Физико-механические и технологические свойства

 

Металлы сочетают хорошие физико-механические свойства с технологичностью. Металлы обладают высокой прочностью, при­чем прочность на изгиб и растяжение у них того же порядка, что и прочность на сжатие. Плотность стали составляет 7850 кг/м³, что в три раза выше в сравнении с бетоном.

На рис. 7 представлена диаграмма, характеризующая следующие свойства растяжения металла:

- предел упругости при растяжении σ_у, определяемый напряже­нием, при котором остаточная деформация удлинения не превы­шает 0,05 %;

- предел текучести при растяжении σ_т, определяемый напряже­нием, при котором остаточная деформация удлинения не превы­шает 0,2 %;

- предел прочности σ_в, определяе­мый наибольшей нагрузкой, пред­шествующей разрушению.

Рис. 7. Диаграмма растяжения метал­ла для условных (сплошные линии) и истинных (штриховые линии) напряже­ний: I – область упругой деформации; II – область пластической деформации; III – область развития трещин

Для определения качественных характеристик сталей важно знать следующие показатели.

Относительное удлинение δ, определяется отношением абсо­лютного удлинения к первоначальному линейному размеру в процентах.

Относительное сужение ψ, определяется отношением поперечной площади образца в месте разрыва к первоначальному сечению в процентах.

Сопротивление металла ударному изгибу – ударная вязкость ε. Это динамическое испытание образцов проводят на маятниковом копре, и характеризует оно способность к хрупкому разрушению.

Предел выносливости К_эф, определяется циклическим нагружением образцов.

Твердость металлов, определяется на твердомерах Бринелля (НВ) или Роквелла (HRС) по величине отпечатков от вдавлива­емых предметов на поверхности металла.

Наклеп – упрочнение, получаемое металлом в результате пла­стической деформации. Выражается в повышении твердости, пре­дела текучести и предела прочности и сопровождается снижени­ем пластичности и вязкости. Наклеп проявляется при холодной обработке металла давлением (волочение, штамповка, загиб). Наклепаный металл вследствие искажения кристаллической решет­ки испытывает внутренние напряжения.

Из технологических свойств металлов особо выделяется ков­кость – способность прокатываться, сплющиваться, например, из железного бруска можно получить тонкую проволоку или кра­сивую кованую решетку, медь можно вытягивать в проволоку тол­щиной в сотые доли миллиметра. Из толстых кусков металла (бол­ванок) получают балки, рельсы большой протяженности.

Влияние механической обработки на состояние поверхосного слоя. При механической обработке происходит изменение состояния поверхностного слоя металла (его строения и твердости), а также возникновение шероховатости обработанной поверхности.

Возникновение шероховатости при обработке поверхности обусловлено оставлением на ней следа режущей кромки инструмента, а также пластическими деформациями, возникающими в процессе резания металла.

В процессе обработки происходит раздробление кристаллитов металла и упрочнение (наклеп) поверхностного слоя (на глубину от нескольких микрон при тонкой обработке и до 1 мм при грубой механической обработке со снятием больших слоев металла). Следовательно, состояние поверхностного слоя отличается по своим физико-механическим свойствам от свойств металла под этим слоем.

Эксплуатационные свойства деталей (их прочность, износостойкость, сопротивление коррозии) зависят от толщины этого слоя (часто называемого «дефектным слоем»).

У вязких материалов (например, стали) толщина дефектного слоя больше, чем у менее вязких (чугуна), так как в первом случае пластические деформации в поверхностных слоях металла больше, чем во втором, и соответственно возникают большие силы резания и тепловыделение в процессе обработки.Качество поверхности определяется совокупностью характеристик, шероховатости обработки и качества поверхностного слоя.

Шероховатость обработки поверхности (ее степень) определяется высотой микронеровностей и зависит от рода обработки, материала обрабатываемой заготовки детали, геометрической формы и материала режущего инструмента, режима резания, жесткости системы СПИД и др.

От качества поверхности зависят следующие эксплуатационные характеристики деталей: износостойкость, усталостная прочность, стабильность зазоров и натягов между сопрягаемыми деталями, стойкость против коррозии.