Влияние некоторых нормальных примесей на механические свойства стали и чугуна

Нормальные примеси – это примеси, присутствие которых в сплаве обусловлено технологической необходимостью

В железоуглеродистых сплавах (сталь, чугун) к ним относят:

1) марганец

2) кремний

3) сера

4) кислород

5) фосфор

По стандартам количество этих элементов нормируется.

Эти элементы могут образовывать в сплавах структурные составляющие и изменять свойства. Они образуют при неравномерном распределении скопления, называемые ликвациями.

Фосфор Р обычно находится в виде твердого раствора в феррите, при этом искажает кристаллическую решетку феррита. Образует твердый раствор замещения. Повышается твердость, хрупкость, снижается пластичность, особенно при содержании фосфора Р > 0,2%. Особенно сильно это проявляется при низких температурах – хладоломкость.

Сера S – она не растворяется в феррите, а находится в виде химического соединения FeS. Это легкоплавкий элемент, придает стали хрупкость, ухудшая ковкость. Проявляется красноломкость.

Точно такое же влияние оказывают примеси марганца и кремния, но они в меньшей степени влияют на свойства.

Свойства металлов и сплавов

1. Основные понятия. Классификация свойств.

2. Механические свойства

3. Технологические свойства

4. Исследование металлов и сплавов и контроль их качества

Основные понятия. Классификация свойств.

1. Свойства физические. К ним относят

- плотность – масса материала в единице объема

- температура плавления

- изменение размеров при нагреве (температурное расширение)

- электропроводность

- магнитная проницаемость

- способность светиться при нагреве с характерным цветом каления

2. Механические свойства

- прочность (растяжение, изгиб, сжатие)

- твердость

- упругость

- износостойкость

- пластичность

3. Химические свойства

- способность металлов сопротивляться различным химическим воздействиям (коррозионная стойкость)

4. Технологические свойства – характеризуют отношение металлов к процессам технологической обработки

- ковкость

- свариваемость

- литейные свойства

Механические свойства

Прочность на растяжение

Общей характеристикой является диаграмма на растяжения. Для сталей характерна диаграмма растяжения, на которой отмечается участок текучести.

Для этой диаграммы характерными являются характеристики.

1. предел прочности при растяжении σ_в

2. предел пропорциональности σ_р

3. предел упругости σ_е

4. предел текучести σ_s

П рочность на сжатие

Обычно испытывают малопластичные металлы и определяют предел прочности при сжатии и относительное укорочение. Используют образцы-цилиндрики h = диаметр 10-25 мм

Прочность на изгиб

Обычно используют стержни круглого или прямоугольного сечения, они опираются на две опоры, а нагрузка прикладывается в ½ или в 1/3 пролета

Испытание на изгиб является основным для серого чугуна. На изгиб испытывают закаленные стали.

Твердость

Один из важнейших показателей, определяется он по различным методикам

1. Определение твердости по Бринеллю

Твердость характеризуется по диаметру отпечатка шарика

2. Определение твердости по Роквеллу

Твердость определяют по условной величине глубины погружения алмазного конуса или стального шарика. Эту характеристику переводят в показатель НR.

3. Определение твердости по Виккерсу.

В этом случае вдавливается алмазная пирамида, измеряется диагональ отпечатка. Этот показатель переводится в НV.

Эти способы приемлемы в различных условиях.

Ударная вязкость

Характеризует способность металла сопротивляться динамическим нагрузкам. Испытания проводят на специальном маятниковом копре.

а_к = А/F

где А работа затраченная на разрушение материала (кг/м) А = G (Н₁ – Н₂) [где G – вес маятника], F – площадь (мм²).

Усталость

Во время работы машин некоторые элементы разрушаются от усталости металла. Для характеристики усталости проводят специальные испытания и строят кривые усталости металла

σ

N

При разрушении от усталости у металла наблюдается «усталостный излом». Для «усталостного излома» характерны две выраженные зоны – гладкая блестящая зона усталости по периферии (по краю) и кристаллическая зона в центре. Для построения кривой усталости обычно начинают и проводят первые испытания

σ_i = 0,6σ_вр (60%).

Следующие испытания проводят при увеличении σ_i на 4-5 кгс/мм².

Технологические свойства

Технологические свойства металла характеризуют возможные способы его обработки. Они оценивается обрабатываемостью резанием, давлением, свариваемостью, способностью к литью, прокаливаемостью и др.

Исследование металлов и сплавов и контроль их качества

Подробно материал по указанной теме изложен в практических занятиях по металловедению.