Физические свойства

К физическим свойствам относят: массу (масса, плотность, удельный вес  и др.), агрегатное состояние (твердое тело, жидкость, газ, эмульсия, раствор и т. п.), механические свойства  (прочность,  пластичность, твердость, упругость,  вязкость и др.), термические свойства (теплопроводность, термическое расширение, термическая стойкость, огнестойкость и др.),  оптические свойства (цветовой тон, часто называемый цветом, яркость и насыщенность цвета), акустические свойства (скорость звука, высота звука, сила и интенсивность звука и др.), электрические свойства (электропроводность, удельное электрическое сопротивление и др.).

Поскольку с механическими свойствами материалов и изделий из них вы мало знакомы, разберем эти свойства более подробно.

Прочность — максимальная удельная нагрузка (напряжение), которую выдерживает материал до разрушения при его растяжении, т. е. способность материала сопротивляться воздействию внешних сил без разрушения.

Для большинства материалов прочность оценивают величиной предела прочности σ_в при растяжении:

σ_в = P/F,

где P — сила, при которой образец разрушается, Н; F — площадь поперечного сечения испытуемого стандартного образца материала, м².

Единица измерения прочности — паскаль (Па), допускается выражать прочность в килограмм-сила на миллиметр квадратный (кгс/мм²);

Пластичность — способность выдерживать пластические деформации, оцениваемые относительным удлинением δ образца при растяжении и относительным сужением ψ его поперечного сечения; измеряются значения единица δ и ψ в процентах.

Пластичность определяет возможность выполнения технологических операций обработки металлов давлением (ковки, проката и др.)

Показатели прочности и относительного удлинения при растяжении широко используют при оценке механических свойств металлов, пластмасс, резины, тканей, нитей и других материалов медицинского назначения.

Для некоторых материалов (чугун, стекло), имеющих сравнительно низкую прочность при растяжении применяют показатель прочности при сжатии, измеряемый аналогичными показателями.

Так, прочность пластмасс и стекла при сжатии в 15–20 раз больше, чем при растяжении, и сопоставима с прочностью при растяжении стали (до 100 кгс/см²).

Твердость — сопротивление материала проникновению индентора, т. е. сопротивление вдавливанию в них какого-либо тела. Существует несколько методов определения твердости материалов.

Твердость металлов определяют чаще всего методами Бриннеля (вдавливание стального шарика) или Роквелла (вдавливание конусообразной алмазной пирамиды). Число твердости определяют по специальным таблицам и обозначают соответственно НВ и HRC.

По Бриннелю определяют твердость сырых (термически не обработанных) металлов, по Роквеллу — твердость закаленных изделий (режущих инструментов). Твердости по Бриннелю (НВ) вычисляется из соотношения:

HB = P/F,

где P — сила вдавливания стального шарика, кгс; F — площадь поверхности сферического отпечатка, мм².

Между твердостью по Бриннелю и пределом прочности существует устойчивая связь, поэтому по измерению твердости стали в состоянии поставки можно судить и об ее прочности.

Твердость материала зависит от его природы, строения, геометрической формы, размеров и расположения атомов в молекуле, а также сил межмолекулярного взаимодействия.

Для одних товаров твердость является показателем функциональных свойств (режущие хирургические инструменты и ножи ампутационные), для других — показателем надежности (стекло), для третьих — обусловливает их гигиенические свойства (глазурь на фарфоровых изделиях).

Твердость определяет назначение изделия и способ его формования. Например, ножи ампутационные должны иметь большую твердость, чем кость. Кроме того, твердость оказывает влияние на сохранение внешнего вида изделия.

Упругость — сопротивление упругим деформациям, т. е. способность материала изменять свою форму под действием внешних сил и восстанавливать ее после прекращения действия этих сил.

Измеряется пределом упругости — напряжение, выше которого материал приобретает остаточные деформации. Вычисляется по отношению нагрузки, при которой у образца появляется остаточное удлинение, к площади его первоначального поперечного сечения.

Единицы измерения такие же, как у предела прочности при растяжении. Различные типы стали имеют предел упругости около 30 кгс/мм², а свинец — 0,25 кгс/мм².

Вязкость — способность материала сопротивляться динамическим  нагрузкам, т. е. не разрушаться при действии на изделие ударных нагрузок.

Характеристикой вязкости служит величина ударной вязкости. Ее определяют путем удара образца грузом определенной массы, который падает с заданной высоты.

Работа излома, отнесенная к площади поперечного сечения образца в месте излома, дает значение ударной вязкости в Дж/см². Пластичные материалы обладают высокой ударной вязкостью, хрупкие — низкой.

Высокой ударной вязкостью, наряду с достаточной твердостью, обладают углеродистые стали с содержанием углерода 0,75–0,85%, что обеспечивает высокое качество функциональных свойств изделий из них. Поэтому долота, изготовленные из этой стали не выкрашиваются при ударных нагрузках.

Усталость — способность материалов разрушаться от действия многократно повторяющихся нагрузок, величина которых не достигает предела прочности материала.

Чем больше циклов нагрузки выдерживает образец металла, тем он выносливее. Для каждого металла существует предел усталости, определяемый числом циклов нагрузки, которое может выдержать образец металла.

Те материалы, которые под действием внешних сил совсем или почти не изменяют своей формы, но быстро разрушаются, называют хрупкими. Хрупкими являются стекло, чугун, некоторые пластмассы (полистирол).