Что относится к технологическим свойствам металлов и сплавов
Содержание:
Возможность применения того или иного материала для производства различных изделий определяется целым перечнем качеств и свойств. Основную роль при выборе способа обработки играют технологические свойства металлов и сплавов, именно они определяют возможность их применения для изготовления той или иной продукции.
Основные свойства металлов
Все основные качества металлов и их сплавов можно классифицировать по целому ряду показателей, каждый из которых оказывает существенное влияние на определение сферы применения материала.
Металлы — технологические свойства
К основным технологическим свойствам стоит отнести следующие характеристики:
Все эти технологические свойства металлов и сплавов в комплексе и определяют дальнейшую сферу применения.
Технологические свойства стали
Сталь считается одним из самых распространенных металлов, ее технологические свойства зависят от химического состава, различные примеси, входящие в нее, могут улучшить или ухудшить данные характеристики.
К негативным примесям, существенно влияющим на технологические характеристики, можно отнести серу и фосфор. Излишек данных веществ может привести к красноломкости и хладноломкости соответственно. То есть сталь с избытком серы становится хрупкой при нагреве, а если в ней присутствует большое количество фосфора, то она будет ломаться при отрицательных температурах. Именно поэтому при выплавке стали многие усилия направлены на снижение данных примесей в металле, но, к сожалению, избавиться от них полностью не выходит.
Как видите, химические составляющие стали оказывают огромное значение на ее технологические свойства, поэтому при выборе метода обработки должен выполняться тщательный анализ состава сплава, в противном случае могут возникнуть проблемы, как в производстве, так и при эксплуатации изделия.
Технологические свойства металлов и сплавов
Из этого материала вы узнаете:
Технологические свойства металлов и сплавов определяют пригодность материала для конкретного вида обработки и в целом возможность его использования в том или ином производственном цикле. Добавление в металл или сплав сторонних элементов напрямую влияет на их основную характеристику. Для определения технологических свойств необходимо провести испытания.
В нашей статье мы расскажем, какими бывают указанные свойства, как проявляют себя примеси, а также приведем пример производственных испытаний, которые выявляют пригодность материала к использованию в производстве.
Понятие металлов и сплавов
К технологическим свойствам металлов и сплавов относятся:
Все металлы делятся на черные и цветные.
Технологические свойства чистых металлов зачастую не позволяют использовать их для промышленных и технических нужд. Поэтому в основном применяются сплавы.
Сплав состоит из двух и более затвердевших расплавленных металлов и других веществ.
Помимо металлов, в составе сплавов могут присутствовать, к примеру, углерод, кремний, другие элементы.
VT-metall предлагает услуги:
Лазерная резка металла Гибка металла Порошковая покраска металла Сварочные работы
Используя разные комбинации металлов и неметаллов, можно получать материалы с различными технологическими свойствами, которыми не обладают составляющие сплав компоненты.
Технологические свойства сплавов могут отличаться от характеристик составляющих их металлов. Они могут быть:
Чтобы увеличить твердость железа, в него добавляют углерод. Менее 2 % углерода содержится в сталях, более 2 % – в чугуне. Для придания металлам и сплавам такого технологического свойства, как коррозионная устойчивость, в них добавляют хром, твердость достигается за счет добавления вольфрама, износостойкость – марганца, прочность – ванадия.
Определение и виды технологических свойств металлов и сплавов
Технологические свойства металлов и сплавов определяют их способность меняться под воздействием горячих или холодных способов обработки. В их основе лежат физико-механические характеристики материалов.
Выделяют такие технологические свойства металлов и сплавов, как:
Именно от технологических свойств металлов и сплавов зависит, как поведет себя заготовка в процессе обработки.
Остановимся более подробно на основных технологических свойствах.
Это технологическое свойство металлов и сплавов, благодаря которому они образуют друг с другом прочные соединения. Соединяются заготовки за счет расплавления материала и его последующего охлаждения. В зависимости от источника нагрева деталей сварку делят на газовую, дуговую, электроконтактную, ультразвуковую и пр.
Под этим технологическим свойством понимают способность металлов и сплавов меняться под воздействием пластических деформирующих операций, таких как гибка, ковка, штамповка, прокат, прессование и др. При этом целостность заготовок не нарушается. На это свойство материалов влияют их химический состав, механические свойства, скорость деформации, температура, при которой выполняются операции и т. п. Способ деформации выбирают после выполнения технологических испытаний, в процессе которых оценивают деформируемость различных сплавов и металлов.
Это технологические свойства (жидкотекучесть, усадка и ликвация), учет которых позволяет изготавливать отливки деталей и изделий без возникновения трещин, усадочных раковин и других дефектов.
Металлы и сплавы, находясь в жидком состоянии, заполняют все полости, узкие и тонкие места литейных форм и принимают четкое объемное изображение очертаний отливок. На это технологическое свойство металлов и сплавов влияют химический состав материала заготовки, температура заливки, вязкость, поверхностное натяжение. Помимо характеристик обрабатываемых металлов, жидкотекучесть зависит от качества внутренней полости формы, ее шероховатости, теплопроводности и пр. Это свойство при использовании песчаных сухих форм гораздо выше, чем при применении сырых металлических.
Усадкой называют такое технологическое свойство металлов и сплавов, за счет которого их объем уменьшается при затвердевании отливок. Степень усадки выражается в процентах, для разных металлов она варьируется в пределах 1-2 %. На нее влияют химический состав материала и температура заливки (чем она выше, тем сильнее усадка).
При усадке в отливках образуются усадочные раковины и рыхлости. Во избежание появления подобных дефектов используют литейные формы с дополнительными устройствами – прибылями, за счет которых в формы постоянно поступает жидкий металл.
В процессе кристаллизации металлы и сплавы в отливках становятся неоднородными по химическому составу. Эта неоднородность называется ликвацией. Она может быть зональной – наблюдаемой на отдельных заготовках, и внутрикристаллической – распространяющейся на отдельные зерна.
Для устранения последней используют термическую обработку, первой – механическую, в процессе которой при заливке жидкого металла в форму его механически перемешивают. Ликвация зависит от скорости охлаждения заготовки, если она остывает равномерно, то этот дефект не образуется.
Технологическое свойство металлов и сплавов, благодаря которому они способны создавать прочные и герметичные соединения за счет пайки. Если спаиваемые детали предполагается использовать в области радио- и электротехники, то материалы, из которых они изготовлены, должны обладать такими свойствами, как электропроводность, индуктивность и пр.
Так называют технологическую характеристику материалов, благодаря которой их механические свойства повышаются при термической и химико-термической обработке. Упрочняемость включает в себя закаливаемость, прокаливаемость и незакаливаемость.
Это свойство означает, что материалы воспринимают закалку, оно характерно для углеродистых и легированных сталей, в которых содержание углерода превышает 0,3 %, а также для чугуна, сплавов цветных металлов, бронзы, латуни и других сплавов.
Прокаливаемость означает глубину закалки, воспринимаемую металлами и сплавами и определяемую в соответствии с требованиями ГОСТ 5657-69. На эту характеристику влияют химический состав обрабатываемых материалов, температура нагрева и способ охлаждения.
Означает, напротив, невосприимчивость материала (к примеру, углеродистых и других сталей с содержанием углерода в составе менее 0,3 %) к закалке. Это технологическое свойство металлов и сплавов учитывают при сварке, поскольку чем оно выше, тем более качественным будет сварное соединение. Отдельные стали устойчивы к закаливанию при нагревании и охлаждении, заготовки из них также не воспринимают закалку.
Изменение технологических свойств на примере стали
Наиболее распространенным материалом является сталь. На технологические свойства стальных сплавов влияет их химический состав – входящие в него примеси могут повышать или понижать отдельные характеристики материала:
Отрицательно сказываются на технологических свойствах металлов и сплавов присутствие в их составе серы и фосфора. Их высокое содержание становится причиной красноломкости (ломкости при нагревании) и хладноломкости (ломкости при охлаждении) заготовок. Несмотря на то, что полностью очистить сплавы от присутствия этих химических элементов невозможно, на производстве стремятся к максимально возможному снижению их содержания в составе.
Технологические свойства металлов и сплавов напрямую зависят от их химического состава, поэтому, прежде чем выбрать тот или иной способ обработки, на производстве тщательно анализируют состав подлежащего обработке материала. Если этого не сделать, вероятно возникновение проблем как в процессе обработки, так и при дальнейшем использовании готовых изделий.
Технологические испытания металлов и сплавов
Технологические испытания включают в себя испытания на изгиб, осадку, сплющивание, бортование, загиб и т. д. Многие пробы и испытания проводятся в соответствии с разработанными и утвержденными стандартами.
В зависимости от результатов технологических испытаний принимают решение о возможности изготовления деталей и конструкций соответствующего качества из имеющегося материала с применением той или иной операции, выполняемой на данном производстве.
Испытание на изгиб проводится в соответствии с требованиями ГОСТ 14019-80. С его помощью определяют, способны ли металлы и сплавы выдерживать изгибание без разрушения. Образец помещают под пресс и изгибают до необходимого угла. Если угол изгиба равен 180°, то материал может выдерживать предельную деформацию. О том, что образец прошел испытание, свидетельствует отсутствие трещин, надрывов, расслоений и других дефектов
Такое технологическое испытание проводят для листовых металлов толщиной до 3 см, а также для сортового металлопроката (прутков, швеллеров, уголков).
Испытание на осадку выполняется в соответствии с требованиями ГОСТ 8817-82. С его помощью определяют, способны ли металлы и сплавы выдержать требуемую пластическую деформацию. Проводится оно при помощи пресса или молота, осаживающего горячий или холодный образец до заданной высоты. Для испытания используют круглые или квадратные образцы диаметром или стороной квадрата 0,3–3 см в холодном состоянии, 0,5–15 см – в горячем. Стальные образцы должны быть высотой не менее двух диаметров, из цветных металлов – не менее полутора диаметров. Об успешном прохождении испытания свидетельствует отсутствие трещин, надрывов или изломов.
Испытание на сплющивание труб проводится в соответствии с требованиями ГОСТ 8695-75. С его помощью определяют, способны ли трубы сплющиваться до определенной высоты без появления дефектов. Для этого конец или отрезок трубы длиной 2–5 см размещают между двумя параллельными плоскостями и сплющивают. При испытании сварной трубы место соединения должно быть расположено на горизонтальной оси. Скорость сплющивания не должна превышать 2,5 см/мин. Об успешном прохождении испытания свидетельствует отсутствие трещин и надрывов.
Испытание на бортование труб проводится в соответствии с требованиями ГОСТ 8693-80. С его помощью определяют, способны ли трубы отбортовываться на прямой угол. Для этого конец трубы помещают в оправку и отбортовывают усилием пресса до тех пор, пока не получают фланец требуемого диаметра. При испытании используют оправку с чисто обработанной рабочей поверхностью, обладающей высокой твердостью (HRC не менее 50). Радиус закругления оправки, формирующей борт, должен составлять две толщины стенки трубы (R = 2s). Об успешном прохождении испытания свидетельствует отсутствие трещин и надрывов.
Испытание на загиб труб проводится в соответствии с требованиями ГОСТ 3728-78. С его помощью проверяют, способна ли труба загибаться на прямой угол без появления дефектов. До начала испытания в полость трубы засыпают чистый сухой речной песок или другой наполнитель. Образец плавно загибают таком образом, чтобы его наружный диаметр на всех участках стал более 85 % от начального. Если диаметр трубы не превышает 6 см, испытание проводится на ее отрезке, если превышает – на вырезанной из трубы продольной ленте шириной 1 см.
Об успешном прохождении испытания свидетельствует отсутствие трещин, надрывов, расслоений.
Для того чтобы определить прочность сварного соединения, проводят испытание на свариваемость. Сваренный образец изгибают на определенный угол или растягивают. После чего проводят сравнение прочности сваренного и несваренного образцов из испытуемого материала.
Для того чтобы определить прочность сварного соединения, проводят испытание на свариваемость. Сваренный образец изгибают на определенный угол или растягивают. После чего проводят сравнение прочности сваренного и несваренного образцов из испытуемого материала.
В статье мы рассказали о том, какое значение имеют технологические свойства металлов и сплавов, а также проведение испытаний для получения качественных, долговечных изделий и конструкций из них.
Почему следует обращаться именно к нам
Мы с уважением относимся ко всем клиентам и одинаково скрупулезно выполняем задания любого объема.
Наши производственные мощности позволяют обрабатывать различные материалы:
При выполнении заказа наши специалисты применяют все известные способы механической обработки металла. Современное оборудование последнего поколения дает возможность добиваться максимального соответствия изначальным чертежам.
Для того чтобы приблизить заготовку к предъявленному заказчиком эскизу, наши специалисты используют универсальное оборудование, предназначенное для ювелирной заточки инструмента для особо сложных операций. В наших производственных цехах металл становится пластичным материалом, из которого можно выполнить любую заготовку.
Преимуществом обращения к нашим специалистам является соблюдение ими ГОСТа и всех технологических нормативов. На каждом этапе работы ведется жесткий контроль качества, поэтому мы гарантируем клиентам добросовестно выполненный продукт.
Благодаря опыту наших мастеров на выходе получается образцовое изделие, отвечающее самым взыскательным требованиям. При этом мы отталкиваемся от мощной материальной базы и ориентируемся на инновационные технологические наработки.
Мы работаем с заказчиками со всех регионов России. Если вы хотите сделать заказ на металлообработку, наши менеджеры готовы выслушать все условия. В случае необходимости клиенту предоставляется бесплатная профильная консультация.
Характеристика технологических свойств металлов и сплавов
Деформация металлов и сплавов определяется их свойствами, которые рассматриваются как технологические, так как они определяют технологический режим их обработки давлением. К ним относятся пластичность, сопротивление деформации, чувствительность к напряжениям и склонность к образованию дефектов.
Пластичность металла — способность его под действием приложенных внешних сил деформироваться без нарушения сплошности. При обработке металлов давлением (прокатке, ковке, прессовании и т. д.) на пластичность металла влияет степень деформации (обжатие), температура деформации, скорость деформации, химический состав металла и его строение, характер напряженного состояния при деформации и др.
Показателем пластичности служит степень деформации, выраженная в виде относительного обжатия. Ю. М. Чижиков для оценки пластичности ввел понятие «предел пластичности», который характеризуется величиной относительного обжатия, при котором начинается нарушение сплошности металла. Чем выше предел пластичности металла в широком интервале температур, тем большим запасом пластичности он обладает и тем легче его деформировать. Поэтому чем выше пластичность металла, тем большую степень суммарного обжатия е он выдерживает без разрушения.
В зависимости от величины предела пластичности условно различают металлы и сплавы: наивысшей пластичности (>0,8 ε); высокой пластичности (0,6÷0,8 ε); средней пластичности (0,4÷0,6 ε); пониженной пластичности (0,2÷0,4 ε); низкой пластичности (≤0,2 ε). Многие марки сталей по своим пластическим свойствам относят к категории высокой и даже наивысшсй пластичности. К категориям средней и высокой пластичности относят большинство легированных сталей. Высоколегированные стали и сплавы обладают средней и в ряде случаев пониженной пластичностью.
Существует мнение, что если металл «мягкий», то он может быть деформирован без разрушения, т. е. он пластичный. Это не всегда правильно. Мягкий металл, обладая малым сопротивлением деформации, при определенных условиях может быть не пластичным и, наоборот, «твердый» металл, т. е. металл, обладающий большим сопротивлением деформации, может иметь высокие пластические свойства. Например, технически чистое железо, обладающее очень малым сопротивлением деформации, при температуре 1000—1050 °С не пластично и при деформации разрушается, а быстрорежущая сталь, обладая сопротивлением деформации в 2—3 раза больше, чем технически чистое железо, при этих же температурах деформируется без разрушения.
Сопротивление деформации — очень важное технологическое свойство. При одинаковых условиях деформации чем выше сопротивление деформации того или иного метала или сплава, тем труднее его прокатывать. Стали, обладающие большим сопротивлением деформации, приходится прокатывать е меньшими обжатиями или использовать для этого более мощное оборудование и т. п.
Сопротивление деформации в большей степени зависит от химического состава стали. Влияние химического состава стали на сопротивление деформации складывается через изменение его механических свойств (пределов прочности и текучести), а также через изменение коэффициента трения.
Пластичность металлов и сплавов определяется растяжением (удлинением и сжатием), скручиванием, ударным изгибом, осадкой, прокаткой на клин. Показатели пластичности следующие: при ратяжении — относительное удлинение δ, % и относительное сжатие ψ, %; при ударном изгибе — ударная вязкость ан,Дж/м 2 ; при скручивании — число кручений до излома; при осадке и прокатке на клик — относительное обжатие ∇h/h0.
При растяжении образцы устанавливают в зажимах машины для испытания на разрыв и растягивают при все увеличивающейся нагрузке до полного разрыва. При этом испытании определяют временное сопротивление σв, Па, и предел текучести σт, Па, которые имеют большое значение при определении сопротивления металла деформации. Испытания производят прн различных температурах (например, от 20° до 1300°С). Испытание на растяжение отвечает условиям, соответствующим линейному напряженному состоянию.
На рис. 48 приведены кривые относительных удлинений δ и сжатия ψ сплава, испытанного при температурах от 20° до 1100°С. Кривые показывают, что при 700°С оба показателя пластичности имеют наименьшее значение. При дальнейшем повышении температуры удлинение и сжатие возрастают, достигая при 1000 °С таких же значений, как и при комнатной температуре, и значительно превышая их при более высоких температурах.
Показатели пластичности, полученные методом растяжения, дают важные характеристики пластичности сплавов. При сравнении между собой кривых удлинения и сжатия различных сплавов или одного и того же сплава, выплавленного различными способами можно установить, какой сплав или плавка обладает большей или меньшей пластичностью и каковы вообще пластические свойства данной стали или сплава. Следует отметить, что показатели пластичности, полученные методом растяжения, не дают возможности в достаточной мере точно определить температуру горячей деформации (прокатки, ковки, прессования).
При испытании на ударный изгиб образцы квадратного сечения с надрезом посередине длины нагревают до температуры испытания. Излом образцов производят на копре.
На рис. 49 приведена кривая ударной вязкости aн одного сплава, по которой можно установить, что наилучшей температурой деформации сплава является 1150—1200°С.
Испытание на скручивание производят на приборе, снабженном электрической трубчатой печью. Один конец образца закрепляют неподвижно, другой вращается от соответствующего привода. Образец при заданной температуре подвергают скручиванию до излома. Чем выше пластичность, тем больше число скручиваний на 360° до излома выдерживает металл. На рис. 50 приведены кривые, полученные испытанием на горячее скручивание стали марок 15, 40ХН, У10. По этим кривым можно установить температуру нагрева металла, при которой достигается наивысшая пластичность.
При испытаниях методом прокатки на клин используют образцы, изготовление до требуемых размеров отливкой, прокаткой или ковкой из слитков. Относительное обжатие, при котором начинается нарушение сплошности, представляет собой предел пластичности металла в данных условиях. Исследуя пластичность металла по методу прокатки на клин в широком интервале температур, можно получить полную характеристику пластичности металла с любыми природными свойствами при прокатке его со свободным уширением, т.е. при самых неблагоприятных условиях деформации.
По результатам исследования пластичности методом прокатки на клин можно установить температурный режим начала и конца прокатки и допустимые обжатия.
§ 4. Технологические свойства металлов
определяют пригодность материала для изготовления из него детали тем или иным способом. К числу этих свойств относятся: обрабатываемость резанием, ковкость, свариваемость, жидкотекучесть, усадка, склонность к ликвации и др.
— способность металла изменять свою форму под действием режущего инструмента (резца, фрезы, сверла и т. д.) при различных Операциях механической обработки (обтачивании, фрезеровании, сверлении).
—способность металла принимать определенную форму и размеры под влиянием прилагаемой нагрузки без разрушения.
—способность металлов образовывать прочные соединения при нагреве свариваемых частей до расплавленного или до пластичного состояния. Хорошей свариваемостью обладают стали с низким содержанием углерода. Плохо свариваются чугун, медные и алюминиевые сплавы.
Величину жидкотекучести определяют по технологической пробе (рис. 2), т. е. по длине спирального канала, заполненного металлом в контрольной форме. Чем больше жидкотекучесть сплава, тем большей длины участок спирали он заполнит до затвердевания.
Рис. 2. Технологическая проба для испытания металлов и их сплавов на жидкотекучесть:
1 — литейный стояк, 2 — выпор, 3 — зумф под стояком, 4 — спираль
— относительное уменьшение основных линейных и объемных размеров отливки по сравнению с размерами модели, по которой она была отформована. При большой усадке металла во время его кристаллизации и охлаждения возникают значительные внутренние напряжения и образуются усадочные раковины. Для удобства усадку отливок выражают в процентах по отношению к размерам модели.
Величина усадки отливок зависит от химического состава сплава, конфигурации детали, а также от других факторов.
— свойство сплавов образовывать при охлаждении и кристаллизации отливки с неоднородным химическим составом. Это объясняется тем, что сплав в форме охлаждается неравномерно. Чем больше разница в температуре внешних и внутренних частей отливки при ее охлаждении, тем больше компонентов, плавящихся при более низкой температуре, скапливается в середине сечения.
Различают два вида ликвации: внутрикристаллическую и зональную. Внутрикристаллическая ликвация характерна для фасонных отливок, изготовляемых из сплавов, образующих твердые растворы. В большинстве случаев скорость затвердевания отливки превышает скорость диффузии, которая необходима для выравнивания химического состава. Последнее является основной причиной развития внутрикристаллической ликвации в отливках.
Зональная ликвация наблюдается в толстостенных отливках, слитках, которые медленно охлаждаются в формах. Зональная ликвация может происходить по двум основным причинам: в связи с расслоением жидкого сплава из-за различной плотности, которое происходит при недостаточном перемешивании сплава при плавке и заливке, или при выпадении из жидкого сплава легких и тяжелых кристаллизующихся фаз.