Механические свойства электротехнических материалов

Механические свойства электротехнических материалов

Механическими свойствами электротехнических материалов называют свойства, которые являются испытаниями при воздействии внешних сил.

К механическим свойствам относят твердость, упругость, вязкость, пластичность, линейное расширение, хрупкость, прочность и усталость. Механические свойства обуславливают прочность изделий. Большинство электротехнических материалов выполняет несколько функций, в том числе и функции конструкционных материалов. Поэтому часто для электротехнических материалов необходимо знать числовые значения прочности на разрыв, сжатие, изгиб. Многие материалы обладают повышенной хрупкостью, т.е. легко разрушаются динамическими нагрузками [11]. Для жидких диэлектриков – масел, лаков важной механической характеристикой является вязкость[12].

Величины параметров, определяющие механические свойства необходимы для выбора электротехнических материалов и их технологической обработки, а также расчетов по прочности конструкций, контроля и диагностирования их состояния в процессе эксплуатации электротехнического оборудования.

Твердость – это способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого. Методы определения твердости: вдавливание, царапанье и упругая отдача [2,5].

Упругость – это свойство материала восстанавливать свою форму и объем после прекращения действия внешних сил, которые вызывают их изменение [5].

Вя́зкость (вну́треннее тре́ние) – одно из явлений переноса, свойство текучих тел (жидкостей и газов) оказывать сопротивление перемещению одной их части относительно другой [2].

Пластичность – это свойство материала деформироваться без разрушения под действием внешних сил и сохранять новую форму после прекращения действия этих сил. Температурный коэффициент линейного расширения позволяет определить изменения любых геометрических размеров изделий (длины, ширины, толщины) при нагревании [13].

Хрупкость – это способность материалов разрушаться при приложении резкого динамического усилия. Для оценки склонности материала к хрупкому разрушению применяют испытания на ударный изгиб образцов с надрезом, в результате которого определяют ударную вязкость (стойкость к холоду) [3,5].

Прочность – это способность материала сопротивляться действию внешних сил, не разрушаясь. Показатели прочности характеризуются не прилагаемой нагрузкой Р, а удельными величинами, где учитываются площадь поперечного сечения образца F в некоторый момент его растяжения [3,5].

Усталость материалов – свойство, проявляющееся при воздействии на материал многократной нагрузки (вибрации). При многократном воздействии нагрузки материал теряет свои механические свойства, а затем может полностью разрушиться. Это свойство характеризуется пределом выносливости (усталости) материала (σw) [6,14].

Свойство металла выдерживать, не разрушаясь, большое число повторных или знакопеременных напряжений называется выносливостью.

Коррозия снижает предел выносливости σ-1 на 50...60% и более. Для материалов, кривая усталости которых идет наклонно и не заканчивается горизонтальным участком, предел выносливости может быть выбран условно в виде величины напряжения (нагрузки), не разрушающей материал при установленном числе циклов (n).

Многие металлы (обычно цветные металлы и их сплавы) не имеют горизонтального участка на кривой усталости. В этом случае определяют ограниченный предел выносливости – наибольшее напряжение, которое выдерживает металл (сплав) в течение заданного числа циклов нагружения.

База испытания N должна быть не ниже 10 - 10⁶ циклов для стали и 100 - 10⁶ циклов для легких сплавов и других цветных металлов, не имеющих горизонтального участка на кривой усталости.

Разрывная длина – это минимальная длина образца, при которой происходит его разрушение под действием собственного веса, или длина образца, при которой напряжение под действием собственного веса становится равным пределу прочности.

Образец разрушится, если вследствие увеличения длины образца, общий вес его станет равен прочности образца при растяжении. Износостойкость материалов и изделий является важной совокупностью свойств, которые учитываются при разработке товаров.

Износ – это изменение внешнего вида, конструкции или свойств товара, при которых он требует ремонта (частичный износ) или становится непригодным для дальнейшего использования (полный износ). Износ изделия представляет собой сложное явление, протекающее при его эксплуатации. Он обусловлен механическими и физико-химическими воздействиями на товар [5,6].

Внешний механический износ, при котором истираются поверхности материала, является простейшим видом разрушения, он сопровождается потерей с поверхности частиц вещества и, следовательно, уменьшением толщины, веса и прочности материала на участках износа. Интенсивность внешнего износа зависит от природных свойств материала, структуры поверхности, подвергающейся внешним воздействиям, и интенсивности этих воздействий.

Внутренний механический износ вызывается многократными механическими воздействиями на материал в процессе эксплуатации, сопровождается изменением внутренней структуры и в связи с этим - физико-механических свойств материала.

Признаками такого износа служат потеря упруго-эластических и пластических свойств материала, увеличение жесткости, хрупкости, падение механической прочности, хотя внешний вид и конструкция изделия остаются без изменения. При дальнейшем износе изделие становится непригодным для использования вследствие резкого ухудшения потребительских свойств, частичного или полного разрушения из-за многократных растяжений, сжатий, изгибов, ударных воздействий, вызывающих усталость материала.

Выполните задания

1. Работая в группах, составьте опорный конспект изученной темы. Обменяйтесь своими творческими работами, дополните и оцените труд других групп.

2. Составьте интеллектуальную карту механических свойств электротехнических материалов. Выполните перевод основных названий и понятий на казахский и английский языки.

3. Разработайте интеллектуальную игру по данной теме в своей подгруппе (например, «Своя игра», «Что? Где? Когда?» и т.д.) и проведите ее для остальных подгрупп. Оцените деятельность участников.

4. Проверьте уровень усвоения изученного материала по рекомендуемому тестовому материалу:

1. Свойства, которые являются испытаниями электротехнических материалов при воздействии внешних сил, называют:

A) тепловыми;

B) механическими;

C) электрическими;

D) электротехническими;

E) испытательными.

2. Проявление твердости, упругости, вязкости, пластичности, линейного расширения, хрупкости, прочности и усталости относят к … свойствам:

A) тепловым;

B) механическим;

C) электрическим;

D) электротехническим;

E) испытательным.

3. Механические свойства у товаров обуславливают:

A) хрупкость;

B) стоимость;

C) эстетичность;

D) износостойкость;

E) прочность.

4. Для электротехнических материалов необходимо знать числовые значения:

A) прочности на разрыв и сжатие;

B) прочности на сжатие и изгиб;

C) прочности изгиб и кручение;

D) прочности на разрыв, сжатие, изгиб;

E) прочности на сжатие и изгиб.

5. Многие материалы легко разрушаются динамическими нагрузками, т.е. обладают повышенной:

A) хрупкостью;

B) эластичностью;

C) гибкостью;

D) износостойкостью;

E) прочностью.

6. Величины параметров, определяющие механические свойства электротехнического оборудования, необходимы в процессе эксплуатации для расчетов:

A) контроля и диагностирования их состояния;

B) прочности конструкций и диагностирования их состояния;

C) диагностирования их состояния;

D) прочности конструкций и контроля их состояния;

E) прочности конструкций, контроля и диагностирования их состояния.

7. Способность материала сопротивляться проникновению в него другого, более твердого, называют:

A) гибкостью;

B) хрупкостью;

C) твердостью;

D) прочностью;

E) сопротивляемостью.

8. Методы определения твердости:

A) вдавливание, царапанье, упругая отдача;

B) царапанье, упругая отдача;

C) вдавливание, упругая отдача;

D) хрупкость, царапанье, упругая отдача;

E) вдавливание, твердость, упругая отдача.

9. Свойство материала восстанавливать свою форму и объем после прекращения внешнего действия, называют:

A) гибкостью;

B) выносливостью;

C) упругостью;

D) твердостью;

E) вязкостью.

10. Способность материала оказывать сопротивление динамическим нагрузкам, называют:

A) гибкостью;

B) выносливостью;

C) упругостью;

D) пластичностью;

E) вязкостью.

11. Свойство материала деформироваться без разрушения под действием внешних сил и сохранять новую форму после прекращения действия этих сил, называют:

A) гибкостью;

B) выносливостью;

C) упругостью;

D) пластичностью;

E) вязкостью.

12. Способность материалов разрушаться при приложении резкого динамического усилия, называют:

A) гибкостью;

B) хрупкостью;

C) упругостью;

D) пластичностью;

E) вязкостью.

13. Способность материала сопротивляться действию внешних сил, не разрушаясь, называют:

A) гибкостью;

B) прочностью;

C) упругостью;

D) пластичностью.

E) вязкостью.

14. Свойство, проявляющееся при воздействии на материал многократной нагрузки (вибрации), называют:

A) гибкостью;

B) прочностью;

C) усталостью; 

D) пластичностью;

E) выносливостью.

15. Свойство, проявляющееся в результате многократного воздействия нагрузки материала при котором теряются механические свойства, а затем полностью разрушиться, называют:

A) пределом выносливости (усталости) материала;

B) пределом выносливости (пластичности) материала;

C) пределом выносливости (гибкости) материала;

D) пределом выносливости (износостойкости) материала;

E) пределом выносливости (хрупкости) материала.

16. Свойство металла выдерживать, не разрушаясь, большое число повторных или знакопеременных напряжений называют:

A) гибкостью;

B) прочностью;

C) упругостью;

D) пластичностью;

E) выносливостью.

17. Коррозия снижает предел выносливости σ_-1 на:

A) 20...30% и более;

B) 30...40% и более;

C) 40...50% и более;

D) 55...65% и более;

E) 50...60% и более.

18. Наибольшее напряжение, которое выдерживает металл (сплав) в течение заданного числа циклов нагружения, называют:

A) допустимым пределом выносливости;

B) разрешенным пределом выносливости;

C) определительным пределом выносливости;

D) ограниченным пределом выносливости;

E) безграничным пределом выносливости.

19. Минимальную длину образца, способствующего его разрушению, называют:

A) жарамсыз;

B) не разрешенной;

C) определительной;

D) ограниченной;

E) разрывной.

20. Изменение внешнего вида, конструкции или свойств товара, при которых он требует ремонта или становится непригодным для дальнейшего использования, называют:

A) пределом;

B) износом;

C) старением;

D) разрушением;

E) разрывом.