Без них никуда. Если собрались создать некую конструкцию, изделие и т,д., работающее под нагрузкой, то первый вопрос: выдержит или нет? Поэтому нужен какой-либо способ испытаний для определения свойств.

В сущности, такого понятия, как «механические свойства» в природе нет. Это не свойства в физическом понимании. Температура плавления, кипения, тепло- и электропроводность, плотность, радиоактивность являются физическими свойствами. Это означает, что эти свойства присущи данному веществу.
Механические свойства – это характеристики вещества (или материала), полученные определенным образом, исходя из возможных условий, в которых материал или вещество работают. Это прочность, пластичность, твердость, жаропрочность, коррозионная стойкость и пр.
Можно сказать, что это свойства, которые введены в употребление «по договору» и имеют силу закона, например, в виде стандартов. (Люди договорились, что принимать, скажем, за прочность, и как ее рассчитывать). Другое дело, что в основе определения механических свойств лежат физические законы.
Образцы для определения прочности и пластичности достаточно разнообразны. Здесь показаны примеры цилиндрических и плоских образцов. На рис. 1 показаны цилиндрические образцы разных размеров.
Почему разных размеров?
1. Надо испытывать материалы, полуфабрикаты или изделия совершенно разной формы и размеров. Поэтому не всегда есть возможность вытачивать крупные образцы, хотя они и предпочтительней. (При испытании больших образцов точность выше).
2. С другой стороны, размеры образцов имеют значение, если учитывать структуру материала или способ его получения. Для испытания материалов с плотной структурой, например, деформированного полуфабриката (прутки, полосы и т.д.) подходят образцы небольших размеров с диаметром рабочей части порядка 3 мм (верхний самый маленький образец на рисунке 1). Для испытаний литых материалов используют образцы с диаметром рабочей части не менее 6 мм. Образец с диаметром рабочей части 5 мм показан на рис.1 – он средний. Если испытания проводятся при высокой температуре, то крупный образец завинчивают в захваты испытательной машины. Такой образец – нижний на рис.1. Головка его выполнена с резьбой.

Рисунок 1. Цилиндрические образцы для испытаний на растяжение.

Не из всех материалов можно изготовить цилиндрические образцы. Для лент, например, это просто невозможно. Поэтому делают плоские образцы, головки которых зажимают в захватах испытательной машины. На рис.2 показаны плоские образцы бронзы (поставка - лента) после испытаний на растяжение. 1 – в состоянии поставки, 2 – после отжига при 350^оС 1 час. Видно, что после отжига пластичность образца выросла, он удлинился гораздо больше.

Рисунок 2. Образцы бронзы после испытаний на разрыв: вверху – в состоянии поставки, внизу – после отжига.

Стандарт предусматривает и использование плоских образцов без головок. Пример показан на рис.3 , а изменение свойств в результате отжига – в таблице. Прочность по мере увеличения температуры отжига снижается, пластичность растет. Это увеличение существенно для стали, но визуально по образцам его заметить сложно.

Рисунок 3. Образцы стали 65Г после испытаний на разрыв.

Таблица. Изменение свойств стали 65Г после отжига

Что происходит со структурой материала при испытаниях? Структура измельчается, зерна вытягиваются в направлении приложения нагрузки (рис. 4).

Рисунок 4. Образец из нержавеющей стали до и после испытаний на растяжение. Удлинение на 50 мм ( 27%).

Как связаны свойства и структура металлов? На рис.5 показана структура сплава алюминий – медь. После литья структура сплава крупнозернистая, поэтому предел прочности низкий – 280 кг/мм² (рис. 6). После отжига по специально подобранному режиму предел прочности повышается до 336 кг/мм².

а	б

Рисунок 5 . Структура сплава Al-4%Cu в литом состоянии (а) и после отжига (б)

Рисунок 6 . Предел прочности сплава Al-4%Cu в литом состоянии и после отжига

На растяжение можно испытывать и неметаллические, и композиционные материалы. На рис.7 показаны образцы композиционного материала из углеродного волокна и алюминия. Образцы после испытаний – на рис.8 . На разрушенном участке можно увидеть волокно.

Рисунок 7. Образцы композиционных материалов для испытаний на разрыв.

Рисунок 8. Образцы композиционных материалов после испытаний на разрыв.