Основные свойства металлов

Для того чтобы правильно выбрать материал для изготовления деталей машин с учетом условий их эксплуатации, механических нагрузок и других факторов, влияющих на работоспособность и надежность машин, необходимо знать внутреннее строение, физико-химические, механические, технологические и эксплуатационные свойства металлов.

Физические свойства

Свойства называются физическими потому, что они подчиняются общим физическим законам. К таким свойствам металлов и сплавов относятся: плотность, температура плавления, теплопроводность, электропроводность.

Механические свойства

К механическим свойствам металлов относят их способность сопротивляться деформациям (изменению формы или размеров) и разрушению под действием внешних нагрузок. Такими свойствами являются прочность, пластичность, твердость, вязкость (ударная), ползучесть. Прочность способность металлов или сплавов сопротивляться разрушению при действии внешних сил, вызывающих внутренние напряжения и деформации. В зависимости от характера действия внешних сил различают прочность на растяжение, сжатие, изгиб, кручение, ползучесть и усталость. Пластичность способность металлов сохранять изменение формы, вызванное действием деформирующих сил после того, как силы сняты. Твердость обычно оценивается сопротивлением вдавливанию в поверхность металла индикатора из более твердого материала. На практике в зависимости от используемого прибора твердость определяют тремя способами. Если твердость исследуемого материала меньше, чем твердость закаленной стали, то используют твердомер шариковый-ТШ, если твердость исследуемого материала больше, чем твердость закаленной стали, то пользуются твердомером конусным ТК. Отношение приложенной к шарику нагрузки (кгс) к площади поверхности отпечатка шарика (мм) называется числом твердости по Бринеллю и обозначается НВ.

Твердость по Роквеллу

При определении твердости по Роквеллу на приборах ТК (ГОСТ 9013-59) алмазный конус с углом при вершине 120° вдавливают в испытуемый металл. Твердость по Роквеллу HR записывают таким образом: HRC65, HRB30, HRA80 и т. д., где цифры обозначают твердость, а буквы А, С, В соответствующую шкалу.

Твёрдость по Викерсу.

Усталость разрушение металлов под действием многократных повторно-переменных (циклических) нагрузок. Свойство противостоять усталости называется выносливостью.

Ползучесть способность металлов и сплавов медленно и непрерывно пластически деформироваться под действием постоянной, длительно действующей нагрузки.

Химические свойства

Химические свойства характеризуются способностью металлов и сплавов не вступать во взаимодействие с другими веществами.

Технологические свойства

Способность металлов обрабатываться различными видами и способами металлообработки.

Эксплуатационные свойства

Способность металлов длительно поддерживать свои эксплуатационные свойства.

Термическая обработка металлов

Термической обработкой стали и чугуна называют нагревание изделий и заготовок до определенных температур выдержка при этой температуре и последующее охлаждение с различной скоростью. В результате термической обработки изменяется структура материала, а следовательно, и его механические свойства.

Отжиг и нормализация с перекристаллизацией

Этот вид термической обработки заключается в нагревании сталей до температуры выше линии GS (см. ) на 30-50° С, в выдержке при этих температурах и медленном охлаждении вместе с печью. Цель этого отжига снижение твердости стали, повышение пластичности и вязкости, улучшение обрабатываемости резанием и измельчение зерна металла.

Нормализация отличается от отжига тем, что охлаждение изделия происходит на воздухе, следовательно, быстрее, чем при отжиге.

Отпуск заключается в нагревании закаленной стали до температуры ниже критической, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении. Отпуск служит для снятия внутренних напряжений в изделии, которые возникают при закалке, а также для повышения пластических свойств у изделий после закалки.

Чтобы повысить твердость стали, производят ее закалку. Закалка заключается в нагревании изделий из сталей до температур выше линии GS на 30-50° С, в выдержке при этих температурах с последующим очень быстрым охлаждением.

Химико-термической обработкой называется процесс диффузионного насыщения поверхностного слоя деталей на небольшую глубину различными элементами (углеродом, азотом, хромом и др.) при нагревании. Насыщение поверхностного слоя детали углеродом называют цементацией, азотом азотированием, одновременно углеродом и азотом цианированием.