ТКМ раздаточный материал / Лекции раздаточный материал / 1 Раздаточный материал лекции Металлургия / 2 Свойства металлов и сплавов

СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Все свойства металлов и сплавов можно разделить на четыре группы: физические, химические, технологические и механические.

1. Физические свойства. К ним относятся: температура плавления, цвет, плотность, коэффициенты линейного и объемного расширения, электропроводность, теплопроводность, склонность к намагничиванию. Физические свойства сплавов обуславливаются их составом и структурой. Состав металлов и сплавов определяется химическим, спектральным и фазовыми анализами; структура металлов и сплавов - рентгено-структурным и магнитоструктурным анализами, металлографией и магнитной металлографией; электрические свойства сплавов - их электросопротивлением.

Теплопроводность - способность тел проводить тепло при нагреве и охлаждении. Металлы имеют сравнительно высокую теплопроводность, чем она выше, тем равномернее распределяется температура по объему металла и тем быстрее он прогревается.

Электропроводность - свойство металла проводить электрический ток.

Магнитные свойства - способность металла намагничиваться (ферромагниты, парамагниты, диамагниты).

2. Химические свойства - это способность металла к взаимодействию с другими веществами: воздухом, водой, кислотами, щелочами и др.

К химическим свойствам металлов и сплавов относятся их окисляемость, растворимость, коррозионная стойкость.

Для определения химических свойств металлы и сплавы испытывают на общую коррозию в различных средах, межкристаллитную коррозию и на коррозионное растрескивание.

3. Технологические свойства - способность металла подвергаться различным методам горячей и холодной обработки. К ним относятся: литейные свойства, ковкость, свариваемость, обрабатываемость материалов режущим инструментом.

Технологические свойства металлов и сплавов имеют исключительное значение при выполнении тех или иных операций в производстве и, в частности, при выборе методов и способов изготовления деталей машин.

Литейные свойства определяются жидкотекучестью, усадкой и склонностью к ликвации.

Жидкотекучесть - способность металлов и сплавов заполнять полность литейной формы, точно воспроизводя ее конфигурацию.

Усадкой называется сокращение объема и размеров металла отливки при затвердевании и последующем охлаждении.

Ликвацией называется неоднородность химического состава твердого сплава по сечению слитка или заготовки.

Например: чугун обладает высокими литейными свойствами - хорошей жидкотекучестью, небольшей усадкой и незначительной склонностью к ликвации. Сталь имеет меньшую, чем чугун, жидкотекучесть, но большую усадку и склонность к образованию ликвации. Оловянистые бронзы обладают хорошей жидкотекучестью и малой усадкой.

Ковкость - способность металлов и сплавов подвергаться обработке давлением. Это свойство связано с их пластической деформацией, особенно при нагревании. С ковкостью связаны такие важнейшие виды обработки металлов давлением, как прокатка, прессование, ковка, штамповка и волочение.

В нагретом состоянии ковкость металла обычно выше. Хорошую ковкость имеет сталь в нагретом состоянии, алюминиевые сплавы и латуни в холодном состоянии.

Чугун обладает обладает плохой ковкостью как в горячем, так и холодном состояниях. Свариваемость - способность металлов и сплавов образовывать бездефектное сварное соединение, отвечающее необходимым эксплуатационным требованиям. Хорошая свариваемость у углеродистых, низкоуглеродистых и низколегированных сталей. Высокоуглеродистые и высоколегированные стали, некоторые цветные металлы и сплавы имеют худшую свариваемость. Чугун обладает плохой свариваемостью.

Обрабатываемость материалов режущим инструментом – способность материала поддаваться обработке режущими инструментами. Обрабатываемость металлов резанием отражает способность металлов ограничивать производительность их обработки, вызывать затруднения в обеспечении требуемой точности и качества обработанной поверхности, требовать для обработки специальных приспособлений.

4. Механические свойства - характеризуют отношение металла или сплава к действию на них внешних сил.

Прочность - свойство металла сопротивляться деформации и разрушению под действием внешних сил. Максимальная нагрузка, которую выдерживает металл в момент наступления разрушения, называется нагрузкой предела прочности, а напряжение, отвечающее этой максимальной нагрузке — пределом прочности (временным сопротивлением). Предел прочности (временное сопротивление) при растяжении обозначается σв.

Пластичность - способность металла тела деформироваться без разрушения под действием приложенных сил и сохранять новую форму тела после прекращения действия этих сил. Нагрузка, при достижении которой в металле возникает заметная пластическая деформация (сдвиги слоев металла относительно друг друга), называется нагрузкой предела текучести, а напряжение, отвечающее этой нагрузке — пределом текучести.

Пластичность — свойство, обратное упругости. Чем больше пластичность, тем легче металл куется, штампуется, прокатывается.

Предел текучести при растяжении обозначается:

- σт – для металлов, имеющих площадку текучести;

- σ0,2 – для материалов, не имеющих площадку текучести (условный предел текучести, который определяется при величине остаточной деформации 0.2%).

Упругость - свойство тела деформироваться под действием нагрузки и восстанавливать первоначальную форму и размеры после ее снятия. Высокой упругостью должны обладать, например, рессоры и пружины. Поэтому они изготовляются из специальных сплавов.

Ползучесть - свойство металла медленно и непрерывно пластически деформироваться при постоянной нагрузке, особенно при высокой температуре.

Хрупкость - свойство металла разрушаться без заметной пластической деформации.

Вязкость (ударная вязкость) - способность металла оказывать сопротивление быстро возрастающим (ударным) нагрузкам. Вязкость — свойство, обратное хрупкости. Вязкие металлы применяются в тех случаях, когда детали при работе подвергаются ударной нагрузке (детали вагонов, автомобилей и т. п.).

Твердость - способность металла сопротивляться проникновению в него другого более твердого металла.

Измерение твердости выполняется несколькими методами.

1. Метод Бринелля.

Сущность метода заключается во вдавлива­нии стального шарика в образец (изделие) под действием силы, приложенной перпендикулярно поверхности образца в течение определенного времени, и измерении диаметра отпечатка после снятия нагрузки.

Твердость по Бринеллю обозначается символом НВ.

2. Метод Роквелла.

Сущность метода заключается во вдавливании алмазного конусного (шкала С) или стального сферического наконечника (шкала В) в образец (изделие) под действием силы, приложенной перпендикулярно поверхности образца в течение определенного времени, и определении глубины внедрения наконечника после снятия нагрузки.

Твердость по Роквеллу обозначается:

- символом HRB - при применении стального сферического наконечника;

- символом НRC - при применении алмазного конусного наконечника.

3. Метод Виккерса.

Сущность метода заключается во вдавливании алмазного наконечника в форме правильной четырехгранной пирамиды в образец (изделие) под действием силы, приложенной в течение определенного времени, и измерении диагоналей отпечатка, оставшихся на поверхности образца после снятия нагрузки.

Твердость по Виккерсу обозначается символом HV.

Усталость - процесс постепенного накопления повреждений в металле под длительным воздействием повторных или повторно-переменных напряжений, приводящий к образованию трещин и разрушению. Важнейшей особенностью этого процесса является то обстоятельство, что он развивается при напряжениях,   значительно меньших (в два и более раз), чем предел прочности при статическом нагружении. Разрушение в результате усталости во многих случаях не сопровождается заметной макродеформацией образца или детали, поэтому такое разрушение чрезвычайно трудно предупредить.

Выносливость - свойство металла выдерживать, не разрушаясь, повторно-переменные нагрузки (т. е. сопротивляться усталости).

На металлургических, сталепрокатных, машиностроительных заводах в лабораториях по механическим испытаниям проводится определение таких механических характеристик, как предел прочности, предел текучести, относительное удлинение и сужение, твердость и другие.

Эксплуатационные или служебные свойства.

К этим свойствам относятся износостойкость, коррозионная стойкость, жаростойкость, жаропрочность, хладостойкость, антифрикционность.