Механические свойства характеризуют способность материа­лов сопротивляться действию внешних сил. К основным механичес­ким свойствам относятся прочность, твердость, ударная вязкость, упругость, пластичность, хрупкость и др.

Прочность — это способность материала сопротивляться раз­рушающему воздействию внешних сил.

Твердость — это способность материала сопротивляться вне­дрению в него другого, более твердого тела под действием нагрузки.

Вязкостью называется свойство материала сопротивляться раз­рушению под действием динамических нагрузок.

Упругость — это свойство материалов восстанавливать свои раз­меры и форму после прекращения действия нагрузки.

Пластичностью называется способность материалов изменять свои размеры и форму под действием внешних сил, не разрушаясь при этом.

Хрупкость — это свойство материалов разрушаться под дей­ствием внешних сил без остаточных деформаций.

Твердость металлов измеряется путем вдавливания в испытуе­мый образец твердого наконечника различной формы.

рис. 2.Приборы для определения ударной(а) и статической (б) твердости: 1 – направляющая трубка; б – груз; в – боек; 4 – винт; 5 – испытуемый образец; 6 – штатив; 7 – станина; 8 – рукоятка; 9 – маточная гайка; 10 – стальной наконечник4 11 – испытуемый образец; 12 – столик; 13 – шкала; 14 – стрелка.

Рис. 3.Прибор Роквелла: 1 – вращающийся маховик; 2 – столик; 3 – стальной шарик или алмазный конус; 4 – циферблат; рукоятка

рис. 4.Методы определения твердости: а – по Бринеллю; б – по Роквеллу; в – по Виккерсу.

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.

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 Аи 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.

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.

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 £ „ и диа­метром d_Q . Образец растягивается под действием приложенной силы Р (рис. 5 ,а) до разрушения. Внешняя нагрузка вызывает в образце напряжение и деформацию.

рис. 5. Образец для испытания на растяжение (а) и диаграмма растяжения (б)

рис. 6.Разрывная машина для испытания на растяжение (а) и диаграмма растяжения (б): 1 - коробка скоростей; 2 – электродвигатель; 3 – самозаписыващий прибор; 4 – рычаг; 5 – верхний захват; 6 – нижний захват (между 5 и 6 закрепляется образец); 7 – ходовой винт.

Напряжение σ— это отношение силы Р к площади поперечного сечения F , МПа:

Деформация характеризует изменение размеров образца под дей­ствием нагрузки, %:

где: — 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. 1,6 приведена такая диаграмма для низкоуглеродистой стали. После проведения ис­пытаний определяются следующие характеристики механических свойств.

Предел упругости — это максимальное напряжение при кото­ром в образце не возникают пластические деформации.

Предел текучести — это напряжение, соответствующее площадке текучести на диаграмме растяжения (рис. 1,6). Если на диаграмме нет площадки текучести (что наблюдается для хрупких материалов), то определяют условный предел текучести О₀₂ — напряжение, вызывающее пластическую деформацию, равную 0,2%.

Предел прочности (или временное сопротивление) — это на­пряжение, отвечающее максимальной нагрузке, которую выдерживает образец при испытании.

Относительное удлинение после разрыва   — отношение при­ращения длины образца при растяжении к начальной длине ₀, %:

где к — длина образца после разрыва.

Относительным сужением после разрыва  называется умень­шение площади поперечного сечения образца, отнесенное к началь­ному сечению образца, %:

где Fк — площадь поперечного сечения образца в месте разрыва. Относительное удлинение и относительное сужение характеризуют пластичность материала.

Ударная вязкость определяется работой А, затраченной на разрушение образца, отнесенной к площади его поперечного сече­ния F; Дж/м²:

Испытания проводятся ударом специального маятникового коп­ра. Для испытания применяется стандартный надрезанный образец, устанавливаемый на опорах копра. Маятник определенной массы наносит удар по стороне противоположной надрезу.

рис. 7.Маятниковый копр для испытания на ударную вязкость: 1 – маятник; 2 – образец; 3 – шкала; 4 – стрелка