4. Технологические и эксплуатационные свойства металлов и сплавов

Технологические свойства - это группа свойств, определяющих способность конструкционных материалов подвергаться различным видам обработки в холодном и горячем состоянии.

К основным технологическим свойствам относят:

- обрабатываемость резанием;

- свариваемость;

- ковкость;

- литейные свойства и др.

Обрабатываемость резанием - одно из важнейших технологических свойств, потому что подавляющее большинство заготовок подвергается механической обработ­ке. Очень вязкие металлы с низкой твердостью плохо обрабатываются: по­верхность получается шероховатой, с задирами. Улучшить обрабатывае­мость, например, стали можно термической обработкой, понижая или повышая ее твердость.

Свариваемость — способность металлов образовывать сварное соеди­нение, свойства которого близки к свойствам основного металла. Ее оп­ределяют пробой сваренного образца на загиб или растяжение.

Ковкость — способность металла обрабатываться давлением в холод­ном или горячем состоянии без признаков разрушения. Ее определяют кузнечной пробой на осадку до заданной степени деформации. Высота образца для осадки равна обычно двум его диаметрам. Если на боковой поверхности образца трещина не образуется, то такой образец считается выдержавшим пробу, а испытуемый металл — пригодным для обработки давлением.

Литейные свойства металлов характеризуют способность их образо­вывать отливки без трещин, раковин и других дефектов. Основными ли­тейными свойствами являются жидкотекучесть, усадка и ликвация.

Жидкотекучесть — способность расплавленного металла хорошо за­полнять полость литейной формы.

Усадка при кристаллизации — это уменьшение объема металла при пе­реходе из жидкого состояния в твердое; является причиной образования усадочных раковин и усадочной пористости в слитках и от­ливках.

Ликвация — неоднородность химического состава сплавов, воз­никающая при их кристаллизации, обусловлена тем, что сплавы кристаллизуются не при одной температуре, а в интервале температур. Чем шире температурный интервал кристаллиза­ции сплава, тем сильнее развивается ликвация.

Эксплуатационные свойства.

Эти свойства определяют в зависимости от условий работы машины специальными испытаниями. Одним из важнейших эксплуатационных свойств является износостойкость.

Износостойкость — свойство материала оказывать сопротивление из­носу, т.е. постепенному изменению размеров и формы тела вследствие разрушения поверхностного слоя изделия при трении. Испытание ме­таллов на износ проводят на образцах в лабораторных условиях, а дета­лей — в условиях реальной эксплуатации. При испытаниях образцов мо­делируются условия трения, близкие к реальным. Величину износа об­разцов или деталей определяют различными способами: измерением размеров, взвешиванием образцов и другими методами.

Циклическая вязкость – это способность конструкционных материалов выдерживать динамические знакопеременные нагрузки не разрушаясь (рессоры, торсионы, пружины).

Демпфирование — способность гасить, рассеивать колебания и направленные нагрузки. Особенно высокими демпферными свой­ствами обладают серые литейные и ковкие чугуны, благодаря чему они широко применяются в производстве высоконагруженных де­талей машин и конструкций (станины станков, кронштейны, кожу­хи и т.д.).

Жаропрочность — способность конструкционных материалов выдерживать высокие механические нагрузки в процессе работы при температурах, начиная от 0,3 температуры плавления и выше. Жаропрочность зависит от тугоплавкости химических компонентов конструкционных материалов.

Жаростойкость (окалиностойкость) — это способность ме­таллов и сплавов противостоять образованию коррозии под действи­ем температуры в среде воздуха, газа и пара. В практике принята эксплуатационная жаростойкость — стойкость при длительной ра­боте деталей и конструкций при температуре 600... 650°С. Углероди­стые стали и чугуны имеют низкую жаростойкость. Легированные стали, чугуны, сплавы, содержащие хром, никель, титан, вольфрам и ванадий, имеют жаростойкость 800... 1 000 °С и выше.

Хладностойкость — свойство конструкционных материалов сохранять вязкость при отрицательных температурах от 0 до -269°С. Воздействию низких температур подвергаются газо- и неф­тепроводы, мосты, рельсы и другие сооружения, эксплуатируемые в северных районах, ле­тательные аппараты, детали, узлы и механизмы холодильной и криогенной тех­ники.

Хладноломкость — это свойство материала хрупко разрушать­ся при пониженных температурах и терять вязкость. Понижение температуры приводит к хрупкому разрушению конструкционных материалов. Высокой хладноломкостью обладают углеродистые конструкционные стали и чугуны. Алюминий, титан и их сплавы, никелевые стали обладают более высокой хладностойкостью. Для деталей и конструкций, работающих при отрицательных темпера­турах, с целью уменьшения хладноломкости и получения высокой хладностойкости применяют специальные легированные стали и новые материалы — композиты.

Антифрикционность - способность конструкционных матери­алов образовывать низкое трение соприкасающихся (трущихся) по­верхностей деталей в процессе их работы. Низкий коэффициент трения и высокое скольжение обеспечивают антифрикционность конструкционных материалов. Применяют­ся для изготовления подшипников скольженияю. В качестве антифрикционных материалов широ­кое применение нашли чугуны, бронзы и баббиты. В целях устране­ния нагрева при трении и увеличения антифрикционности в меха­низмах используются смазывающие материалы.

Фрикционность — способность конструкционных материалов к образованию высокого трения соприкасающихся поверхностей деталей в процессе их работы. Фрикционность используется в тор­мозных устройствах и механизмах и для передачи крутящего мо­мента (фрикционные муфты, диски сцепления, тормозные бараба­ны и системы и т.д.).

В качестве фрикционных материалов применяют­ся многокомпонентные металлические и неметаллические пласти­ны, диски и накладки, спеченные или спрессованные с асбестом, графитом, металлической стружкой или проволокой.

Прирабатываемость — способность конструкционных мате­риалов пластически деформироваться в процессе работы в узлах трения, увеличивать площадь контакта, снижать давление и темпе­ратуру на трущихся поверхностях в узлах трения и сохранять гра­ничную смазку.