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 Тпл. При этом в процессе плавления (кристаллизации) температура тела не меняется.
Температура плавления Тпл — 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 Тр. Другой характеристической температурой для аморфных материалов является температура стеклования Тст.
Температура стеклования Тст — 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 Ткип.
Температура кипения Ткип — 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 рср вычисляют по формуле Рср = m/Vе, где Ve — 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 рэт при определенных внешних условиях: рот = р / рэт.
Плотность твердых и жидких материалов обычно сравнивают с плотностью воды при температуре 4°С (1000 кг/ м3).
Насыпная плотность рн — масса единицы объема свободно насыпанных дисперсных материалов (например, цемент, песок, минеральная вата и др.)