Механические свойства характеризуют сопротивление материала деформации (характеристики прочности) или разрушению (характеристики пластичности, вязкости), а также особенности его поведения в процессе разрушения.

К механическим свойствам материалов относятся: прочность, упругость, пластичность, усталость, выносливость, твердость, ударная вязкость, хрупкость и др.

Прочность − способность металла сопротивляться разрушению или появлению остаточных деформаций под действием внешних сил. Большое значение имеет удельная прочность, ее находят отношением предела прочности к плотности металла. Чем прочнее материал, тем меньше масса детали, и тем меньше металлоемкость данной конструкции или машины. Для стали прочность выше, чем для алюминия, а удельная прочность ниже.

Упругость − способность металла возвращаться к первоначальной форме после прекращения действия сил.

Пластичность − свойство металла изменять свои размеры и форму под действием внешних сил, не разрушаясь при этом.

Усталость − процесс постепенного накопления повреждений под действием переменных (часто циклических) напряжений,приводящий к изменению его свойств, образованию трещин, их развитию и разрушению материала за указанное время

Обратное свойство материала называется выносливостью (свойство материала воспринимать переменные (циклические) нагрузки без разрушения указанное время). Кроме того это понятие близко связано с прочностью, имеет место быть понятие усталостной прочности.

Твёрдость − это его способность материала сопротивляться пластической деформации (при вдавливании в его поверхность твердого тела – идентора). Другими словами, твердость – способность материала сопротивляться проникновению в него другого более твёрдого тела

Ударная вязкость − способность металла сопротивляться разрушению под действием динамической нагрузки.

Хрупкость − свойство материала разрушаться без заметного поглощения механической энергии в необратимой форме

Механические свойства металлов зависят от их химического состава, структуры, способа технологической обработки и др. факторов. Эти характеристики необходимы для выбора материалов и режимов их термической обработки, расчетов на прочность конструкций, контроля их состояния в процессе эксплуатации.

Среди характеристик механических свойств различают:

- характеристики, определяемые независимо от конструктивных особенностей и характера службы изделий, которые определяют в лабораторных условиях на образцах стандартных размеров методами стандартных испытаний, составляют основную группу характеристик механических свойств. Полученные при таких испытаниях показатели механических свойств оценивают поведение материалов под внешней нагрузкой без учета конструкции детали и условий их эксплуатации.

роме того, дополнительно определяют характеристики конструкционной прочности, т.е. критерии надежности и долговечности материалов (вязкость разрушения, сопротивление усталости, коррозии, износостойкость и т.д.), которые находятся в наибольшей корреляции со служебными свойствами конкретного изделия и оценивают работоспособность материала в условиях эксплуатации.

Механические свойства определяют поведение материала под действием приложенных внешних нагрузок. По характеру действия на материал различают три вида нагрузок: статические - действующие постоянно или медленно возрастающие; динамические - действующие мгновенно, принимающие характер удара ; циклические (или знакопеременные) – изменяющиеся или по величине или по направлению, или одновременно и по величине и по направлению. В зависимости от скорости изменения нагрузки во времени испытания подразделяются на статические, динамические и циклические.

Обработка металла давлением

Обработкой давлением называются процессы получения заготовок или деталей машин силовым воздействием инструмента на исходную заготовку из исходного материала.

Пластическое деформирование при обработке давлением, состоящее в преобразовании заготовки простой формы в деталь более сложной формы того же объема, относится к малоотходной технологии.

Обработкой давлением получают не только заданную форму и размеры, но и обеспечивают требуемое качество металла, надежность работы изделия.

Высокая производительность обработки давлением, низкая себестоимость и высокое качество продукции привели к широкому применению этих процессов.

 

17.1. Классификация процессов обработки давлением

 

Пластическое деформирование в обработке металлов давлением осуществляется при различных схемах напряженного и деформированного состояний, при этом исходная заготовка может быть объемным телом, прутком, листом.

По назначению процессы обработки металлов давлением группируют следующим образом:

– для получения изделий постоянного поперечного сечения по длине (прутков, проволоки, лент, листов), применяемых в строительных конструкциях или в качестве заготовок для последующего изготовления деталей – прокатка, волочение, прессование;

– для получения деталей или заготовок, имеющих формы и размеры, приближенные к размерам и формам готовых деталей, требующих механической обработки для придания им окончательных размеров и заданного качества поверхности – ковка, штамповка.

Основными схемами деформирования объемной заготовки являются:

– сжатие между плоскостями инструмента – ковка;

– ротационное обжатие вращающимися валками – прокатка;

– затекание металла в полость инструмента – штамповка;

– выдавливание металла из полости инструмента – прессование;

– вытягивание металла из полости инструмента – волочение.

Характер пластической деформации зависит от соотношения процессов упрочнения и разупрочнения. Губкиным С.И. предложено различать виды деформации и, соответственно, виды обработки давлением.

Горячая деформация – деформация, после которой металл не получает упрочнения. Рекристаллизация успевает пройти полностью, новые равноосные зерна полностью заменяют деформированные зерна, искажения кристаллической решетки отсутствуют. Деформация имеет место при температурах выше температуры начала рекристаллизации.

Неполная горячая деформация характеризуется незавершенностью процесса рекристаллизации, которая не успевает закончиться, так как скорость ее недостаточна по сравнению со скоростью деформации. Часть зерен остается деформированными и металл упрочняется. Возникают значительные остаточные напряжения, которые могут привести к разрушению. Такая деформация наиболее вероятна при температуре, незначительно превышающей температуру начала рекристаллизации. Ее следует избегать при обработке давлением.

При неполной холодной деформации рекристаллизация не происходит, но протекают процессы возврата. Температура деформации несколько выше температуры возврата, а скорость деформации меньше скорости возврата. Остаточные напряжения в значительной мере снимаются, интенсивность упрочнения снижается.

При холодной деформации разупрочняющие процессы не происходят. Температура холодной деформации ниже температуры начала возврата.

Холодная и горячая деформации не связаны с деформацией с нагревом или без нагрева, а зависят только от протекания процессов упрочнения и разупрочнения. Поэтому, например, деформация свинца, олова, кадмия и некоторых других металлов при комнатной температуре является с этой точки зрения горячей деформацией.