Технологические свойства конструкционных материалов

Виды конструкционных материалов и их физико-химические свойства

— стали;

— чугуны;

— цветные металлы и сплавы;

— неметаллические материалы.

Стали. Сталь представляет собой сплав железа с углеродом, содер­жание которого не превышает 1—2%. Кроме того, в состав стали входят примеси кремния, марганца, а также серы и фосфора. В стали растворяясь в феррите, фосфор сильно искажает и уплотняет его кристаллическую решетку. При этом увеличиваются пределы прочности и текучести сплава, но уменьшаются его пластичность и вязкость. Фосфор значительно повышает порог хладноломкости стали и увеличивает склонность сплава к ликвации.

Чугуны. Серые чугуны представляют собой сплав железа, углерода и других металлургических добавок: кремния, марганца, фосфора и серы. Содержание углерода в чугунах колеблется от 2,8 до 3,7%, большая его часть находится в свободном состоянии (графит) и только около 0,8-М),9% находится в связанном состоянии в виде цемен­тита (карбида железа — РеС). Свободный углерод выделяется в чугуне в виде пластинок, чешуек или зерен. Чугун относится к материалам, обладающим плохой технологической свариваемостью, в отличие от стали. Основные трудности при сварке обусловлены высокой склонностью его к отбеливанию, т.е. появлению участков с выделениями цементита, а также образованию трещин в шве и околошовной зоне. Чугун имеет низкую по сравнению со сталью температуру плавления (1200-1250^оС) и быстро переходит из жидкого состояния в твёрдое. Это вызывает образование пор в шве, поскольку интенсивное выделение газов из сварочной ванны продолжается и на стадии кристаллизации.

Цветные металлы и их сплавы. Цветные металлы и их сплавы при­меняют для изготовления машин и аппаратов, работающих со средами средней и повышенной агрессивности и при низких температурах. В химической промышленности в качестве конструкционных мате­риалов используются алюминий, медь, никель, свинец, титан, тантал и их сплавы.

Неметаллические конструкционные материалы. Применение в хими­ческом машиностроении неметаллических конструкционных матери­алов позволяет экономить дорогостоящие и дефицитные металлы (фторопласт, углеграфитовые материалы, стекло и эмали, керамика, фарфор, винипласт, полиэтилен и т.д.).

Механические свойства конструкционных материалов.

Твердость – сопротивление материала проникновению в него другого более твердого тела.

Прочность – сопротивление материала разрушению при воздействии внешних напряжений.

Упругость – способность материала восстанавливать свои размеры и форму при снятии внешних напряжений. Не всегда упругость считают отдельной самостоятельной характеристикой материала. Часто упругость считают элементом прочностной характеристики материала.

Пластичность – способность материала приобретать остаточную (пластическую) деформацию при нагружении, менять размер и форму, не разрушаясь.

Вязкость – это сопротивление материала динамическому, ударному воздействию нагрузки. Динамические испытания на ударный изгиб позволяют выявить склонность стали к хрупкому разрушению.

Выносливость или сопротивление усталости – это способность металла сопротивляться процессу постепенного возникновения и развития трещин под влиянием многократных повторных силовых воздействий, величина которых намного меньше предельной прочностной нагрузки, за счет чего при таком разрушении не возникает видимой пластической деформации.

Технологические свойства конструкционных материалов

Характеризуют способность материалов свариваться, обрабатываться резанием и давлением и т. д. В целом, от технологических свойств зависят затраты труда, машинного времени и инструмента на то, чтобы получить единицу продукции. Показателями технологических свойств являются: свариваемость, штампуемость, допустимые скорость и глубина резания (обрабатываемость резанием), литейные характеристики сплавов (жидкотекучесть, величина линейной и объемной усадки, трещиностойкость) и др.