Фізико-механічні властивості

Фізико-механічні властивості металів та сплавів металів

Метали мають різні колірні відтінки майже всього спектра, проте, як правило, для недорогоцінних металів це сірий, блакитний, синюватий різного ступеня вираженості та різних комбінацій. Для дорогоцінних металів характерні жовто-оранжева гамма і білувато-сріблястий відтінок, ці речовини мають досить високу щільність (див. табл. 20). Так, густина золотовмісних сплавів становить 14 -18 г/см3, густина кобальтохромових сплавів (див. табл. 39-40) дорівнює 8,4 г/см3, щільність нікелехромових сплавів (див. табл. 37) - 8,2 г/см3 . Як уже зазначалося, вони теплопровідні та електропровідні, а також розширюються і стискуються відповідно при нагріванні та охолодженні.

Температура плавлення металів (див. табл. 20) широко варіюється. У зв'язку з цим виділяють легкоплавкі метали з температурою плавлення нижче, ніж у чистого олова (232 ° С), а також тугоплавкі метали, температура плавлення яких вище, ніж у заліза (1535 ° С). Між цими полюсами розташовані середні температури плавлення, властиві більшості металів та сплавів. Температура плавлення і температура затвердіння чистих металів завжди постійні, і, поки не зникне одна фаза - розплавлення твердої частини при нагріванні або затвердіння рідкої частини при охолодженні - температура залишається незмінною.Пластична деформація призводить до зміни фізичних властивостей металу, а саме: - підвищення електроопору; - Зменшення щільності; - Зміни магнітних властивостей.

Усі внутрішні зміни, що відбуваються під час пластичної деформації, викликають зміцненняметалу. Характеристики міцності (тимчасовий опір, межа плинності, твердість) підвищуються, а пластичні - знижуються.

Зміцнення металу під дією пластичної деформації називають наклепом.

Нагартовані метали, що мають наклеп, більш схильні до корозійного руйнування при експлуатації. Для повного зняття наклепу метали піддаються рекристалізаційному відпалу.

Рекристалізація — це процес виникнення та зростання нових не-деформованих кристалічних зерен полікристалу за рахунок інших зерен.

Рекристалізації застосовують на практиці для надання матеріалу найбільшої пластичності. Причому вона протікає особливо інтенсивно пластично деформованих матеріалах при більш високих температурах. Температура рекристалізації має важливе практичне значення. Щоб відновити структуру та властивості наклепаного (на-гартованого) металу (наприклад, при продовженні штампування коронки під пресом після набивання гільзи на крейдовій моделі), його треба нагріти вище за температуру рекристалізації.

Сукупність властивостей, що характеризують опір металу та сплаву дії прикладених до нього зовнішніх механічних сил (навантажень), прийнято називати механічними властивостями.

Сили можуть бути прикладені у вигляді навантаження:

- Статичною (плавно зростаючою);

- динамічною (зростаючою різко і з великою швидкістю);

- повторно-змінної (що багаторазово прикладається, що змінюється за величиною та напрямом).

Відповідно до цього механічні випробування поділяють на:

- Статичні (розтягування, стиск, вигин, кручення, твердість);

- динамічні (ударний вигин);

- втомні (при повторно-змінному додатку навантаження);

- Високотемпературні(Наприклад, на тривалу міцність).

Як правило, всі випробування проводять у певних умовах на зразках заданої форми та розміру, тобто за міжнародними та прийнятими в цій країні стандартами, що забезпечує сумісність отриманих результатів та правильну їх інтерпретацію.

При розтягуванні або стиску зразок має здатність чинити опір пружним деформаціям, що визначає жорсткість матеріалу - модуль пружності Е. Розмірність модуля пружності Е в системі СІ - Паскаль (Па, Н/м2) або Мегапаскаль (МПа, Н/мм 2 ). Межа пружності вказується в такий спосіб -? 0,05. У таблицях 22 та 23 представлена теоретична та реальна міцність деяких матеріалів.

Для металів характерна висока міцність (див. Табл. 20, 21). При цьому одні з них можуть бути пластичними або пружними (пружні), інші, навпаки, крихкими. Гранична міцність золотих сплавів нижча за міцність литих кобальтохромових сплавів (див. табл. 41). Висока міцність ускладнює обробку конструкції протеза, але протистоїть пошкодженням при його експлуатації (насамперед стирання).

З усіх механічних випробувань твердість визначається найчастіше, оскільки метод простий у застосуванні.

Основними методами визначення твердості є методи впровадження в поверхню випробовуваного металу стандартних наконечників з твердих матеріалів, що не деформуються, під дією статичних навантажень:

метод Брінелля (вдавлювання сталевої кульки певного діаметра);
метод Роквелла (вдавлювання алмазного конуса або сталевого загартованого кульки діаметром 1,58 мм);
метод Віккерса (вдавлювання чотиригранної алмазної піраміди з квадратною основою).

Твердість за Роквеллом позначають HRA, HRB, HRC (залежно від шкали А, В або С).

Твердість за Віккерсом (HV) має таку ж розмірність, як числа твердості за Брінеллем, тобто МПа або кгс/мм 2 . Числа твердості за Віккерсом та Брінеллем для матеріалів з твердістю до HV 400-450 фактично збігаються (див. табл. 41). Твердість як характеристика сплаву тісно пов'язані з його параметрами. Так, наприклад, у міру підвищення твердості сплавів золота межа плинності та міцність на розтягування також збільшуються, а при підвищенні твердості та міцності подовження знижується. Мікротвердість металу (рис. 10) можна змінювати в процесі лиття впливом на нього електромагнітного поля різної частоти, що дозволяє отримати сплав із заданими властивостями [Бобров А. П., 2001].

В результаті циклічних напруг метал «втомлюється», міцність його знижується (див. табл. 26), і настає руйнація зразка (протезу). Таке явище називають втомою, а опір втоми - витривалістю. Руйнування від втоми відбувається завжди раптово внаслідок накопичення металом незворотних змін, що призводять до виникнення мікроскопічних тріщин - тріщин втоми, що виникають у поверхневих зонах зразка. При цьому що більше на поверхні подряпин, вибоїн та інших дефектів, що викликають концентрацію напруги, то швидше утворюються тріщини втоми.