность, температура плавления, теплопроводность, тепловое расширение.
  Цвет – результат зрительного восприятия человеком отражения поверхностью материала определённого, присущего каждому веществу, своего участка светового спектра.
  По цвету можно определить, например, вид металлического конструкционного материала (сплавы меди – красные и жѐлтые, алюминия – белые, железа – чѐрные), температуру его нагрева; или наличие химических дефектов на поверхности керамического конструкционного материала (они обычно имеют другой цвет, чем основной материал) и многое другое.
  

• 5 слайд

  Плотность – свойство, характеризуемое массой вещества в стандартной единице объѐма. Металлы по величине плотности делят на лѐгкие (магний 1740 кг/м 3 , алюминий 2720 кг/м 3 , титан 4500 кг/м 3 ) и тяжѐлые
  (хром 7140 кг/м 3 , железо 7850 кг/м 3 , медь 8940 кг/м 3 , молибден 10220 кг/м 3 , вольфрам 19300 кг/м 3 ). Плотность материалов из минералов (керамика, стекло) находится в пределах соответственно 1600...1800 и 2400...2600 кг/м 3 . Плотность органических конструкционных материалов (полипропилен, древесина) находится ниже или на уровне плотности воды (около 1000 кг/м 3 , у некоторых (фторопласт-4) – до 2200 кг/м 3 ).
  

• 6 слайд

  Температура плавления – значение, при котором кристаллические вещества (металлы и минералы) при нагревании переходят из твѐрдого состояния в жидкое. У металлов можно выделить легкоплавкие (магний 651 °С, алюминий 658 °С,), средний диапазон (медь 1083 °С, железо 1590°С.) и тугоплавкие (титан 1668 °С, вольфрам 3410 °С). Конструкционные материалы из минералов (стекло, базальт) плавятся в диапазоне температур от 1000 до 1400 °С. Конструкционные материалы на основе органических веществ (полипропилен, полистирол) являются аморфными и при нагревании постепенно размягчаются и переходят в жидкое состояние в диапазоне температур от 100 до 300 °С.
  

• 7 слайд

  Теплопроводность – количественная характеристика интенсивности передачи материалом теплоты по своему объѐму в направлениях меньшего еѐ значения. Самая высокая – у металлов: у меди в полтора раза выше, чем у алюминия и в пять раз выше, чем у железа. Теплопроводность конструкционных материалов из минералов в десятки раз, а из органических веществ в сотни раз ниже, чем у металлов.
  Тепловое расширение – свойство любого вещества увеличивать свои размеры при нагревании и уменьшать при охлаждении. В наибольшей степени изменяют свои размеры органические конструкционные материалы (в 10...30 раз выше чем металлические (сталь) или минеральные (бетон).
  Электропроводность – способность всех без исключения металлов и их сплавов проводить электрический ток. Наилучшая электропроводность у чистых металлов: серебра, меди и алюминия. Минеральные и органические конструкционные материалы не проводят электрический ток.
  

• 8 слайд

  Химические свойства материалов
  1.Химический состав. Он определяет фазовый состав, структуру и свойства материалов.
  2.Способность к химическому взаимодействию с кислотами и щелочами.
  3.Коррозионная стойкость. Она характеризует устойчивость материала в условиях эксплуатации при воздействии внешней агрессивной среды: атмосферного воздуха, влаги, морской воды и др.
  

• 9 слайд

  К химическим относятся свойства вещества, обусловленные его активностью на молекулярном и атомарном уровнях. Для материалов наиболее важным являются два указанных ниже свойства, обеспечивающие их долгую и надѐжную эксплуатацию. Химическая стойкость – сопротивление вступлению вещества в химические соединения с другими веществами. Каждое вещество имеет свой уровень химической стойкости, и для изготовления из них конструкционных материалов применяют те, у которых он более высок.
  Коррозионная стойкость – сопротивление металла вступлению в химические соединения с кислородом (коррозии), в том числе разрушению под действием агрессивных компонентов окружающей среды. Конструкционные материалы, имеющие наиболее высокий уровень коррозионной стойкости: сплавы металлов (нержавеющие стали, латуни, бронзы, силумины, дуралюмины, титановые сплавы); минеральные материалы (камни, керамика, стекло); органические материалы (пластмассы). Чем более стоек материал в химическом отношении, тем длиннее срок его службы при прочих оптимальных условиях
  

• 10 слайд

  Коррозия материалов
  
  1. ППо характеру изменения поверхности металла различают:
  - общую (сплошную),
  - местную,
  - избирательную коррозию.
  
  2. Коррозия под напряжением, или коррозионное растрескивание, возникает в конструкциях при воздействии рабочих напряжений.
  
  3. Химическая коррозия  процесс разрушения материалов под воздействием жидкостей-неэлектролитов и газовой высокотемпературной среды.
  
  4. Электрохимическая коррозия возникает при контакте металлов с электролитами, чаще всего во влажной среде через электродные реакции.
  
  
  

• 11 слайд

  Механические свойства
  Способность конструкционного материала сопротивляться воздействию внешних сил состоит из одного или нескольких перечисленных ниже механических свойств: прочность, пластичность, твѐрдость, упругость, ударная вязкость, выносливость. Значения предельных напряжений сведены в таблицы, приводимые в технических справочниках, их используют при теоретических расчѐтах размеров деталей. Прочность – сопротивление разрушению от внешних нагрузок. Материал детали по разному сопротивляется 14 различным видам нагрузок (например, растяжение и сжатие) и, следовательно, имеет отличные друг от друга числовые значения и обозначения прочности: временное сопротивление разрыву – σВ; растяжение – σР ; сжатие – σС; изгиб – σИ; кручение – σКР; срез – σСР; смятие – σСМ. Измеряется в мегапаскалях (МПа). Буква греческого алфавита строчная, читается «сигма», индекс около неѐ читается русскими буквами, обозначающими начальные буквы видов нагрузок и произносятся полным названием вида нагрузки в родительном падеже
  

• 12 слайд

  Удельная прочность – характеристика конструкционного материала, являющаяся отношением прочности к плотности. Применяется для сравнения свойств материалов в случаях, когда важен малый вес детали (самолѐто- и ракетостроение). Пластичность – изменение формы физического тела под действием внешних сил без признаков разрушения и сохранение еѐ после снятия действия сил. Наличие этого свойства позволяет изготавливать заготовки для деталей пластическим деформированием. Характеризуется двумя показателями: относительное предельное равномерное удлинение  Р , %. Буква читается «дельта», индекс около неѐ читается русской буквой, обозначающей начальную букву слова «равномерное»; относительное предельное равномерное сужение  Р , %. Буква читается «пси», индекс около неѐ читается русской буквой, обозначающей начальную букву слова «равномерное».
  

• 13 слайд

  Рис. 1. Статические испытания на растяжение: а – схема испытания;
  б – диаграмма растяжения
  

• 14 слайд

  При статических испытаниях на растяжение определяют вели­чины, характеризующие прочность, пластичность и упругость мате­риала. Испытания производятся на цилиндрических (или плоских) образцах с определенным соотношением между длиной l0 и диа­метром d0. Образец растягивается под действием приложенной силы Р (рис. 1, а) до разрушения. Внешняя нагрузка вызывает в образце напряжение и деформацию. Напряжение σ — это отношение силы Р к площади поперечного сечения F0, МПа:
  σ = P/F0,
  Деформация характеризует изменение размеров образца под дей­ствием нагрузки, %:
  ε = [(l1-l0)/l0] · 100,
  где l1 — длина растянутого образца.
  Деформация может быть упру­гой (исчезающей после снятия нагрузки) и пластической (остаю­щейся после снятия нагрузки).
  При испытаниях стоится диаграмма растяжения, представляющая собой зависимость напряжения от деформации. На рис. 1б приведена такая диаграмма для низкоуглеродистой стали. После проведения ис­пытаний определяются следующие характеристики механических свойств.
  Предел упругости σу — это максимальное напряжение при кото­ром в образце не возникают пластические деформации.
  Предел текучести σт — это напряжение, соответствующее площадке текучести на диаграмме растяжения (рис. 1б). Если на диаграмме нет площадки текучести (что наблюдается для хрупких материалов), то определяют условный предел текучести σ0,2— напряжение, вызывающее пластическую деформацию, равную 0,2 %. 
  Предел прочности (или временное сопротивление) σв — это на­пряжение, отвечающее максимальной нагрузке, которую выдержи­вает образец при испытании.
  
  Относительное удлинение после разрыва δ — отношение при­ращения длины образца при растяжении к начальной длине l0, %:
  δ = [(lk-l0)/l0] · 100,
  где lк — длина образца после разрыва.
  Относительным сужением после разрыва ψ называется умень­шение площади поперечного сечения образца, отнесенное к началь­ному сечению образца, %:
  ψ = [(F0-Fk)/F0] · 100,
  где Fк — площадь поперечного сечения образца в месте разрыва. Относительное удлинение и относительное сужение характеризуют пластичность материала.
  
  

• 15 слайд

  Испытание материалов на растяжение
  
  0
  Δl
  
  p
  е
  s
  b
  k
  ∆l, ост. деформация
  Рпц
  Руп
  Рт
  Рв
  Pк
  Временное сопротивление разрыву:
  , или
  Физический предел текучести
  Р – нагрузка;
  F0 – площадь поперечного сечения образца до испытания.
  Площадь поперечного сечения F0 определяется:
  для плоского образца –
  где a0 – первоначальная толщина, а b0 – первоначальная ширина образца.
  

• 16 слайд

  Твѐрдость – сопротивление материала внедрению под нагрузкой в его поверхность другого физического тела. Наличие у материала детали этого свойства достаточной величины позволяет не разрушаться при абразивном изнашивании. У мягких металлов и древесины твѐрдость измеряют вдавливанием в них индентора – стального закалѐнного шарика и обозначают НВ (твѐрдость по Бринеллю). В системе СИ измеряется в Н/мм 2 , что равно МПа; (старые единицы измерения кгс/мм 2 и кгс/см2 ). «НВ» читается латинскими буквами и звучит «ашбэ». 15 Для твѐрдых металлов в качестве индентора применяют алмазный конус и обозначают HRC (твѐрдость по Роквеллу). Измеряется в условных единицах, обозначающих количество расстояния 0,02 мм в размере глубины лунки от вдавливания алмазного конуса в поверхность образца. «НRC» читается латинскими буквами и звучит «ашэрцэ». Единицы измерения не ставятся. Например HRC 60, где число – количество по 0,02 мм.
  

• 17 слайд

  
  P
  
  D
  d
  Испытание твердости материалов по Бринеллю
  где t – глубина сегмента отпечатка,
  Р – нагрузка, кгс;
  D – диаметр шарика, мм;
  d – диаметр отпечатка, мм.
  Нагрузка 3000 кГс, диаметр шарика 10мм, диаметр отпечатка 4,2 мм:
  твердость отожженной стали равна 207 НВ, или НВ= 2028 МПа (1 ньютон = 9,8кгс).
  Твердость металлов измеряется путем вдавливания в испытуемый образец твердого наконечника различной формы. Метод Бринелля основан на вдавливании в поверхность металла стального закаленного шарика под действием определенной нагрузки. После снятия нагрузки в образце остается отпечаток. Число твердости по Бринеллю НВ определяется отношением нагрузки, действующей на шарик, к площади поверхности полученного отпечатка
  

• 18 слайд

  Испытание твердости материалов по Роквеллу
  Метод Роквелла основан на вдавливании в испытуемый образец закаленного стального шарика диаметром 1,588 мм (шкала В) или алмазного конуса с углом при вершине 120° (шкалы А и С). Вдавливание производится под действием двух нагрузок — предварительной равной 100 Н и окончательной равной 600, 1000. 1500 Н для шкал А, В и С соответственно. Число твердости по Роквеллу HRA, HRB и HRC определяется по разности глубин вдавливания.
  m
  t
  1200
  1200
  1200
  F0
  F0
  F 0
  F1
  F
  HRC
  100
  60
  0
  Индентор – алмазный конус: нагрузка 60 и 150 кгс, шкала А и С, 52 HRC.
  Индентор – шарик: нагрузка 100 кгс, шкала В,
  92 HRB.
  

• 19 слайд

  В методе Виккерса применяют вдавливание алмазной четырехгранной пирамиды с углом при вершине 136°. Число твердости по Виккерсу HV определяется отношением приложенной нагрузки к площади поверхности отпечатка
  Твердость определяется по величине отпечатка (рис. в).
  В качестве индентора используется алмазная четырехгранная пирамида с углом при вершине 136o.
  Твердость рассчитывается как отношение приложенной нагрузки P к площади поверхности отпечатка F:
  
  
  
  
  
  Нагрузка Р составляет 5…100 кгс. Диагональ отпечатка d измеряется при помощи микроскопа, установленного на приборе.
  
  Преимущество данного способа в том, что можно измерять твердость любых материалов, тонкие изделия, поверхностные слои. Высокая точность и чувствительность метода.
  Способ микротвердости – для определения твердости отдельных структурных составляющих и фаз сплава, очень тонких поверхностных слоев (сотые доли миллиметра).
  Аналогичен способу Виккерса. Индентор – пирамида меньших размеров, нагрузки при вдавливании Р составляют 5…500 гс
  
  

• 20 слайд

  Определение условного предела текучести
  Откладываем по оси абсцисс
  Δl= 0,2 %·l0 (отрезок 0Е).
  2. Проводим линию, параллельную прямолинейному участку диаграммы 0А.
  3. Точка пересечения линии ЕР с диаграммой соответствует нагрузке Р0,2.
  4. Определяем условный предел текучести σ0,2 по формуле
  где Р0,2 – нагрузка при пределе текучести;
  F0 – площадь поперечного сечения образца до испытания.
  

• 21 слайд

  21
  Образцы для испытания на растяжение
  Относительное удлинение
  Относительное сужение
  d0
  Образцы после растяжения
  b0
  l0
  a0
  lк
  bк
  aк
  lк
  dк
  l0
  Образцы до растяжения
  ,
  

• 22 слайд

  Упругость – восстановление первоначальной формы физического тела после прекращения действия внешней нагрузки. Каждый конструкционный материал имеет свою величину упругости, измеряемую модулем нормальной упругости Е (МПа), высокое значение которого говорит о высокой жѐсткости материала, обеспечивающей весьма малые величины упругой деформации физического тела. Так у сталей Е = 200000 МПа, у меди и чугуна – 100000 МПа, стекло – 70000 МПа, бетон и древесина – 20000 МПа, пластмассы – 2000...5000 МПа, а у каучука Е = 20 МПа. Ударная вязкость – сопротивление динамическим (ударным) нагрузкам. Обозначают КС (МДж/м 2 ) и измеряют отношением работы А (МДж), затраченной на разрушение образца с полукруглым надрезом по середине длины при ударе, к площади поперечного сечения с надрезом F (м 2 ) образца на специальном испытательном стенде. Наиболее высокое значение ударной вязкости – у сплавов металлов (сталей, содержащих никель). Высокие значения ударной вязкости конструкционного материала позволяют деталям, изготовленным из него, работать долго и надѐжно при 16 динамических колебаниях внешних нагрузок. У минеральных и органических материалов она весьма незначительна.
  

• 23 слайд

  Выносливость – сопротивление материала детали усталости. Усталость присуща только твѐрдым и хрупким материалам и является постепенным накоплением трещин при знакопеременных нагрузках в работающем сечении детали вплоть до разрушения. Предел выносливости σВ (МПа) – значение напряжения материала, при котором не происходит разрушения детали при любом количестве циклов нагружения. Обозначение предела выносливости при симметричной нагрузке – σ-1 (МПа). Высокое значение этого механического свойства весьма важно для вращающихся стальных валов, имеющих на себе насадные детали (шестерни, шкивы), передающие нагрузку
  

• 24 слайд

  Технологические свойства
  Для того, чтобы изготовить из материала сначала заготовку, а затем из неѐ – деталь, необходимо применить к материалу комплекс различных видов механической и термической обработки. Обрабатываемость каждого материала индивидуальна и зависит от степени соответствия их технологическим свойствам, к которым относятся: ковкость, возможность литья, свариваемость, обрабатываемость резанием.
  Ковкость – возможность пластического деформирования материала без образования дефектов структуры. Из материалов ею обладают сплавы металлов, но только в пластичном состоянии (сталь, деформируемые сплавы цветных металлов). Хрупкие сплавы металлов (чугун, литейные сплавы цветных металлов), а также минеральные и органические материалы не куются. Единицы измерения не применяются: либо материал обладает ковкостью, либо нет
  

• 25 слайд

  Возможность литья конструкционного материала, имеющего определѐнную величину температуры плавления, характеризуется литейными свойствами: жидкотекучесть – заполнение расплавом материала узких мест внутренней полости литейной формы. Чем она выше, тем 17 точнее будет отливка (у чугуна выше, чем у литейных сплавов цветных металлов и стали). Из минеральных материалов ввиду их невысокой жидкотекучести отливают изделия простых форм, органические материалы (полимеры) из-за того же отливают под давлением. Обозначается lЖ и оценивается множеством факторов (плотность расплава, теплофизические свойства, условия литья и так далее). Буква читается «эл», индекс около неѐ читается русской буквой «жэ», обозначающей начальную букву слова «жидкотекучесть»; усадка – уменьшение объѐма материала после отверждения и остывания расплава. Чем она ниже, тем точнее будет отливка (у чугуна и алюминиевых литейных сплавов – 0,9...1,45% от объѐма, у магниевых сплавов – 1,0...1,6%, у стали и медных литейных сплавов – 1,5...2,5%). У расплавов минеральных материалов усадка – около 5%. Обозначается ЛИН  – линейная и V  – объѐмная. Буква читается «эпсилон», индекс около неѐ читается русскими буквами «лин», обозначающими начальные буквы слова «линейная» и другой – латинской буквой «вэ», являющейся стандартным обозначением объѐма.
  

• 26 слайд

  Свариваемость – образование качественного сварного неразъѐмного соединения двух заготовок между собой расплавлением их соединяемых кромок. Ею обладают некоторые сплавы металлов (у железа – сталь, у алюминия – дуралюмин,) и некоторые виды пластмасс (полипропилен, полиэтилен). Качество сварного шва характеризуется коэффициентом прочности сварного соединения, который является отношением прочности сварного шва σВшва и прочности основного металла σВосн. и должен стремиться к единице или быть больше неѐ. Индексы к греческой букве «сигма» читаются русскими буквами и обозначают: «В» – временное сопротивление материала разрывающей или сжимающей нагрузке, а «шва» и «осн» указывают, что эта характеристика относится соответственно к шву или основному материалу свариваемых заготовок.
  

• 27 слайд

  Обрабатываемость резанием – образование качественной поверхности следа режущего инструмента на обрабатываемом материале (чем меньше глубина царапины, тем выше качество). Все конструкционные материалы имеют разную степень обрабатываемости (чугун – лучше стали, сталь – лучше титановых сплавов, пластмассы – лучше минералов), но для обработки каждого можно подобрать оптимальный материал режущей части инструмента. Качество поверхности оценивается точностью изготовляемого размера детали и высотой шероховатостей микронеровностей (Rz, мкм – высота неровностей профиля по десяти наивысшим точкам, применяется при грубой обработке резанием, и Ra, мкм – среднее арифметическое отклонение профиля на определѐнной длине, применяется при чистовой обработке резанием) на поверхности следа от режущего инструмента.
  

• 28 слайд

  Эксплуатационные свойства
  Выбор материала для какой-либо детали, обладающего заданными физическими, химическими, механическими и технологическими свойствами должен обеспечить и соответствующие эксплуатационные свойства, чтобы эта деталь работала в машине, механизме или конструкции надѐжно и долговечно и не сломалась в самый неподходящий момент. К эксплуатационным свойствам относятся: износостойкость, жаростойкость, хладностойкость, жаропрочность и антифрикционность. Исходя из условий эксплуатации проводят испытания образцов из материала детали для измерения того или другого свойства. На специальных испытательных машинах – механических стендах создают условия работы для образца, близкие к реальным для детали и через определѐнные промежутки времени измеряют проверяемый параметр. По результатам испытаний рассчитывают срок службы детали.
  

• 29 слайд

  Эксплуатационные свойства
  Износостойкость – сопротивление изнашиванию, то есть изменению размеров и формы детали вследствие разрушения поверхностного слоя материала при трении. Процесс 19 изнашивания приводит к поломке детали, так как еѐ размер становится меньше и деталь не выдерживает нагрузки. Следует отметить, что износ – это величина изношенного слоя материала (мм). Чем ниже коэффициент трения (резина – 0,5; текстолит – 0,25; сталь – 0,15; бронза – 0,1; капрон – 0,055; алмаз – 0,02) и выше твѐрдость материала детали (у закалѐнной стали выше, чем у незакалѐнной), тем выше износостойкость поверхности.
  

• 30 слайд

  Жаростойкость – сохранение материалом детали работоспособности при высоких температурах (вольфрам – 3000 °С , титан – 1000 °С, жаростойкие легированные стали – 550...1100 °С, железобетон – 400 °С, бетон – 100 °С). Хладностойкость – сохранение материалом детали работоспособности при низких температурах (качественная сталь – минус 30 °С, легированные стали – минус 150 °С, алюминиевые и медные сплавы – минус 200 °С. фторопласт-4 и полиэтилен – минус 70°С, специальные резины – минус 70 °С). Жаропрочность – сохранение материалом прочности на достаточном для эксплуатации уровне при высоких температурах (сплавы «нихром» – 700...1000 °С, жаропрочные легированные стали – 500...750 °С). Антифрикционность – сохранение низкого сопротивления трению в заданных условиях эксплуатации. Это свойство взаимосвязано с износостойкостью, но оба они относятся к различным критериям работы поверхностей трущихся деталей: антифрикционность (баббиты, фторопласт-4) позволяет не снижать эксплуатационные характеристики машины в целом, а износостойкость предохраняет трущиеся поверхности деталей от разрушения истиранием (трением).
  

• 31 слайд

  ТЕПЛОФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
   характеризуют отношение материала к действию тепла.
  
  Теплопроводность - способность материала передавать тепло от тела большей температурой к менее теплому.
  
  Термическое сопротивление R, (м2 оС)/Вт, конструкции толщиной δ равно
  
  Теплоемкость определяется количеством теплоты, которое необходимо сообщить 1 кг данного материала, чтобы повысить его температуру 1 оС. 
  
  Огнеупорность - способность материала выдерживать длительное влияние высоких температур под нагрузкой.
  
  Огнестойкость - способность материала выдерживать кратковременное воздействие открытого огня
  
  
  

Краткое описание документа:

В презентации описаны физические свойства: цвет, плотность, температура плавления, теплопроводность, тепловое расширение, электропроводность; также химические, технологические, эксплуатационные свойства материалов.Представлены способы испытания образцов на на растяжение и определения твердости. Даны определения видов коррозии