Сплавы железа, называемые сталями, а также сплавы на основе алюминия, меди, титана, магния и некоторых других цветных металлов, широко применяются сегодня. Все эти сплавы в обычных условиях являются твердыми, их строение кристаллическое, поэтому и особенностями их являются высокая прочность, а также достаточно хорошие теплопроводность и электропроводность.
К физическим свойствам сплавов и металлов относятся: плотность, удельная теплоемкость, теплопроводность, тепловое расширение, электропроводность, удельное электрическое сопротивление, а также механические характеристики, определяющие способность сплава или чистого металла сопротивляться деформирующим нагрузкам и разрушению.
Если основные физические свойства сплавов и сплавов измеряются достаточно просто, то механические характеристики определяются посредством особых испытаний. Образец в лабораторных условиях подвергают сдвигающим, растягивающим, сжимающим, скручивающим, изгибающим нагрузкам, либо совместному воздействию названных нагрузок. Нагрузки эти могут быть как статическими, так и динамическими. При статической нагрузке воздействие нарастает медленно, при динамической — быстро.
В зависимости от условий, в которых предназначено работать той или иной детали, назначается определенный вид механических испытаний, в условиях комнатной, пониженной или повышенной температуры. Главными механическими характеристиками являются: твердость, прочность, вязкость, пластичность и упругость.
Большинство показателей прочности определяются статическими испытаниями образцов на растяжение при помощи разрывной машины в соответствии с ГОСТом 1497-73, когда во время испытаний ведется автоматическая запись диаграммы растяжения.
Типичная диаграмма позволяет оценить модуль нормальной упругости, максимальное напряжение, до которого растяжение происходит линейно, предел упругости, предел текучести, предел прочности.
Способность сплава или металла к деформации без разрушения называется пластичностью. По мере растяжения оценивают относительное удлинение и сужение образца, которые между собой связаны, поскольку при растяжении площадь поперечного сечения образца уменьшается. В процентах определяют отношение приращения длины образца после разрыва к начальной длине, это и есть относительное удлинение σ. Аналогичным образом измеряется относительное сужение ψ.
Вязкость сплава позволяют оценить ударные испытания, когда надрезанный образец подвергается удару, для этого используют маятниковый копер. Ударная вязкость определяется отношением затраченной на разрушение работы к площади поперечного сечения образца в месте надреза.
Твердость определяют двумя способами: по Бринеллю НВ и по Роквеллу HRC. В первом случае вдавливают в образец закаленный стальной шарик диаметром 10, 2,5 или 5 мм, и соотносят усилие и площадь получившейся лунки. Во втором случае вдавливают алмазный конус с углом при вершине в 120°. Так, твердость определяет сопротивление сплава вдавливанию в него более твердых тел.
Когда нужно определить пригодность того или иного сплава к ковке и горячей объемной штамповке, проводят испытания на сопротивление деформации и на пластичность. Одни сплавы в холодном состоянии лучше ковать (например стали), другие (например алюминиевые) — в холодном.
Зачастую испытания проводят с учетом способа предстоящей обработки сплава давлением. Для холодной и горячей высадки испытывают на высадку, для гибки — испытывают на изгиб, для штамповки — на твердость и т.д. Если разрабатывается технологический процесс, то учитывают совокупность этих механических, физических и технологических свойств металла или сплава.