Под механическими свойствами понимают характеристики, определяющие поведение вещества или материала под действием приложенных внешних механических сил.
Механические свойства могут изменяться под воздействием внешних факторов, таких как тепловое (плавление материалов от воздействием высоких температур при пожаре), химическое (кислота разрушает органические вещества), механическое (для проникновения в жилище можно разбить стекло, отжать дверь), электромагнитное (провода становятся хрупкими под воздействием тока короткого замыкания) и радиационное воздействие.
К механическим свойствам относят, прежде всего: твердость, упругость (пластичность), прочность при механическом воздействии.
Прочность — сопротивление материала деформации и разрушению.
Упругость (пластичность) — способность материала к остаточной деформации (после снятия деформирующих нагрузок) без разрушения.
Твердость – это свойство материала оказывать сопротивление пластической деформации при контактном воздействии в поверхностном слое.
Деформация — изменение размеров и формы тела под действием приложенных сил. Деформация является следствием действия внешних сил, приложенных к телу (сдавливающих, растягивающих, изгибающих и т. д.) и различных физико-механических процессов (изменение объемов отдельных кристаллитов при фазовых превращениях или вследствие температурного градиента).
Так вот, под действием внешних сил в материале возникает напряжение (σ) — сила реакции, которая уравновешивает действующие силы и выражается в виде отношения действующей нагрузки (Р) к площади поперечного сечения нагружаемого материала (F):
σ = Р/F
Наличие в материале трещин, надрезов и иных повреждений эксплуатационного характера, внутренних дефектов (например, пустот), сквозных отверстий, резких изменений толщины изделия и иных конструктивных особенностей приводит к неравномерному распределению напряжений в материале, образованию концентраторов напряжения. Именно в местах, где находятся концентраторы напряжения, наблюдается повышенная локализованная величина напряжения, и здесь в первую очередь происходит разрушение нагружаемого материала.
Напряжения в материале могут быть вызваны разными причинами. Временные напряжения обусловлены действием внешней нагрузки и исчезают после ее снятия. Внутренние напряжения возникают и уравновешиваются в пределах изделия без действия внешней нагрузки.
Результатом действия напряжения являются деформации, различающиеся по характеру, интенсивности, глубине проникновения в материал и другим характеристикам.
Упругой называется деформация, влияние которой на форму, структуру и свойства тела полностью устраняется после прекращения действия внешних сил.
Пластической называется деформация, влияние которой становится необратимым, сохраняется при снятии нагрузки. Это происходит при превышении предела упругости. Пластическая деформация осуществляется скольжением и двойникованием.
Скольжение (смещение) отдельных частей кристалла относительно друг друга под действием касательных напряжений определенной (критической) величины протекает в кристаллической решетке по плоскостям и направлениям, где величина сопротивления сдвигу наименьшая.
Двойникование характерно для некоторых металлов, имеющих плотноупакованные кристаллические решетки. Двойникование представляет собой процесс образования в монокристалле областей с закономерно измененной ориентацией кристаллической структуры.
Испытание на растяжение очень распространено, по его результатам можно установить сразу несколько характеристик. Напряжение, при котором происходит разрыв, называется пределом прочности. . Модуль упругости определяет жесткость материала, интенсивность увеличения напряжения при упругой деформации.
Предел упругости – напряжение, при котором остаточная деформация достигает 0,05% от начальной длины образца материала.
При изгибающем (поперечном) нагружении изделие деформируется. Слои материала, расположенные по разные стороны от продольной оси изделия, одновременно подвергаются разным по знаку нагрузкам: сжимающей с вогнутой стороны и растягивающей с выпуклой стороны.
Динамические испытания также имеют большое значение для определения механических свойств материалов. Например, испытание на ударный изгиб выявляет склонность материала к хрупкому разрешению.
Усталостный излом – разрушения при длительном циклическом нагружении); состоит из 4 плавно переходящих друг в друга зон: зоны развития очаговой трещины, зон медленного и ускоренного роста трещины и зоны долома.
Хрупкий излом – разрушения, возникающие при приложении значительной нагрузки с большой скоростью; образуется в том случае, когда разрушаемый материал сохраняет свои упругие свойства вплоть до момента разрушения.
Пластичный (вязкий) излом – разрушения, вызванные воздействием на деталь статически приложенной нагрузки с небольшой скоростью, по величине значительно больше предела текучести.
