Mehanička svojstva metalnih materijala odnose se na različita svojstva koja se pokazuju pod djelovanjem vanjskih sila, a koja određuju prikladnost i trajnost materijala u različitim okruženjima. Slijede glavni pokazatelji mehaničkih svojstava metalnih materijala:
1. Čvrstoća i granica razvlačenja
Čvrstoća je sposobnost metalnog materijala da se odupre djelovanju vanjske sile (opterećenja) i izbjegne prekomjernu plastičnu deformaciju ili lom. To je najosnovniji i jedan od najvažnijih pokazatelja mehaničkih svojstava metalnih materijala. Čvrstoća se može podijeliti na različite vrste, uključujući vlačnu čvrstoću, tlačnu čvrstoću, čvrstoću na savijanje i čvrstoću na smicanje, među kojima je vlačna čvrstoća najčešće korištena.
- Vlačna čvrstoća (σb ili Rm): odnosi se na maksimalnu vrijednost naprezanja koje materijal može izdržati tijekom napetosti, tj. maksimalno naprezanje koje se može postići prije povlačenja. Odražava sposobnost materijala da se odupre lomu, simbolizira se kao Rm ili σb, a jedinica je MPa (megapaskali). Vlačna čvrstoća važan je parametar za procjenu žilavosti i sposobnosti plastične deformacije materijala.
- Granica tečenja (σs ili ReL, Rp0.2): odnosi se na materijal u procesu rastezanja, kada naprezanje dosegne određenu kritičnu vrijednost, čak i ako se naprezanje više ne povećava, materijal će nastaviti prolaziti kroz značajnu plastičnu deformaciju vrijednosti naprezanja. Za materijale s očitim fenomenom popuštanja, granica popuštanja je točka popuštanja naprezanja; za materijale bez očitog fenomena popuštanja, obično se propisuje stvaranje 0,2% zaostale deformacije vrijednosti naprezanja kao njegove granice popuštanja, poznate kao uvjet granice popuštanja. Granica razvlačenja je početak plastične deformacije materijala važan je simbol, ali i strukturni dizajn uobičajeno korištenih pokazatelja čvrstoće.
2. plastičnost i istezanje
Plastičnost se odnosi na sposobnost metalnog materijala da proizvede značajnu plastičnu deformaciju bez loma kada je izložen vanjskim silama. Materijal dobre plastičnosti može apsorbirati veliku količinu energije kroz plastičnu deformaciju, čime se poboljšava njegova sposobnost otpornosti na udarce i zamor.
- Istezanje (δ): postotak ukupnog istezanja materijala nakon vlačnog pucanja u odnosu na izvornu označenu duljinu. To je važan pokazatelj plastičnosti materijala. Inženjering obično δ Veći ili jednak 5% materijala naziva se plastičnim materijalima, kao što su meki čelik, aluminij, bakar, itd.; i δ Manje od ili jednako 5% materijala naziva se krhkim materijalima, kao što su lijevano željezo, staklo, keramika itd.
- Skupljanje presjeka (ψ): odnosi se na postotak najveće smanjene površine presjeka u odnosu na izvorno područje loma materijala nakon vlačnog loma. Također je važan pokazatelj za mjerenje plastičnosti materijala. Zajedno s produljenjem, može sveobuhvatno procijeniti sposobnost plastične deformacije materijala.
3. Tvrdoća
Tvrdoća je sposobnost materijala da se odupre drugim tvrđim predmetima utisnutim u njegovu površinu. To je pokazatelj stupnja tvrdoće i mekoće materijala, a također je važan parametar koji odražava otpornost na habanje i učinak rezanja materijala.
- Tvrdoća po Brinellu (HBS, HBW) i tvrdoća po Rockwellu (HRA, HRB, HRC): dvije su najčešće korištene metode ispitivanja tvrdoće. Tvrdoća po Brinellu primjenjiva je na mekše materijale, dok je tvrdoća po Rockwellu primjenjiva na tvrđe materijale. Ispitivanje tvrdoće može se koristiti ne samo za procjenu mehaničkih svojstava materijala, već i za provjeru kvalitete površinskog sloja materijala, kao što je dekarburizacija i karburizacija.
4. Udarna žilavost
Udarna žilavost je sposobnost materijala da izdrži udarna opterećenja. Važan je pokazatelj otpornosti materijala na lom pri dinamičkom opterećenju.
- Vrijednost udarne žilavosti (Ak): obično u džulima/kvadratnom centimetru (J/cm²) kao jedinica, što ukazuje na sposobnost materijala da apsorbira energiju pod djelovanjem udarnog opterećenja. Materijal s dobrom udarnom žilavošću ima visoku otpornost na udarni lom i prikladan je za primjene gdje je potrebno primijeniti udarna opterećenja.
5. Modul elastičnosti
Modul elastičnosti je omjer naprezanja i deformacije tijekom faze elastične deformacije materijala. To je važna mjera krutosti materijala.
- Modul elastičnosti (E): obično se izražava u paskalima (Pa) ili gigapaskalima (GPa). Za uobičajene metalne materijale, kao što je čelik, modul elastičnosti obično je između 200-210 GPa. Materijali s visokim modulom elastičnosti također imaju visoku krutost i visoku otpornost na elastičnu deformaciju.
6. Žilavost loma
Žilavost loma je sposobnost materijala da se odupre širenju pukotine kada sadrži pukotine. To je važan pokazatelj otpornosti materijala na krti lom.
- Žilavost loma (KIC): označava faktor intenziteta naprezanja materijala u uvjetima ravnog naprezanja, kada se pukotina počinje širiti. Materijali s visokom žilavošću loma također imaju jaku otpornost na krti lom i prikladni su za primjene koje zahtijevaju visoka opterećenja ili okruženja niske temperature.
7. Čvrstoća na zamor
Čvrstoća na zamor je sposobnost materijala da se odupre oštećenjima uslijed zamora pod izmjeničnim opterećenjima. To je važan pokazatelj dugotrajnog-životnog vijeka materijala.
- Granica zamora (σ-1): označava najveću vrijednost naprezanja materijala pod beskonačnim vremenima izmjeničnog opterećenja bez oštećenja uslijed zamora. Materijali s visokom čvrstoćom na zamor također imaju dugotrajan radni vijek i prikladni su za situacije u kojima moraju izdržati izmjenična opterećenja.
Pokazatelji mehaničkih svojstava metalnih materijala uključuju čvrstoću, plastičnost, tvrdoću, udarnu žilavost, modul elastičnosti, lomnu žilavost i zamornu čvrstoću. Ovi pokazatelji zajedno određuju primjenjivost i trajnost metalnih materijala u različitim okruženjima. U praktičnim primjenama potrebno je odabrati odgovarajuće metalne materijale prema specifičnim zahtjevima uporabe, kako bi se postigla najbolja kvaliteta proizvoda i učinak uporabe.
