Свойства металлов и сплавов

Рис. 2.2. Кривые течения: идеально-пластичного (1) упрочняющегося (2) материалов; материала при высокой скорости (3) и температуре(4) деформирования

К основным свойствам металлов относятся механические, физико-химические и технологические свойства.

; Рис. 2.3. Схема испытания образца на сжатие

Механические свойства: прочность, пластичность, твердость оказывают важнейшее влияние на работу деталей и на технологию их изготовления.

Рис. 2.4. Схема испытания твердости материала

Прочность - это способность твердого тела сопротивляться деформации или разрушению под действием нагрузок.

Пластичность - это способность материала к пластической (необратимой) деформации без разрушения. Пластичность и другие механические свойства материалов характеризуются так называемой кривой течения - диаграммой “напряжение s - деформация e“ (рис. 2.2), получаемой при испытании образцов на сжатие или растяжение (рис. 2.3).

Твердость - это способность материала сопротивляться внедрению в него индентора - тела, имеющего форму шара, конуса или пирамиды.

Твердость оценивают по размеру отпечатка, оставленного на поверхности образца или изделия после испытания - приложения силы Р (рис. 2.4).

К физическим свойствам материалов относятся температура плавления, плотность, коэффициент линейного расширения, электропроводность, теплопроводность, магнитные свойства.

К химическим свойствам относятся химическая активность, антикоррозийные свойства.

Технологические свойства определяют способность материала подвергаться различным методам горячей и холодной обработки: литью, прессованию, ковке, сварке, резанию и т.п.

Свойства черных металлов

Чугуны и стали являются наиболее распространенными конструкционными материалами: в общемировом производстве металлов 90% - это черные металлы.

Чугуны состоят из железа, углерода (свыше 2,14%) и содержат сопутствующие технологическому процессу выплавки примеси. Различают чугун литейный (используемый для получения отливок) и передельный (предназначенный для выплавки стали).

Чугун – самый дешевый металлический материал для деталей машин. Наряду с хорошими литейными свойствами (весь мир не перестает восхищаться художественным Каслинским литьем) он обладает антифрикционными свойствами, износостойкостью, способностью гасить вибрации, а легированный чугун – жаростойкостью и коррозионной стойкостью.

Сталь также состоит из железа (Fe), углерода (С) и неизбежных при производстве материала примесей - серы (S), фосфора (Р), кремния (Si), марганца (Mn) и др. Обычно в стали содержится от 0,05 до 1% углерода; с увеличением содержания углерода возрастает твердость, прочность и уменьшается пластичность стали.

Сера и фосфор считаются вредными примесями - они повышают склонность металла к трещинообразованию; их содержание нормируется и не должно превышать соответственно 0,06% и 0,08%; кремний (0,35...0,4%) повышает предел текучести стали, а марганец (0,05...0,8%) повышает твердость и прочность.

Особые свойства придает сталям легирование (добавление никеля, марганца, хрома, вольфрама и т.п.) и термическая обработка. Так, стойкость против коррозии достигается добавлением в сталь 12,5...13% хрома; хром и никель обеспечивают стойкость стали в агрессивных средах, вольфрам повышает термостойкость, марганец - вязкость стали и т.д.

Стали обыкновенного качества обозначают марками Ст0...Ст6, цифры обозначают содержание углерода в десятых долях процента (т.е. для Ст. 6 до 0,6%).

Качественные стали маркируют следующим образом: содержание углерода указывают в начале марки цифрой, соответствующей его содержанию - в сотых долях процента для сталей, содержащих до 0,7%С, и в десятых - для сталей с С>0,7% (инструментальные стали). Так, сталь, содержащую до 0,1%С, обозначают сталь 10, сталь с 0,45%С – «Сталь 45» и т.п.

Легирующие элементы имеют следующие обозначения: хром (Х), никель (Н), марганец (Г), молибден (М), вольфрам (В), титан (Т), алюминий (Ю) и т.д. Если после буквы нет цифры, то процентное содержание элемента не превышает 1...1,5%, если есть цифра, то она указывает содержание легирующего элемента в процентах. Исключение составляют молибден (М) и ванадий (Ф), содержание которых в сталях обычно 0,2...0,3%.

Например, сталь Х18Н9Т содержит до 0,1% углерода, 18% хрома, 9% никеля и до 1% титана, сталь 30ХНМ - 0,3%С, 1...1,5% хрома, никеля и 0,2...0,3% молибдена.