Materjalide mehhaanilised omadused ja deformatsiooni liigid (1)

Materjalide mehaanilised omadused ja deformatsiooni liigid
Materjali vastupanu deformeerimisele ja purune ¬misele iseloomustavad materjalide mehaanilised omadused: tugevus, kõvadus, plastsus ja sitkus.
Tugevus on materjali võime purunemata taluda koormust. Metal ¬ lide tugevusnäitajateks on voolavuspiir, tugevuspiir jt. Eristatakse konstruktsioonitugevust, staatilist, dünaamilist ja kestustugevust.
Kõvadus on materjali võime vastu panna kohalikule plastsele deformatsioonile. Tuntumad kõvadusteimid (Brinelli, Rockwelli ja Vickersi meetod) põhinevad kõvast materjalist otsaku (indentori) surumisel uuritava materjali pinnal saadava jälje suuruse hindamisega.
Plastsus on materjali võime purunemata muuta talle rakendatud väliskoormuse mõjul oma kuju ja mõõtmeid ning säilitada jäävat (plastset) deformatsiooni pärast väliskoormuse lakkamist.
Sitkus on materjali omadus koormamisel taluda (enne purunemist) olulist deformeerimist. Sitkuse vastupidine omadus on haprus.
Sõltuvalt tööolukorrast (koormamise viisist) eristatakse staatilisel, dünaamilisel ja tsüklilisel koormamisel määratavaid mehaanilisi omadusi.
Põhilisteks staatilise katsetamise moodusteks on tõmbeteim, surveteim , paindeteim , väändeteim ja kõvadusteim. Metallide puhul on painde- ja väände¬ teim harva käsutatavad, mistõttu eelkõige tõmbe-teimil (malmi korral ka surveteimil) määratavad mehaanilised omadused on metallide valiku ja tugevusarvutuse aluseks.
Materjali mehaanilised omadused sõltuvad aine keemilisest koostisest, siseehitusest (struktuurist), mõjuva koormamise iseloomust (jõu suurusest , selle mõjumise kiirusest ja suunast), temperatuurist, mastaabitegurist –detaili suurusest ja valmistamise tehnoloogiast.
Materjali mehaaniliste omaduste tundmine võimaldab hinnata masina, seadme või instrumendi vastupidavust töötamisel toimivatele jõududele. Samuti võimaldab valida masina- ja ehituskonstruktsioonide detailide valmistamiseks, sobiva margiga materjali.
Seega tuleb vajalike materjalide valimisel eelkõige teada nende mehaanilisi omadusi: staatilisi ja dünaamilisi tugevusi (löögisitkust ja väsimustugevust), kõvadust, elastsust ning plastust.
Pinge, deformatsioon purunemine ja tugevus.
Välisjõu mõjul keha deformeerub. Selle kuju ja mõõtmed muutuvad ja materjalis tekivad pinged . Pingeks R (σ) nimetatakse detailile (katsekehale) mõjuva jõu F- [N] ja detaili algristlõike pindala A- [mm2] suhet (s.o. ristlõike pinnaühikule mõjuva jõu suurust):
R (σ) = F/A [ N/mm2 ]
Pinget mõõdetakse ühikutes N/mm2 ehk M Pa (varem oli kasutusel kgf/mm2 ).
Koormuse suurenemise toimel võib tekkida metallis elastne või plastne deformatsioon.
Elastse deformatsiooni protsessis materjali aatomid paigutuvad ümber suhteliselt vähe, mis tõttu aatomite vahelised tõmbejõud ei katke . Koormuse eemaldamisel võtavad aatomid esialgse asendi ja toote esialgsed mõõtmed ning kuju taastub .
Plastne deformatsioon tekib, kui jõu suurenedes pinged ületavad proportsionaalsuspiiri Spr (lõik AB joon. 1.5), mil materjalis aatomid paigutuvad ümber niivõrd palju, et nende vahelised tõmbejõud väheneva ja ei suuda esialgset asendit taastada peale koormise eemaldamist. Plastsuseks nimetatakse materjali võimet rakendatud välisjõu mõjul muuta purunemata oma kuju ja mõõtmeid ning säilitada plastne ehk jääv deformatsioon ka pärast välisjõu lakkamist. 
Plastse deformatsiooni käigus muutuvad metalli mehaanilised omadused: suureneb tõmbetugevus ja kõvadus, väheneb plastsus. Protsessi nimetatakse kalestumiseks, mille tulemusel. väheneb :
1) metalli tihedus,
2) vastupanu korrosioonile,
3) suureneb elektritakistus ja
4) muutuvad ferromagnetiliste materjalide magnetomadused
Koormise edasisel kasvamisel järgneb plastsele deformatsioonile materjali purunemine, mis toimub kahes järgus: tekib pragu , mis areneb läbi detaili.
Purunemine
Olenevalt materjali omadusest esineb kahte liiki purunemist:
1) habras purunemine - puudub eelnev teimiku märgatav deformatsioon – malmidel;
2) sitke purunemine – teimikul eelneb märgatav plastne deformatsioon – terastel .
Hapral purunemisel areneb pragu kiiresti, sitkel purunemisel aeglaselt. Seetõttu on habras purunemine ohtlikum.
Välisjõu suund tekitab metallis, kas surve -, tõmbe -, väände -, lõike - ja painde – deformatsiooni. Ekspluatatsioonis võib materjalis ühel samal ajal tekkida üks või mitu erisuunalist deformatsiooni. 
Tõmbeteim
Vastavalt standardile EVS-EN 10002 -1 ( Metall -materjalid. Tõmbeteim) ja GOST 1497-84 määratakse staatilise tõmbeteimiga (tõmbekatsega) materjali järgmised tugevus- Rm (σb ) ja plastsusnäitajad tugevusomadused:
Tõmbekatse tehakse tõmbemasinal, mis võivad olla mehaanilised või hüdraulilised. Mehaanilised masinad arendavad jõudu F=2500 N...50.104N, hüdraulilised masinad veelgi enam.
Metallide katsetamisel kasutatakse põhiliselt silindrilist proovikeha , lehtmaterjalide ja pastidede katsetamisel ka lameproovikeha. Silindrilise normaal proovikeha mõõdud on pikkus l 0 = 200 mm ja läbimõõt d 0 = 20mm.
Proovikeha kinnitatakse tõmbemasinasse. Suurendades masina abil pidevalt proovikehale mõjuvat tõmbejõudu F, proovikeha pikeneb ja lõpuks kätkeb. Katse kestel on proovikehal märgata mitmesuguseid muutusi. Sõltuvust tõmbejõu ja proovikeha pikenemise vahel iseloomustavad tõmbediagrammid.
Voolamist registreeritakse tõmbemasina dünamomeetril (osuti seisatab hetkeks). Peale selle näeme, et proovikeha keskosa tuhmub. Seda põhjustavad proovikeha pinnale tekkinud mikropraod nn.Tšernov- Lüdersi jooned.
Surveteim
Metallidel määratakse surveteimiga samuti nagu tõmbeteimiga.
Plastsus määratakse surveteimiga  proovikeha suhtelise lühenemise  ja ristlõike pindala suurenemise alusel.
Surveteimil muutub proovikeha tünnikujuliseks ja puruneb tasapinnas, mis on surve suunaga 45° nurga all.
Surveteimil võetakse aluseks suhteline jäävdeformatsioon nn. suhteline lühenemine, mis leitakse valemiga: =h0-hk/h0
Paindeteim
Paljude väikese plastsusega materjalidega (karastatud terased, malmid, elektrokeraamika jt.) pole tõmbe- ja surveteimi otstarbekas rakendada. Sobivaks osutub paindeteim. Paindeteimi tehakse tavaliselt lihtsa e. puhta paindeskeemi järgi. Proovikeha on paigutatud kahele toele ja seda koormatakse kontsentreeritud jõuga F. Käsutatakse prismaatilise või silindrilise ristlõikega vardakujulisi proovikehi. Proovikehade kuju ja mõõtmed on standardiseeritud .
Paindejõudu suurendatakse sujuvalt (kiirusega 1000 kuni 1500 N/cm2 minutis ) seni, kuni proovikeha puruneb, tekib pragu (vastavalt GOST 14019-80) või materjal hakkab voolama. Siis määratakse paindejõu suurus ja arvutatakse paindetugevus valemiga σ paine =Mp/W
Ristkülikukujulise ristlõikega proovikeha paindetugevusevalem on lihtsa painde korral:
σ p= 3Fl / 2bh² [ N/mm² ] ,
kus b - proovikeha paksus, h - proovikeha ristlõike kõrgus.
Ülejäänud paindeteimiga määratavad mehaanilised omadused leitakse samuti nagu tõmbeteimiga.