Характеристика технологических свойств металлов и сплавов

27.10.2021 Автор: VT-METALL

Из этого материала вы узнаете:

• Понятие металлов и сплавов
• Определение и виды технологических свойств металлов и сплавов
• Изменение технологических свойств на примере стали
• Технологические испытания металлов и сплавов

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:

• высокая обрабатываемость (ковкость, штампуемость, возможность резки, пайки, сварки и т. п.);
• прочность;
• твердость;
• ударная вязкость и пр.

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:

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:

• более прочными и твердыми;
• обладать более высокой или, напротив, более низкой температурой плавления;
• более коррозионно-устойчивыми;
• менее подверженными высокотемпературному воздействию;
• оставаться прежнего размера при нагревании или охлаждении и пр.

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.

Формируемость

Формируемость – способность металлов приобретать различные формы.

Различные факторы, которые в значительной степени определяют текучесть или пластичность материала:

• Металлическая конструкция.
• Размер зерна.
• Горячая и холодная обработка.
• Легирующие элементы.
• Смягчающие термообработки (отжиг и нормализация).

Небольшой размер зерна рекомендуется для мелкой вытяжки металлов, тогда как для тяжелой вытяжки рекомендуется относительно крупное зерно.

Горячая и холодная обработка вызывает искажение зерна. Обычно обработанные холодом кристаллы более искажены, чем обработанные горячим способом. Поэтому обработанные холодом металлы обычно менее пластичны, чем обработанные горячим способом.

Большинство легирующих элементов в чистом металле снижают его пластичность, например, пластичность стали уменьшается с увеличением количества углерода в железе.

При смягчающих термообработках, таких как отжиг и нормализация, пластичность металла восстанавливается. Деформированный и искаженный кристалл реформируется, и, следовательно, сила, необходимая для того, чтобы вызвать проскальзывание, уменьшается.

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:

• О+бработка при помощи резки;
• подверженность деформациям за счет ковкости, штампуемости, загибов, перегибов, отбортовки и пр.;
• свариваемость;
• литейные свойства;
• способность к пайке;
• упрочняемость и т. п.

Именно от технологических свойств металлов и сплавов зависит, как поведет себя заготовка в процессе обработки.

Остановимся более подробно на основных технологических свойствах.

Свариваемость.

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.

Деформируемость.

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.

Отпуск и старение

Отпуском называется процесс термической обработки, при котором закаленная сталь нагревается ниже температуры отжига, выдерживается при этой температуре и затем охлаждается. В процессе отпуска уменьшаются или устраняются внутренние напряжения, повышаются вязкость и пластичность стали, снижается ее твердость, улучшается структура.

В зависимости от температуры нагрева различают три вида отпуска:

1. низкотемпературный (низкий) отпуск проводят с нагревом до 150–200°С. Этот отпуск снижает внутренние напряжения в стали при сохранении высокой твердости (58–63 HRC). Он применяется преимущественно для инструмента из углеродистых и низколегированных сталей, а также для деталей, подвергаемых поверхностном закалке, цементации и нитроцементации, к которым предъявляются высокие требования по твердости и износостойкости;
2. среднетемпературный (средний) отпуск осуществляется при температурах 350–500°С. Целью этого отпуска является получение структуры тростита. Твердость закаленной стали при этом снижается до 40–50 HRC, предел упругости достигает максимальной величины. Среднему отпуску подвергают рессоры и пружины;
3. высокотемпературный (высокий) отпуск проводится при температурах 550–680°С. Сталь при этом приобретает структуру сорбита (сорбит отпуска). Твердость закаленной стали снижается до 250–350 НВ, прочность уменьшается в 1,5–2 раза, пластичность и вязкость увеличиваются в несколько раз, внутренние напряжения полностью снимаются. Закалка с высоким отпуском называется улучшением. Улучшенная сталь по сравнению с отожженной или нормализованной имеет более высокие показатели прочности, пластичности и вязкости. Температура отпуска определяется по цветам побежалости.

Старение — изменение свойств стали с течением времени без заметного изменения микроструктуры. В результате старения прочность и твердость повышаются, пластичность и вязкость снижаются. Старение приводит к изменению размеров и короблению изделий. Если старение протекает при комнатной температуре, его называют естественным, если при повышенной температуре — искусственным. Старению подвергают станины станков, плунжеры, калибры, скобы и другие изделия, размеры и геометрическая форма которых не должны изменяться в процессе их эксплуатации.

Известны два вида старения — термическое и деформационное (механическое).

Термическое старение происходит в результате изменения растворимости углерода в железе в зависимости от температуры. Деформационное старение протекает в сплаве, подвергнутом пластической деформации при температуре ниже температуры рекристаллизации. Процесс этого старения длится 15 суток и более при комнатной температуре и всего несколько минут при температурах 200–350о С.

Искусственное старение закаленных и отпущенных при низкой температуре изделий производится после предварительной механической обработки при 100–180о С с выдержкой в течение 18–35 ч и медленным охлаждением. Естественное старение осуществляется на открытом воздухе под навесом, где на изделия воздействуют температурные изменения, влажность и давление воздуха. Оно длится от 3 месяцев до 2 лет. Естественному старению подвергают станины прецизионных станков, корпусные детали весьма ответственного назначения, рамы роялей и пианино. Его результатом является снижение внутреннего напряжения, стабилизация размеров и геометрической формы изделий.

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:

• Чем больше содержание в составе сплава углерода, тем выше его прокаливаемость и ниже восприимчивость к ковке. Ковка и прокатка возможны для металлов и сплавов, в которых присутствует не более 1,4 % этого химического элемента.
• Марганец понижает теплопроводность металлов и сплавов и, как следствие, возможность их сваривания. Однако при равномерном медленном нагревании такие материалы прекрасно подходят для ковки.
• Никель положительно сказывается на пластичных технологических свойствах металлов и сплавов, материалы, в которых он присутствует, хорошо поддаются ковке. Однако при нагреве никель способствует образованию окалины. Она не разрушается во время ковки, проникает в металл и снижает качество готовых изделий.
• Хром способствует повышению прочности металлов и сплавов, следовательно, заготовки, в составе которых он присутствует, не следует обрабатывать при помощи ковки или проката, так как велика вероятность возникновения трещин.
• Большое содержание в составе металлов и сплавов молибдена снижает такое их технологическое свойство, как теплопроводность. Этот момент важно учитывать при выборе температурного режима обработки, нагрев и охлаждение должны выполняться при строгом соблюдении предписанных технологией требований. Ковка возможна при применении более мощного оборудования
• Ванадий же, напротив, повышает качество ковки, увеличивает устойчивость сталей к перегреву.

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.

Свариваемость

Еще одним видом является свариваемость. Она определяется, как способность металла свариваться в производственных условиях, предъявляемых к конкретной конструкции. Настоящим критерием при определении свариваемости металла является качество сварного шва и легкость, с которой его можно получить.

На свариваемость металла влияют следующие факторы:

• Состав металла.
• Хрупкость металла.
• Термические свойства.
• Сварочная техника.
• Наполнители.
• Прочность металла при высокой температуре.
• Стабильность микрокомпонентов до температуры сварки.
• Сродство кислорода и других газов до и при температуре сварки.
• Экранирующая атмосфера.
• Правильная термическая обработка до и после осаждения металла.

Легирующие элементы влияют на свариваемость следующими способами:

• Улучшение механических свойств.
• Увеличение или уменьшение прокаливаемости в зоне термического влияния.
• Обеспечение измельчения зерна.
• Обеспечение раскисления расплавленного металла.
• Формируют возрастные осадки.
• Контроль температуры превращения пластичного материала в хрупкое.

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

Какие свойства относятся к физическим свойствам?

Физи́ческие сво́йства

вещества —
свойства
, присущие веществу вне химического взаимодействия: температура плавления, температура кипения, вязкость, плотность, диэлектрическая проницаемость, теплоёмкость, теплопроводность, электропроводность, сорбция, цвет, концентрация, эмиссия, текучесть, твёрдость, пластичность, …

Интересные материалы:

В чем недостаток морского транспорта? В чем перевезти большую собаку? В чем пойти на собеседование? В чем польза чтения книг? В чем преимущества официального брака? В чем преимущества телеграмма? В чем причина кризиса подросткового возраста? В чем разница между Аоп и Аооп? В чем разница между эконом и премиум эконом? В чем разница между электронным и дистанционным обучением?