Реологические свойства

Деформация (Strain) – изменение формы и размеров твердого тела в результате действия на него внешних сил. Деформации делятся на упругие, которые исчезают после прекращения действия силы, и пластические (остаточные), которые сохраняются после снятия нагрузки.

- относительная деформация;

- логарифмическая (истинная) деформация;

Напряжение течения (сопротивление деформации) σ_s (Stress)- величина внутренних сил, возникающих в металле под воздействием внешних сил. Напряжение может быть представлено отношением нормальной, т.е. действующей перпендикулярно к сечению, силы к площади поперечного сечения образца. При линейном напряженном состоянии оно рассчитывается по формуле

; ; ;

Технологические свойства металлов и сплавов

Технологические свойства металлов и сплавов. Эти свойства характеризуют способность металлов и сплавов поддаваться различным способом горячей и холодной обработки (заполнять литейную форму, прокатываться, коваться, штамповаться, свариваться, обрабатываться резанием и т.д.). Для определения пригодности для ковки и горячей объемной штамповки металлы испытывают на ковкость.

Ковкость оценивается сопротивлением деформированию и пластичностью. Иногда комплекс свойств, оценивающих сопротивление деформации и пластичность, определяется ковкостью. Одни металлы обладают хорошей ковкостью в нагретом состоянии, например, стали, другие (латунь в однофазном состоянии и алюминиевые сплавы) – в холодном. Для определения технологической пластичности стали используют различные методы, в том числе и метод осадки.

Численные значения критериев ковкости находят по формулам:

К_ψ = ψ/σ_в и К_δ = δ/σ_в , где

ψ – относительное сужение в зоне разрыва % ;

δ – относительное удлинение образца % ;

σ_в – предел прочности, МПа.

Предпочтение отдают критерию К_ψ. По значению К_ψ по пятибалльной шкале определяют способность металлов и сплавов к ковке и объемной штамповке (табл. 2)

Таблица 2

Пятибалльная шкала ковкости

Балл	Кψ, % / МПа	Ковкость
1	<0,01	не куется
2	0,01-0,3	Низкая
3	0,31-0,8	удовлетворительная
4	0,81-2,0	хорошая
5	2,10 и выше	отличная

Очень часто технологические пробы проводят в зависимости от назначения металла, например, для горячей и холодной высадки выполняют испытания металла на высадку, для гибки – пробы на изгиб ( перегиб), для листовой штамповки выполняют испытания на штампуемость по глубине выдавливания лунки до разрушения и т.д. С целью высококачественного изготовления поковок учитывают совокупность физических, механических и технологических свойств металла.

1.2.Стали, цветные металлы и их сплавы Стали

Сталью называют сплав железа с углеродом при содержании углерода не менее 2%. Стали, наиболее широко применяемые в машиностроении, содержат 0,05-1,5% углерода; 0,3-0,8% марганца и 0,2-0,4% кремния.

Стали, классифицируют по:

• способу производства;

• степени раскисления;

• назначению;

• химическому составу;

качеству.

По способу производства сталь разделяют на:

• мартеновскую (основную и кислую);

• конверторную;

• электросталь.

Кислородно – конверторный способ производства стали, ввиду технико - экономических преимуществ, одно из которых заключается в высокой производительности, вытесняет мартеновский способ производства углеродистых и некоторых низколегированных сталей. Сталь наиболее высокого качества выплавляют в электропечах – дуговых и индукционных.

По степени раскисления – полноте удаления кислорода из жидкой стали они подразделяются на:

• спокойные;

• полуспокойные;

• кипящие.

Меньше всего кислорода в спокойных сталях. Их раскисляют марганцем, кремнием, алюминием. Кипящие стали, раскисляют марганцем. Легированные стали, изготавливают только спокойными. Степень раскисления стали, указывается в конце названия марки малыми буквами:

• сп – спокойная;

• пс – полуспокойная;

• кп – кипящая.

Для ковки способ выплавки стали имеет существенное значение. Спокойная сталь, раскисляемая полностью до разливки (в печи), застывает в плотные слитки, с сосредоточенной в прибыльной части усадочной раковины. Эта сталь после раскисления содержит минимальное количество растворенного кислорода, исключающее его взаимодействие с углеродом металла во время разливки и кристаллизации. Спокойную сталь выплавляют в основных и кислых мартеновских печах. Недостаток этой стали – меньший выход годного, из-за увеличенной прибыльной части, отделяемой в процессе ковки.

При разливке кипящей стали (С=0,27 – 0,45%) раскисление происходит в изложнице, причем, несмотря на бурное выделение газов, получаемые слитки имеют большое число пузырей и пустот по всему сечению. Слиток кипящей стали не имеет сосредоточенной усадочной раковины. Для непосредственной ковки кипящая сталь менее пригодна, т.к. в слитках из нее трудно добиться полной заверки пустот и пузырей в процессе ковки. Однако после прокатки эту сталь применяют для ковки.

Полуспокойная сталь по степени раскисленности занимает промежуточное положение между спокойной и кипящей сталью. При кристаллизации полуспокойной стали, выделяется небольшое количество окиси углерода, достаточное для устранения усадочной раковины. Отсутствие энергичного кипения металла в изложницах уменьшает сегрегацию вредных примесей в слитке. Полуспокойные стали, для ковки применяют редко.

По назначению стали разделяются на:

• конструкционные, предназначенные для изготовления деталей машин и строительных конструкций;

• инструментальные, используемые для изготовления разнообразных инструментов (режущих, штампов, пресс – форм и т. д.);

• специальные – нержавеющие, жаропрочные, электротехнические и др.

По химическому составу стали, делят на:

• углеродистые;

• легированные.

Углеродистые стали, подразделяются на низкоуглеродистые (<0,3% С), Среднеуглеродистые (0,3 – 0,7% С) и высокоуглеродистые (>0,7%С).

Легированной называют сталь, в которую вводят с целью придания тех или иных свойств один или несколько легирующих элементов. Легированные стали, с суммарным содержанием легирующих элементов менее 5% называют низколегированными. От 5 до 10%- среднелегированными и более 10% - высоколегированными. В этих сталях углерод не считается легирующим элементом.

Легированные стали, маркируют буквами и цифрам, обозначающими химический состав. Химические элементы обозначают:

Х	– хром (Cr);	В	– вольфрам (W);	Б	– ниобий (Nb);
Н	– никель (Ni);	Т	– титан (Ti);	Р	– бор (B);
Г	– марганец (Mn);	Ф	– ванадий (V);	К	– кобальт (Co);
С	– кремний (Si);	Ю	– алюминий (Al);	Ц	– цирконий (Zr);
М	– молибден (Mo);	Д	– медь (Cu);	П	– фосфор (P);

Две цифры в начале марки указывают содержание углерода в сотых долях процента. Цифры, стоящие после каждой буквы, указывают примерное процентное содержание того или иного легирующего элемента. Если содержание легирующего элемента меньше или равно 1% (до 1,5% по верхнему пределу), то цифра после буквы не указывается. Например, сталь 12Х2Н4М содержит в среднем 0,12% углерода, около 2% хрома, 4% никеля и до 1% молибдена. Если в конце марки стоит буква А, это означает, что сталь высококачественная, т.е. содержит пониженное количество серы и фосфора.

По качеству стали делят на стали:

• обыкновенного качества (до 0,06 % S и 0,07 % Р);

• качественные (не более 0,04 % S и 0,035 % Р);

• высококачественные (не более 0,025 % S и 0,025 % Р);

• особовысококачественные (не более 0,015 % S и 0,025 % Р).

Углеродистая конструкционная сталь обыкновенного качества (ГОСТ 380 – 94) выпускается трех групп : А, Б, В. Марки такой стали, обозначаются сочетанием букв Ст и цифрой от 0 до 6, указывающей номер стали, например, Ст0, Ст1 и т. д. Перед маркой буквы Б и В указывают группу стали. Группу А в маркировке стали не указывают. Сталь группы А поставляется по механическим свойствам, сталь группы Б – по химическому составу, группы В - по механическим свойствам и химическому составу.

Качественная углеродистая конструкционная сталь (ГОСТ 1050 – 88) по сравнению со сталью обыкновенного качества содержит меньше серы, фосфора, неметаллических включений и имеет более высокие механические свойства. Она предназначается для изготовления проката, кованных и штампованных поковок, а также для листовой штамповки. Поставляется по механическим свойствам и химическому составу. Эти стали, маркируются двузначными цифрами, означающими среднее содержание углерода в сотых долях процента. Например, сталь 35 содержит 0,35% углерода.

Легированные конструкционные стали, по сравнению с углеродистой конструкционной сталью обладают более высокими механическими свойствами. Легированная конструкционная сталь (ГОСТ4543-88) в зависимости от основных легирующих элементов может быть хромистой, марганцевой, хромомарганцевой, хромоникелевой и т.д.

Рис.

Инструментальные стали, делят на углеродистые и легированные. Углеродистые инструментальные стали (ГОСТ 1435-90) марок от У7 до У13 поставляют качественными и высококачественными по химическому составу и твердости. Буква У означает, что сталь углеродистая, а следующая за ней цифра – среднее содержание углерода в десятых долях процента: Буква А в конце марки также означает, что сталь высококачественная.

К легированным инструментальным сталям (ГОСТ 5950-88) относятся, низколегированные инструментальные стали, быстрорежущие стали, стали для штампов холодного и горячего деформирования и др.

Быстрорежущие стали (ГОСТ 19265-88) маркируют в начале буквой Р, следующая цифра указывает содержание вольфрама в процентах во всех марках этих сталей содержание ванадия (до 2%) и хрома (до 4%) не указывается. В быстрорежущих сталях, содержащих молибден, кобальт и повышенный против указанного выше процент ванадия, после соответствующих букв ставят цифры, показывающие процентное содержание того или иного элемента. Стали Р18, Р12, Р9, Р6М5, 10Р6М5, Р6М3,11Р3М3Ф2Б, легированные вольфрамом и молибденом при содержании ванадия, не превышающем 2%, относят к сталям нормальной производительности. Стали с более высоким содержанием ванадия, а также дополнительно легированные кобальтом, относят к сталям повышенной производительности (Р18Ф2, Р12Ф3, Р6М5Ф3, Р18Ф2К5, Р12Ф4К5, Р12М3Ф2К8, Р9М4К8, Р6М5К5 и др.).

Низко- и среднеуглеродистые низко- и среднелегированные стали не обнаруживают хрупкого состояния в широком интервале температур при осадке со степенью деформации 80%, т.е. они обладают большим запасом пластичности и относятся к высокопластичным металлическим материалам.

Стали, высоколегированные допускают, однократную деформацию при осадке примерно 60%, их относят к материалам средней пластичности.

Пластичность стали зависит не только от содержания углерода или легирующих элементов, но и от металлургической природы металла, которая определяется макроструктурой, степенью химической неоднородности (ликвацией), количеством и формой неметаллических включений и окисных пленок, газонасыщенностью литого металла.