Какие свойства называют технологическими

Под технологическими свойствами понимают способность подвергаться различным видам обработки. Технологические свойства материалов характеризуют восприимчивость материалов к технологическим воздействиям при переработке в изделия. Знание этих свойств позволяет рационально осуществлять процессы изготовления изделий.

Из технологических свойств наибольшее значение имеют:

§ обрабатываемость резанием,

§ обрабатываемость давлением;

§ свариваемость,

§ ковкость,

§ прокаливаемость,

§ литейные свойства (характеристики),

§ склонность к короблению при термической обработке и др.

1 Обрабатываемость резанием — комплексное свойство металла, характеризующее способность его подвергаться обработке резанием и определяется по скорости, усилию резания, по чистоте обработки (качеству поверхности), по характеру образующейся при обработке стружки.

Обрабатываемость резанием характеризуют следующими показателями:

§ качеством обработки материалов — шероховатостью обработанной поверхности и точностью размеров;

§ стойкостью режущего инструмента;

§ сопротивлением резанию — скоростью и силой резания;

§ видом стружкообразования.

Испытания по скорости и усилию резания производятся путем сравнения показателей, полученных при обработке данного металла, с показателями обрабатываемости эталонной марки стали (автоматная сталь марки А12). Показатель чистоты обработанной поверхности определяется измерением высоты неровностей, образующихся на поверхности металла после снятия стружки режущим инструментом.

2 Обрабатываемость давлением определяют в процессе технологических испытаний (проб) материалов на пластическую деформацию. Методы оценки обрабатываемости давлением зависят от вида материалов и технологии их переработки.

Обрабатываемость давлением порошковых материалов характеризует их текучесть, уплотняемость и формуемость. Методы определения характеристик порошковых материалов установлены государственными стандартами.

3 Свариваемость — способность металла давать доброкачественное соединение при различных способах сварки, характеризуется отсутствием трещин и других пороков в швах и прилегающих к шву зонах основного металла. О свариваемости судят по результатам испытания сварных образцов и характеристикам основного материала в зоне сварного шва.

Хорошей свариваемостью обладают конструкционные стали; значительно худшую имеют чугуны, медные и алюминиевые сплавы, которые требуют специальных технологических условий при сварке.

О свариваемости металлов и сплавов обычно судят по результатам испытания сварных образцов. При этом сварной шов должен быть равнопрочным, т.е. механические характеристики сварного соединения и основного металла должны быть примерно одинаковыми. Сварной шов формируется в результате образования общей сварочной ванны, поэтому металл шва имеет литую структуру. Свойства сварного шва зависят от способа и технологических режимов сварки, условий защиты расплавленного металла, режимов охлаждения и других факторов. Обычно свариваемость тем выше, чем проще технология сварки и чем большее число способов сварки может быть использовано для образования сварного соединения.

7

Следовательно, свариваемость металлов и сплавов можно рассматривать как способность образовывать неразъемные соединения с заданным комплексом свойств в условиях принятого технологического процесса. С этой точки зрения свариваемость является понятием чисто технологическим.

4 Ковкость — способность металлов и сплавов без разрушения изменять свою форму при обработке давлением. Ковкость зависит

§ от вида обрабатываемых материалов,

§ технологической схемы их обработки,

§ температурных условий деформирования и других факторов.

Поэтому ковкость в значительной степени определяет выбор технологии обработки металлов давлением и экономичность обработки.

Многие металлы и сплавы обладают достаточно хорошей ковкостью в нагретом состоянии, а в холодном состоянии — латунь и алюминиевые сплавы; пониженной ковкостью характеризуется бронза.

5 Прокаливаемость — способность стали воспринимать закалку на определенную глубину от поверхности. Она зависит от присутствия легирующих элементов в составе и размеров зерен структуры.

6 Литейные свойства (характеристики) материалов характеризуют их способность в жидком состоянии заполнять литейные формы и образовывать качественные отливки. Эти свойства можно оценить по жидкотекучести, усадке, газопоглощению и ликвации.

Жидкотекучесть — свойство расплавленного материала заполнять литейную форму и точно воспроизводить внутренние очертания этой формы.

Жидкотекучесть зависит от физических свойств сплава, его химического состава, температуры расплава, состояния формы и других факторов. Наиболее высокую жидкотекучесть имеют серые чугуны, оловянистые бронзы, сплавы алюминия с кремнием (силумины), некоторые легкие магниевые сплавы.

Для повышения жидкотекучести к ним добавляют легирующие компоненты, например, фосфор — в медные сплавы и чугун, кремний — в алюминиевые сплавы.

Литейная усадка — уменьшение объема расплава при переходе из жидкого состояния в твердое. Коэффициент усадки индивидуален для каждого вида материала. Усадка может быть причиной образования многих видов брака в отливках: коробление, раковины, трещины, рыхлоты. На степень усадки влияют многие факторы: химический состав расплава, скорость охлаждения и др. Для многих видов литейных сплавов усадка составляет 0,9…2,5 %.

Газопоглощение.Многие металлы и сплавы в процессе плавки и заливки способны поглощать и растворять различные газы — азот, водород, кислород. Поглощенные газы могут находиться в металлах в свободном состоянии или образовывать различные химические соединения — нитриды, гидриды, оксиды. Причем повышение температуры расплава увеличивает содержание газов в нем. В результате этого механические и технологические свойства отливок снижаются. Для уменьшения газонасыщения плавление металлов производят в вакууме или среде защитных газов.

Ликвациейсплава называется его химическая неоднородность в различных частях отливки. Ликвация во многом зависит от химического состава сплава, скорости его охлаждения в форме, а также от конфигурации отливки. Устраняют ликвациюдлительным нагревом при температурах 900… 1000 °С с последующим медленным охлаждением.

Технологические свойства материалов определяют возможность получения заготовок и деталей выбранными методами и способами при условии обеспечения минимума затрат на конечный продукт — минимальной трудоемкости, материалоемкости, а также обеспечения экологии и эргономики.

В зависимости от способа производства заготовок и деталей определяющими являются следующие свойства.

Литейные свойства — способность жидких материалов заполнять литейные формы и образовывать плотные отливки.

Эти свойства характеризуются жидкотекучестыо материала, его усадкой и ликвацией.

Жидкотекучесть — способность материалов заполнять полости литейной формы и точно воспроизводить очертания этой формы. Жидкотекучесть определяется в соответствии с ГОСТ 16438—70 по спиральной пробе. Материал заливается в форму, имеющую вид спирального прутка, и жидкотекучесть оценивается длиной в сантиметрах части канала, залитого сплавом.

Усадка — свойство материалов уменьшаться в линейных размерах и в объеме при охлаждении от температуры заливки до комнатной. С усадкой связано появление в отливках усадочных раковин, пористости, рыхлости, коробления, трещин. Усадка определяется по ГОСТ 16817-71.

Ликвация — это неоднородность химического состава сплава, возникающая при кристаллизации. Различают зональную, внутрикри- сталлическую (дендритную) ликвацию и ликвацию по плотности. Зональная ликвация в отливках возникает из-за разности температур затвердевания отдельных составляющих и разной плотности этих составляющих сплавов. В чугуне и стали ликвируют сера, фосфор, углерод, располагаясь в верхней и центральной частях отливок. В сплавах, затвердевающих с мелкозернистой структурой, зональная ликвация уменьшается. Внутрикристаллическая ликвация образуется при ускоренном охлаждении отливок, она может быть уменьшена термической обработкой (отжигом) отливки. Ликвация по плотности возникает в сплавах, содержащих тяжелые металлы (например, в свинцовых бронзах); такая ликвация предотвращается перемешиванием сплава перед заливкой и ускоренным охлаждением при кристаллизации.

Деформируемость (ковкость, штампуемость) — способность материалов к значительным пластическим деформациям без разрушения и образования пороков.

Деформируемость проверяется технологическими пробами. Технологические пробы проводятся в соответствии с ГОСТ 8817—82 — на осадку в горячем состоянии; ГОСТ 10702—78 — на осадку в холодном состоянии; ГОСТ 1579—80, 13813—68 — на перегиб; ГОСТ 10447—80 — на навивку проволоки и др.

Свариваемость — способность материалов образовывать сварное соединение, свойства которого близки к свойствам свариваемых материалов. Контроль свариваемости проводят по ГОСТ 23870—79, 3242— 79, 6996-66, 13585-68.

Обрабатываемость резанием — характеризуется качеством обработки (шероховатостью обработанной поверхности и точностью размеров), стойкостью инструмента, сопротивлением резанию, видом стружкообразования. Практически обрабатываемость стали резанием определяют сравнительными испытаниями, путем обтачивания образцов испытуемой стали и стали 45 с определенными прочностными характеристиками (о„ 650 МПа, 170—180 НВ), принимаемой за эталон.

Закаливаемость — способность стали повышать твердость в результате термической обработай (закалки).

Прокаливаемость — способность стали получать при термической обработке (закалке) закаленный слой с определенной структурой на ту или иную глубину. Испытания на прокаливаемость проводят в соответствии с ГОСТ 5657—69.

К технологическим свойствам металлов относятся такие свойства, кото-рые требуются при разработке технологических процессов их обработки раз-личными способами и получения из них художественных изделий на практи-ке.

Ковкость – свойство металла изменять свою форму в больших пределах при действии динамических или статических нагрузок. Ковкость металлов требуется собственно при ковке, а также других видах обработки давлением (прокатке, волочении, прессовании, штамповке). Ковкость определяется двумя показателями – пластичностью, то есть способностью металла подвергаться деформации под давлением без разрушения и сопротивлением деформации – то есть уровнем внешних нагрузок, которые надо приложить для осуществле-ния деформации. У ковких металлов (сталь, латунь, дюралюминий и некото-рые другие – медные, алюминиевые, магниевые, никелевые сплавы) относи-тельно высокая пластичность сочетается с низким сопротивлением деформа-ции. Степень ковкости зависит от собственно пластичности металла, степени его нагрева, величины прикладываемого усилия и скорости с которой это уси-лие прилагается, наличия примесей в металле, способствующих его хрупкости и т.д. Некоторые металлы показывают хорошую ковкость и в холодном состо-янии: медь, алюминий, свинец, олово и т.д. Другие (сталь) имеют высокую ко-вкость в горячем состоянии. Последний факт широко используется при изго-товлении художественных кованых изделий из малоуглеродистых марок ста-ли, которые ранее называли ковочным железом.

Свариваемость – способность металлов (и не только!) образовывать сварное соединение, свойства которого близки к свойствам основного/основ-ных металлов (материалов). При изготовлении художественных изделий из металлов иногда требуется сваривать их части, полученные методами обработ-ки давлением. Поэтому требуется, чтобы металлы хорошо сваривались станда-ртными способами (электросварка, пайка и т.д.). Кроме того, в процессе обра-ботки давлением, особенно в нагретом состоянии «свежие» (т.е. еще неокис-ленные на воздухе) поверхности металлов при соприкосновении также облада-ют свойством свариваемости (поверхностные слои атомов активно проникают друг в друга), образуя очень прочное соединение. Чистые металлы сваривают-ся легче, чем сложные сплавы. Отметим, что чем выше содержание углерода в стали, тем хуже ее свариваемость.

Закаливаемость – свойствометаллов значительно повышать свою тве-рдость и износостойкость после нагрева и последующего быстрого охлажде-ния в различных средах. В зависимости от скорости охлаждения, например, у стали можно получать различные структуры (см. далее), а следовательно и свойства. В качестве охлаждающих сред, как правило, используют воду и тра-нсформаторное масло. При температуре воды, равной 18 0С, а исходной темпе-ратуре металла 750 – 850 0С скорость охлаждения может достигать 600 0С/сек. При использовании масла скорость охлаждения существенно ниже – до 150 0С/сек. Естественно и структура и свойства получаются после этих видов зака-лки разными.

Жидкотекучесть – способность металлов и сплавов в расплавленном состоянии заполнять литейную форму, воспроизводя в отливке контуры ее поверхности. При низкой жидкотекучести движение расплава в форме может прекратиться раньше, чем она будет заполнена. Таким образом, жидкотеку-честь сказывается на заполняемости формы расплавом, четкости воспроизве-дения рельефа полости формы.

Густоплавкость – свойство обратное жидкотекучести. Металлы и спла-вы, обладающие густоплавкостью, даже при высоком их нагреве остаются гус-тыми и при заливке форм плохо их заполняют. К густоплавким относятся чис-тое серебро, красная медь, сталь.

Литейная усадка – уменьшение объема при переходе из жидкого состо-яния в твердое. При охлаждении металла отливка сокращается по объему и как бы отходит от стенок формы. Т.е. отливка всегда меньше модели, по кото-рой сделана форма. Величина усадки для разных металлов различна. В табл. 4 приведены литейные усадки некоторых металлов и сплавов. Зная величину усадки можно рассчитать размеры модели с ее учетом, чтобы получить на выходе требуемые размеры изделия – отливки.

Спекаемость. Иногда изделия (и художественные, в частности) изготав-ливаются из металлического порошка. При этом металлы, предварительно из-мельченные в порошок, смешиваются и запрессовываются в специальные фор-

мы и подвергаются воздействию высокой температуры и давления до спека- ния. В конечном итоге из порошка получается твердое и прочное изделие. Ра-

зличные металлические порошки спекаются по разному – одни хуже, а другие лучше. Таким образом, желательно, чтобы порошок металла, в случае необхо-

димости, хорошо «спекался», как правило, при высокой температуре и доста-чном давлении. Такое технологическое свойство называют «спекаемостью».

Табл. 4. Величины усадки (%) для некоторых металлов и сплавов при

различных способах литья.

Обрабатываемость резанием на различных станках (токарном, фрезер-ном и пр.), а также способность шлифоваться и полироваться – свойства, иг-рающие важную роль при изготовлении художественных изделий и особенно в отделке. Хорошо режутся бронзы, латуни, некоторые марки сталей, алюми-ния и даже чугуна. Особенно плохо обрабатываются на станках красная медь и свинец и его сплавы.

Контрольные вопросы для самопроверки.

1. К какому виду искусства относится памятник Петру I в Санкт-Петербур-ге и из каких материалов он изготовлен?

2.Какие материалы используются для изготовления художественных изделий прикладного искусства?

3. Какие этапы в создании и внедрении художественных изделий можно выделить?

4. Классификация металлов для художественных изделий.

5. Классификация художественных изделий.

6. Перечислите физические свойства металлов.

7. Перечислите механические свойства металлов.

8. Какой способ определения твердости наиболее предпочтителен для художественных изделий и почему?

9. Перечислите технологические свойства металлов.

10. В каких случаях нужна хорошая свариваемость металлов?

11. В каких случаях нужна хорошая жидкотекучесть металлов?

12.В каких случаях надо учитывать усадку металла при его затвердевании?

13.Окисление металла – это хорошо или плохо?

14.Что такое спекаемость металлических порошков и для чего она необходима?

15. Приведите пример художественного изделия, для материала которого нужна высокая выносливость.

16. Почему для определения механических свойств материалов применяют стандартные образцы?