Технологические свойства металлов.

Технологические свойства металлов определяют их способность подвергаться различным видам обработки. Основными технологическими свойствами металлов являются ковкость, свариваемость, жидкотекучесть, прокаливаемость, обработка резанием.

Ковкость — способность металла изменять свою форму в нагретом или холодном состоянии под действием внешних сил.

Свариваемость — способность двух частей металла при нагревании прочно соединяться друг с другом.

Жидкотекучесть — способность расплавленного металла легко растекаться и хорошо заполнять форму.

Прокаливаемость — способность металла закаливаться на ту или иную глубину.

Обрабатываемость резанием — способность металла подвергаться механической обработке режущим инструментом с определенной скоростью и усилием резания.

 

15- С ростом степени холодной пластической деформации усиливаются прочностные свойства металла (увеличиваются пределы прочности и текучести, твердость), а пластические свойства ослабевают (уменьшаются относительное удлинение и сужение, ударная вязкость) (рис. 3.7).

Рис. 3.7. Влияние холодной пластической деформации на механические свойства низкоуглеродистой стали

Холодная пластическая деформация сопровождается искажением кристаллической решетки металла — образованием новых дислокаций, дроблением зерен, их сплющиванием и удлинением в направлении наибольшего течения металла. В результате искажений кристаллической решетки и появления остаточных напряжений изменяются физико-химические свойства металла, например уменьшаются электро- и теплопроводность. В результате холодной деформации в металле возникают также преимущественная ориентировка (текстура) и анизотропия свойств, т. е. их неоднородность в зависимости от направления преимущественного течения металла.

При неполной холодной пластической деформации с нагревом чистого металла до температур (0,25...0,30) T_пл, где T_пл – абсолютная температура плавления, одновременно с процессом упрочнения металла возникает явление, называемое отдыхом или возвратом. Оно обеспечивает частичное снятие остаточных напряжений, небольшое восстановление пластических свойств и повышает сопротивление металла коррозии.

При неполной горячей пластической деформации с нагревом чистого металла до температуры свыше 0,47T_плодновременно с процессом упрочнения протекает процесс рекристаллизации — зарождение и рост новых зерен взамен деформированных. После деформации в микроструктуре металла наблюдаются рекристаллизованные (равноосные) и нерекристаллизованные (вытянутые) зерна металла.

При горячей пластической деформации, совершающейся при температуре, превышающей температуру рекристаллизации, в металле протекают одновременно процессы упрочнения и разупрочнения. Если за время деформации рекристаллизация произойдет полностью, то вызываемого упрочнением изменения свойств металла не произойдет. Скорость процесса разупрочнения, вызванного рекристаллизацией, значительно меньше скорости процесса упрочнения. В результате рекристаллизации металл в процессе горячей обработки несколько разупрочняется и стремится приобрести равноосную неориентированную структуру.

Рис. 3.8. Диаграмма рекристаллизации низкоуглеродистой стали

Величина зерен металла μ зависит в основном от температуры и относительной деформации (рис. 3.8). Относительная деформация, равная обычно 5 — 10%, называется критической, поскольку при ней получается максимальная величина зерна. Обрабатывать металл в интервале критических относительных деформаций не рекомендуется. С возрастанием температуры критическая относительная деформация сдвигается влево. Величина зерна в металле тем меньше, чем больше послекритическая относительная деформация.

Холодной деформации, как правило, подвергают предварительно деформированные заготовки (сортовой прокат, листы и т. д.), а горячей — как деформированные, так и литые, например в виде слитков. При горячей обработке давлением слитков разрушается дендритная структура металла, завариваются дефекты (микропоры и неокисленные газовые пузыри), отдельные кристаллиты и неметаллические включения дробятся и вытягиваются в направлении преимушественного течения металла.

Структура металла с расположенными вдоль его течения вытянутыми, а иногда и разорванными на отдельные цепочки неметаллическими включениями называется волокнистой. При последующей термообработке изменить такую структуру невозможно, а повторная обработка давлением может лишь изменить направление волокон. Следствием такой структуры является анизотропия механических свойств металла вдоль и поперек его волокон. Это учитывают при проектировании, технологической разработке и изготовлении изделий. При обработке резанием нежелательно перерезать волокна, так как это снижает прочность деталей. Из двух коленчатых валов, показанных на рис. 3.9, более прочным будет вал, изготовленный ковкой без перерезания волокон.

Рис. 3.9. Расположение волокон в коленчатом вале, изготовленном резанием (а), ковкой (б)

Зависимость механических свойств металла от укова показана на рис. 3.10. Пластические свойства металла, а также ударная вязкость в продольном направлении возрастают с увеличением укова до 6—10, после чего они остаются приблизительно постоянными. В поперечном направлении эти свойства с увеличением укова уменьшаются, поэтому при необходимости их повысить изменяют направление волокон, например осадкой заготовки.

Рис. 3.10. Зависимость от величины укова относительного удлинения и ударной вязкости продольных и поперечных образцов из поковки, откованнной из стального слитка массой 100 т

 

16- Сталь.

Сплав на основе железа, после литья ковкий при некоторых интервалах температур;

содержит марганец, углерод и часто другие легирующие элементы.

В углеродистых и низколегированных сталях, максимальное содержание углерода до 2,0 %;

в высоколегированной стали приблизительно до 2,5 %.

Делением между низколегированными и высоколегированными сталями обычно считается рубеж с содержанием приблизительно 5 % металлических легирующих элементов.

Содержание марганца — также принципиальный дифференцирующий фактор, причем сталь обычно содержит, по крайней мере, 0,25 % Mn, a технически чистое железо значительно меньше.

Легирующий элемент.

Элемент, добавляемый и остающийся в металле, который изменяет его структуру и химический состав.

Легированные стали.

Содержащие определенное количество легирующих элементов (не только углерод, но и некоторое количество марганца, меди, кремния, серы и фосфора) в пределах необходимых для конструкционных легированных сталей, с целью изменения их механических или физических свойств.