Характеристики физических свойств

Характеристики физических свойств измеряют при испытаниях, при которых исключается приложение силы и образцы не испытывают необратимой деформации и не разрушаются.

Модуль нормальной упругости Е (ГПа) характеризует жесткость материала: чем выше Е, тем жестче материал и меньше упругая деформация, получаемая при одном и том же напряжении. Модуль сдвига – модуль упругости при деформации сдвигом.

Плотность – ρ (т/м³, Мг/м³) используется для оценки веса деталей и конструкций. Материалы с пониженной плотностью пригодны для применения в движущихся конструкциях (авиастроение, ракетостроение, скоростной автомобильный транспорт).

Теплопроводность – λ (вт/(м·град) используют для оценки работоспособности материала в условиях резких теплосмен, а также при создании сварных конструкций.

Коэффициент термического линейного расширения – α (1/град) необходим для оценки величины зазоров между деталями в конструкциях.

Характеристики химических свойств

Химические свойства характеризуют способность материала к взаимодействию с внешней средой. Скорость коррозии – V_кор (мм/год, г/м²час) оценивает потери материала в результате коррозионных процессов на поверхности.

Характеристики технологических свойств.

Технологические свойства представляют комплекс свойств, определяющих возможность проведения технологического процесса изготовления изделий, например, их способность к деформированию, сварке, обработке резанием, получению плотных бездефектных отливок.

Ковкость – способность материала деформироваться и принимать необходимые форму и размеры под воздействием внешней нагрузки.

Свариваемость – способность материала образовывать качественные неразъемные соединения с требуемыми свойствами.

Обрабатываемость резанием – способность при точении резцом образовывать мелкую стружку и обеспечивать низкую шероховатость поверхности.

Хорошие литейные свойства – жидкотекучесть, плотные отливки.

Эти испытания дают только первичную информацию о возможностях материала. Для пригодности материала к конкретным условиям эксплуатации необходимо изучить и эксплуатационные характеристики, в том числе характеристики конструкционной прочности.

К способам управления строением и свойствами металлов и сплавов относятся: выбор химического состава; кристаллизация; пластическая деформация; термическая обработка; термомеханическая обработка; обработка поверхности: химико-термическая обработка, обработка лазером, поверхностное пластическое деформирование и другие.

2.4. Пластическая деформация

Пластическая деформация (пластическое деформирование) – технологическая операция, в процессе которой изменяются размеры и форма материала без изменения его массы («технологическая» формулировка).

Пластическая деформация – это результат данной технологической операции – остаточная деформация, полученная материалом (формулировка «сопротивления материалов»).

Пластическая деформация – процесс изменения структуры металла или сплава, происходящий во время данного технологического цикла («материаловедческая» формулировка).

Пластическое деформирование используется как способ изменения размеров и формы деталей; способ упрочнения материала; способ получения определенного структурного состояния в металлах и сплавах с особыми физическими свойствами.

Пластической деформации подвергают 80 % литых металлов и сплавов (слитки, заготовки, полученные непрерывной разливкой); гранулированные и порошковые материалы; аморфные материалы; полимерные материалы.

Пластическую деформацию подразделяют на несколько видов в соответствии с различными признаками.

В зависимости от объема, в котором сохраняется остаточная деформация, различают процессы объемной и поверхностной деформации.

Объемная обработка давлением, при которой деформируется все сечение полуфабриката, применяется для получения заготовок или изделий и включает такие технологические операции, как прокатка, волочение, штамповка, прессование, ковка и др.

Поверхностное пластическое деформирование (ППД), при котором деформируется поверхностный слой глубиной до 0,5 – 1 мм, применяется для упрочнения поверхности готовых деталей, в качестве финишной операции, и включает дробеструйный наклеп, обдувку дробью, алмазное выглаживание и др.

В зависимости от температуры различают процессы холодной и горячей деформации.

Способность материала к пластической деформации определяется совокупностью физико-механических свойств, главным из которых является пластичность.

Различают технологическую пластичность и пластичность.

Технологическая пластичность проявляется во время деформации. Для оценки технологической пластичности используются такие характеристики, как коэффициент вытяжки и др.

Испытание металла после окончания процесса деформации (на растяжение, изгиб, кручение и т.п.) позволяет определять величины относительного удлинения и относительного сужения. Эти характеристики являются «структурно чувствительными», т.е. на них оказывает влияние изменение строения исходного металла в процессе деформации.

Процесс пластической деформации под влиянием внешних усилий осуществляется посредством сдвига одних частей кристалла относительно других. Элементарный акт пластической деформации в кристалле – это сдвиг одной части кристалла относительно другой на расстояние, не превышающее межатомное. Этот сдвиг в материале может осуществляться путем скольжения, двойникования, межзеренного перемещения.

Основным способом реализации сдвига в металлах и сплавах при пластической деформации является скольжение, которое происходит путем передвижения дислокаций. Этот механизм называется сдвигово – и дислокационным, который заключается в смещении одной части кристалла относительно другой, путем последовательного перемещения дислокаций.

Для поликристаллических металлов последовательность процессов изменения структуры при холодной пластической деформации рассмотрена применительно к случаю, когда сплав в исходном состоянии имеет структуру, близкую к равновесной. В технологическом цикле изготовления деталей такое состояние достигается при термической обработке, называемой отжигом.

Для поликристаллических сплавов после отжига характерна структура с зернами равноосной формы произвольно ориентированными в пространстве полуфабриката и с минимальной плотностью дислокаций внутри зерен. Такая структура обуславливает пониженную прочность, повышенную пластичность и изотропность механических свойств.

В результате холодной пластической деформации в поликристалле происходят следующие изменения зеренной структуры:

1. Форма зерна становится анизотропной, так как зерна вытягиваются в направлении приложенной нагрузки, появляется так называемая «волокнистая» структура (рис. 2.14).

Рис. 2.14. Зеренная структура металла: а – до деформации; б – после холодной