Методы определения

Основные свойства материалов.

Физические, химические, механические,

Технологические. Твёрдость материалов.

Методы определения

Для того, чтобы судить о том, будет ли пригоден данный материал для изготовления конкретной детали или конструкции, необходимо знать, какими свойствами он обладает. Все свойства материалов условно подразделяются на следующие группы: физические, механические, химические и технологические.

Физические свойства — внутренние, присущие данному материа­лу или веществу особенности, обусловливающие их различие или общ­ность с другими веществами или материалами. Проявляются как от­ветная реакция на воздействие внешних физических полей или сред.

Свойства материала всегда оценивают числовыми показателя­ми, которые устанавливают путем испытаний. Для получения сопос­тавимых данных, которыми можно воспользоваться при выборе и оценке материалов в инженерной практике, испытания обязательно проводят единообразно и в соответствии с требованиями государст­венных стандартов.

Физические свойства, определенные стандартными методами с указанием состава, строения и структуры, представляют собой стан­дартные справочные данные веществ и материалов. Порядок разра­ботки и аттестации стандартных справочных данных (ССД) о физи­ческих константах и свойствах веществ и материалов установлен в Правилах по межгосударственной стандартизации (ПМГ 28—99).

При испытании физических свойств образец обычно не разрушается и не испытывает необратимой деформации.

К физическим свойствам относят плотность, температуру плавления, тепловые, электрические, магнитные, термоэлектрические свойства, способность материала сопротивляться окислению (коррозии) при обычных и повышенных температурах, на воздухе, в газовых или жидких средах.

Физическими величинами, характеризующими агрегатное со­стояние вещества, являются температура и плотность.

Температура — физическая величина, характеризующая со­стояние термодинамического равновесия системы.

Температурный диапазон физических явлений исключительно широк: практически от абсолютного нуля температур до 10¹¹ К и выше.

Температура тела независимо от его массы и химического со­става характеризует энергию, с которой движутся молекулы. Переход вещества в агрегатное состояние, отвечающее более высокой темпе­ратуре, требует подвода энергии, а переход в агрегатное состояние, отвечающее более низкой температуре, сопровождается выделением энергии.

В твердых телах характер плавления определяется их строени­ем. Так, в кристаллических веществах плавление (кристаллизация) происходит при определенной, зависящей от внешнего давления температуре плавления Т_пл. При этом в процессе плавления (кристал­лизации) температура тела не меняется.

Температура плавления Т_пл — температура равновесного фазового пе­рехода твердого кристаллического вещества в жидкое состояние при по­стоянном внешнем давлении. Температура плавления при нормальном ат­мосферном давлении (101 325 Па, или 760 мм рт. ст.) называется точкой плавления. Температура обратного перехода из жидкого состояния в твер­дое кристаллическое вещество называется температурой затвердевания.

Температуры плавления сплавов обычно ниже температуры плавления самого легкоплавкого компонента, а температура затвер­девания раствора понижается с увеличением концентрации раство­ренного вещества, и это понижение пропорционально числу раство­ренных молекул.

Материалы с преимущественно аморфным строением, такие, как стекло и высокомолекулярные полимеры, характеризуются не точкой, а периодом размягчения, для которого самой низ­кой температурой является температура размягчения Т_р. Другой ха­рактеристической температурой для аморфных материалов является температура стеклования Т_ст.

Температура стеклования Т_ст — температура обратимого равно­весного фазового перехода вещества в стеклообразное состояние из пе­реохлажденного расплава при постоянном внешнем давлении.

Интенсивный переход жидкости в пар (парообразование) вследст­вие образования и роста в жидкости пузырьков пара (пузырьковое кипе­ние) или пленки пара на поверхности (пленочное кипение) называется ки­пением и происходит при определенной температуре кипения Т_кип.

Температура кипения Т_кип — температура равновесного пере­хода жидкости в пар при постоянном внешнем давлении.

Температура кипения повышается с увеличением внешнего давления и концентрации растворенного вещества.

Для жидких высокополимерных материалов, в частности, для идентификации и оценки свойств масел, смазочных материалов и др. характерными являются температуры разложения, воспламенения и возгорания.

Температура разложения — минимальная температура окру­жающего образец воздуха, при которой из образца в результате раз­ложения выделяется заметное количество газа.

Температура воспламенения — минимальная температура ок­ружающего образец воздуха, при которой выделяется достаточное количество горючих газов, способных воспламениться от внесенного пламени (битум пластичен при t от 180 до 220 ⁰С, выше - воспламеняется).

Температура возгорания — минимальная температура окру­жающего образец воздуха, при которой в отсутствие внешнего ис­точника зажигания возникает самовозгорание.

Одной из основных физических характеристик материи, опре­деляющей ее инертные и гравитационные свойства, является масса.

Масса вещества рассматривается как мера его количества. Та­ким образом, для однородной системы масса характеризует число структурных элементов (атомов, ионов, молекул и др.), содержащихся в термодинамической системе, и ее строение. Для неоднородных ве­ществ аддитивность массы позволяет ввести понятие «плотность».

Плотность — мера количества вещества в единице объема, кг/ м³: р = m/V.

Плотность, определенная для однородных веществ, может рас­сматриваться как теоретическая. Плотностью, близкой к теоретиче­ской, обладают, как правило, металлы, жидкости, некоторые полиме­ры и др.

Для неоднородных веществ используют понятие «объемная плотность».

Объемная плотность — величина, определяемая отношением массы неоднородного вещества ко всему занимаемому им объему, включая имеющиеся в нем поры и пустоты.

Объемную плотность р_ср вычисляют по формуле Р_ср = m/V_е, где V_e — объем вещества в естественном состоянии.

Для инженерных расчетов используются понятия «относи­тельная плотность» и «насыпная плотность».

Относительная плотность представляет собой отношение плотности вещества р к плотности эталонного вещества р_эт при опре­деленных внешних условиях: р_от = р / р_эт.

Плотность твердых и жидких материалов обычно сравнивают с плот­ностью воды при температуре 4°С (1000 кг/ м³).

Насыпная плотность р_н — масса единицы объема свободно на­сыпанных дисперсных материалов (например, цемент, песок, мине­ральная вата и др.)