Les propietats mecàniques dels materials metàl·lics fan referència a les diferents propietats que s'exhibeixen sota l'acció de forces externes, que determinen la idoneïtat i la durabilitat dels materials en diferents entorns. Els següents són els principals indicadors de les propietats mecàniques dels materials metàl·lics:
1. Força i força de fluència
La resistència és la capacitat d'un material metàl·lic per resistir l'acció d'una força externa (càrrega) i evitar una deformació o fractura plàstica excessiva. És el més bàsic i un dels indicadors més importants de les propietats mecàniques dels materials metàl·lics. La resistència es pot dividir en diversos tipus, incloent la resistència a la tracció, la resistència a la compressió, la resistència a la flexió i la resistència al tall, entre les quals la resistència a la tracció és la més utilitzada.
- Resistència a la tracció (σb o Rm): es refereix al valor màxim de tensió que pot suportar un material durant la tensió, és a dir, l'esforç màxim que es pot assolir abans d'arrencar. Reflecteix la capacitat del material de resistir la fractura, simbolitzada com Rm o σb, i la unitat és MPa (megapascals). La resistència a la tracció és un paràmetre important per avaluar la tenacitat i la capacitat de deformació plàstica d'un material.
- Límit elàstic (σs o ReL, Rp0.2): es refereix al material en el procés de tracció, quan la tensió assoleix un cert valor crític, fins i tot si la tensió ja no augmenta, el material continuarà experimentant una deformació plàstica important del valor de la tensió. Per als materials amb un fenomen de fluència evident, el límit elàstic és el punt de fluència de la tensió; per a materials sense fenomen de fluència evident, normalment s'estipula que produeixi un 0,2% de deformació residual del valor de tensió com a límit de rendiment, conegut com a condició de límit elàstic. La resistència a la fluència és l'inici de la deformació plàstica del material és un símbol important, però també el disseny estructural dels indicadors de resistència utilitzats habitualment.
2. plasticitat i elongació
La plasticitat es refereix a la capacitat d'un material metàl·lic de produir una deformació plàstica significativa sense fractura quan està sotmès a forces externes. Un material amb bona plasticitat pot absorbir una gran quantitat d'energia mitjançant la deformació plàstica, millorant així la seva capacitat de resistir l'impacte i la fatiga.
- Elongació (δ): el percentatge de l'allargament total d'un material després de la ruptura per tracció en relació a la longitud marcada original. És un indicador important de la plasticitat d'un material. L'enginyeria normalment δ Major o igual al 5% del material s'anomenen materials plàstics, com ara acer suau, alumini, coure, etc.; i δ Menys o igual al 5% del material s'anomena materials trencadissos, com ara ferro colat, vidre, ceràmica, etc.
- Contracció de la secció (ψ): es refereix al percentatge de l'àrea màxima reduïda de la secció respecte a l'àrea de fractura original del material després de la fractura per tracció. També és un índex important per mesurar la plasticitat del material. Juntament amb l'allargament, pot avaluar exhaustivament la capacitat de deformació plàstica del material.
3. Duresa
La duresa és la capacitat d'un material de resistir altres objectes més durs pressionats a la seva superfície. És un indicador del grau de duresa i suavitat del material, i també és un paràmetre important que reflecteix la resistència al desgast i el rendiment de tall del material.
- La duresa Brinell (HBS, HBW) i la duresa Rockwell (HRA, HRB, HRC): són dos mètodes de prova de duresa que s'utilitzen habitualment. La duresa Brinell s'aplica a materials més tous, mentre que la duresa Rockwell és aplicable a materials més durs. La prova de duresa es pot utilitzar no només per avaluar les propietats mecàniques del material, sinó també per comprovar la qualitat de la capa superficial del material, com ara la descarburació i la carburació.
4. Tenacitat a l'impacte
La tenacitat a l'impacte és la capacitat d'un material de resistir les càrregues d'impacte. És un indicador important de la resistència a la fractura dels materials sota càrrega dinàmica.
- Valor de tenacitat a l'impacte (Ak): normalment en joules/centímetre quadrat (J/cm²) com a unitat, que indica la capacitat del material per absorbir energia sota l'acció de la càrrega d'impacte. Un material amb una bona tenacitat a l'impacte té una alta resistència a la fractura per impacte i és adequat per a aplicacions on cal aplicar càrregues d'impacte.
5. Mòdul d'elasticitat
El mòdul d'elasticitat és la relació entre la tensió i la deformació durant la fase de deformació elàstica d'un material. És una mesura important de la rigidesa d'un material.
- Mòdul d'elasticitat (E): normalment expressat en Pascals (Pa) o Gigapascals (GPa). Per als materials metàl·lics comuns, com l'acer, el mòdul d'elasticitat sol estar entre 200 i 210 GPa. Els materials amb un alt mòdul d'elasticitat també tenen una gran rigidesa i una alta resistència a la deformació elàstica.
6. Tenacitat a la fractura
La tenacitat a la fractura és la capacitat d'un material de resistir l'extensió de les esquerdes quan conté esquerdes. És un indicador important de la resistència d'un material a la fractura fràgil.
- Tenacitat a la fractura (KIC): indica el factor d'intensitat de tensió del material en condicions de tensió plana, quan l'esquerda comença a expandir-se. Els materials amb alta tenacitat a la fractura també tenen una forta resistència a la fractura fràgil i són adequats per a aplicacions que requereixen entorns d'estrès elevat o de baixa temperatura.
7. Força a la fatiga
La resistència a la fatiga és la capacitat d'un material de resistir els danys per fatiga sota càrregues alternes. És un indicador important de la-vida útil a llarg termini d'un material.
- Límit de fatiga (σ-1): indica el valor de tensió màxima d'un material sota infinites vegades de càrrega alterna sense danys per fatiga. Els materials amb alta resistència a la fatiga també tenen una llarga vida útil i són adequats per a ocasions en què necessiten suportar càrregues alternes.
Els indicadors de propietats mecàniques dels materials metàl·lics inclouen resistència, plasticitat, duresa, resistència a l'impacte, mòdul d'elasticitat, tenacitat a la fractura i resistència a la fatiga. Aquests indicadors junts determinen l'aplicabilitat i la durabilitat dels materials metàl·lics en diferents entorns. En aplicacions pràctiques, cal seleccionar els materials metàl·lics adequats segons els requisits específics d'ús, per tal d'aconseguir la millor qualitat del producte i efecte d'ús.
