Какие технологические свойства материалов

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.

Материалы обладают определенным набором свойств. Различают физические, химические, механические, технологические и эксплуатационные свойства материалов, которые предопределяют их применение в той или иной отрасли промышленности.

К основным физическим свойствам относятся плотность, электро- и теплопроводность, намагниченность, температура плавления, температурные коэффициенты линейного и объемного расширения и др.

К механическим свойствам материала относятся прочность, пластичность, твердость, ползучесть, ударная вязкость, усталость, износостойкость.

Прочность – способность твердого тела сопротивляться деформации или разрушению под действием статических или динамических нагрузок.

Твердость – способность материала сопротивляться внедрению в него другого, не получающего остаточной деформации, тела.

Пластичность – способность материала получать остаточное (остающееся после удаления нагрузки) изменение формы и размеров без разрушения. Характеристикой пластичности являются относительное удлинение и сужение испытуемого образца.

Ударная вязкость – это прочность при динамических нагрузках, Дж/м2:

где А – работа, затраченная на разрушение образца; F – площадь образца в месте надреза.

Ползучесть – свойство материала медленно деформироваться под действием постоянно растягивающей нагрузки, которая создает напряжение ниже предела упругости данного материала.

Усталость материала – свойство постепенного накопления повреждений в материале под действием циклических нагрузок, приводящих к образованию трещин и разрушению. Свойство материалов сопротивляться усталости называется выносливость сопротивлением усталости). Сопротивление усталости характеризуется пределом выносливости.

Предел выносливости это наибольшее напряжение, которое материал может выдержать без признаков разрушения после заданного числа нагружений знакопеременным изгибом или другим видом деформации при закреплении испытуемого образца одним концом.

Одним из показателей сопротивления усталости является живучесть под которой понимают долговечность детали от момента зарождения первой макроскопической трещины усталости размером 0,5-1,0 мм до окончательного разрушения.

Технологические свойства характеризуются способностью материала приобретать заданную форму под действием различных факторов (температуры, давления и др.), подвергаться механической обработке, соединяться различными методами (сваркой, склеиванием) и т.д. Отсюда следует, что они имеют важное значение при выборе способа изготовления деталей, так как должны обеспечить возможно меньшую трудоемкость конструкций.

К технологическим свойствам материалов относятся литейные свойства (жидкотекучесть, усадка, склонность к ликвации), деформируемость, свариваемость и обрабатываемость режущим инструментом.

Жидкотекучесть способность расплавленного мате- риала заполнять литейную форму.

Усадка – уменьшение линейных размеров (объема) залитого в форму материала в процессе остывания отливки.

Ликвация – сегрегация, неоднородность химического состава сплава, возникающая при его кристаллизации.

Текучесть – способность порошка заполнять пресс- форму.

Спекаемость – прочность сцепления частиц в результате термической обработки прессованных заготовок.

Прессуемость способность порошка уплотняться под действием внешней нагрузки и обеспечивать высокую прочность сцепления частиц после прессования.

Свариваемость – способность материала давать прочное неразъемное соединение при нагреве свариваемых кромок до температуры плавления или белого каления и приложения определенного давления (ударов или сжатия).

Деформируемость (ковкость) – способность материала принимать необходимую форму под действием внешней нагрузки без разрушения и при наименьшем сопротивлении.

Прокаливаемость – способность металла воспринимать закалку на некоторую глубину от поверхности.

Обрабатываемость – способность материала поддаваться обработке резанием. Критериями обрабатываемости являются режимы резания и качество поверхностного слоя.

К эксплуатационным относятся свойства материала, непосредственно влияющие на показатели, характеризующие целевое назначение изделия.

Коррозионная стойкость – сопротивление материала действию агрессивных сред (кислотных, щелочных и т.п.).

Хладостойкость – способность материала сохранять требуемые пластические свойства при низких рабочих температурах.

Жаропрочность – способность материала сохранять требуемые механические свойства при высоких рабочих температурах.

Жаростойкость – способность материала сопротивляться окислению в газовой среде при высоких температурах.

Антифрикционность способность материала прирабатываться по трущимся поверхностям к другому материалу.

Изнашиваемость – свойство материала изменять размеры, форму, разрушать поверхностный слой или изменять состояние его поверхности вследствие остаточной деформации от постоянно действующих нагрузок при трении сопрягаемых поверхностей.

Износоустойчивость – способность материала оказывать сопротивление изнашиванию, оцениваемое величиной обратной скорости изнашивания.

Свойства некоторых чистых металлов и цветных сплавов приведены в табл. 3.5 и 3.6. Свойства некоторых неметаллических материалов приведены в табл. 3.7.

Таблица 3.5

Свойства некоторых чистых металлов

Таблица 3.6

Свойства некоторых цветных сплавов

Таблица 3.7

Свойства некоторых неметаллических материалов

Примечание. х – материал обладает хорошими показателями, вполне удовлетворяющими современное машиностроение; у – материал обладает удовлетворительными показателями; в – материал обладает высокими литейными показателями; н – материал обладает неудовлетворительными показателями, не соответствующими условиям эксплуатации или производства.