Механічні властивості матеріалів.
До механічних властивостей відносять твердість, в’язкість, пружність, пластичність, лінійне розширення, крихкість, міцність, втому.
Твердість — це здатність металу чинити опір пластичній деформації або крихкому руйнуванню в поверхневому шарі при місцевій контактній силовій дії.
Існують різні методи визначення твердості: втискування, подряпанням, пружна віддача. Найпоширенішим методом є втискування в метал сталевої кульки (твердість за Брінеллем), втискування конуса (за Роквеллом ), втискування піраміди (за Віккерсом).
Пружність — це властивість матеріалу поновлювати свою форму та об’єм після зняття дії зовнішніх сил, які викликають їх зміну.
В'язкість — це здатність матеріалу поглинати механічну енергію і при цьому проявляти значну пластичність аж до руйнування. В’язкість оцінюють за допомогою приладу, який називається маятниковим копром. Зразок стандартної форми вільно встановлюють на опори копра. Маятник масою піднімають на висоту та відпускають. Маятник при падінні руйнує зразок, який по інерції піднімається на деяку висоту
Ударна в'язкість — це здатність матеріалу чинити опір ударним навантаженням. За цією характеристикою оцінюють опір матеріалу проти крихкого руйнування. При ударних навантаженнях напруження, що виникають у матеріалах, діють миттєво, тому їх важко визначити. Для проведення випробовування беруть стандартний зразок, на якому роблять надріз. Випробовування зразків проводять на спеціальних установках — копрах маятникового типу.
Пластичність — це властивість матеріалу деформуватися без руйнування під впливом зовнішніх сил та зберігати нову форму після зняття дії цих сил. Пластичні властивості зразка, що випробовується, визначають при випробовуваннях на розтягування. Під дією навантаження зразки видовжуються, при цьому поперечний переріз їх відповідно зменшується. Чим більше видовжується зразок при випробовуваннях, тим більш пластичний матеріал. Характеристиками пластичності матеріалів є відносне видовження та звуження зразків.
Крихкість - це здатність матеріалів руйнуватися при прикладанні різкого динамічного зусилля. У таких крихких матеріалів явище пластичної деформації не спостерігається, тобто руйнування зразка виникає за умови рівності границі текучості та границі міцності при розтягуванні. Значення відносного видовження та відносного звуження для крихких матеріалів близькі до нуля.
До крихких матеріалів відносять скло, кераміку, порцеляну, хром, марганець, кобальт, вольфрам та ін.
Міцність — це здатність матеріалу чинити опір дії зовнішніх сил без руйнування. Залежне від характеру дії зовнішніх сил розрізняють міцність на розтягування, стиснення, згин, кручення, повзучість і втому. Найпоширенішим і найважливішим видом є випробовування за допомогою статичної дії (розтягування) на матеріал на спеціальних випробувальних установках, які називаються розривними машинами. Для випробовування на розтягання виготовляють зразки у вигляді круглих стержнів або пластин чітко визначених розмірів. Зразки закріплюють у затискачах розривної машини та прикладають до них розтяжне навантаження.
Питома міцність — це відношення границі міцності матеріалу до його щільності. Наприклад, питома міцність алюмінієвих сплавів, титану вища ніж сталі.
Втома — це руйнування матеріалу під дією невеликих повторних або знакозмінних навантажень (вібрацій). Такі навантаження зазнають, наприклад, контакти, пружини. Під дією багаторазових повторно-змінних (які змінюються тільки за значенням) та знакозмінних навантажень (стискування та розтягування) метал руйнується при напруженнях, значно менших ніж границя міцності, тобто настає втома. Витривалість — це властивість металу витримувати, без руйнування, велику кількість повторних або знакозмінних напружень.
Випробовування на витривалість виконують на спеціальних машинах, де зразки обертаються з одночасним прикладанням згинальних навантажень, які створюють розтягування та стискування.
Повзучість — це здатність матеріалу до повільної і безперервної пластичної деформації при дії постійного навантаження або напруження.
Фізико-хімічні властивості матеріалів
До фізико-хімічних властивостей напівпровідникових матеріалів відносять електропровідність, теплопровідність, температуру плавлення, корозійну стійкість та ін.
Питомий електричний опір оцінює ступінь електропровідності матеріалів для зразків правильної форми.
Теплопровідність — це здатність матеріалу передавати через свою товщину тепловий потік, який виникає внаслідок різниці температур на протилежних поверхнях. Теплопровідність залежить від внутрішньої будови матеріалу.
Висока теплопровідність металів і сплавів порівняно з іншими матеріалами пояснюється тим, що теплову енергію в металах переносять вільні електрони, які знаходяться в постійному русі. Вільні електрони зіштовхуються з іонами, що коливаються, і обмінюються з ними енергією. Коливання іонів, що підсилюються при нагріванні, передаються електронами сусіднім іонам. При цьому температура швидко вирівнюється за всією масою металу. Чим більше тепло-провідність металу, тим швидше теплота при нагріванні пошириться по всьому об’єму.
Температура плавлення — це постійна температура при якій твердий метал переходить у рідкий розплав при нормальному тиску. Температура плавлення матеріалів залежить від міцності зв’язку між молекулами, іонами і вимірюється в великих межах.
Густина — це величина, що дорівнює відношенню маси речовини до об’єму, який займає речовина. За густиною метали та сплави поділяються на дві групи: легкі, густина яких не перевищує 5000 кг/мЗ, та важкі, густина яких більше 5000 кг/мЗ. До легких металів відносять алюміній, магній, титан і сплави на їх основі, до важких — залізо, мідь, нікель, цинк, свинець і сплави на їх основі.
Корозійна стійкість — це властивість матеріалів не руйнуватись під дією агресивного середовища. Ступінь корозійної стійкості матеріалів характеризує швидкість корозії під впливом агресивного середовища. Найбільшу хімічну стійкість проти умов навколишнього середовища мають благородні метали (золота, платина, паладій та ін.).
До технологічних властивостей відносять ковкість, зварюваність, обробку різанням, рідкоплинність, усадку та ін. Технологічні властивості визначаються комплексом фізико-хімічних властивостей матеріалу. Для визначення властивостей матеріалу виконують відповідні лабораторні випробовування.
