Основные сведения о сплавах металлов (основы общей технологии металлов)
Описание технологических процессов литья
Литье в одноразовые формы
Литье в полупостоянные формы
Литье в металлические формы
Полунепрерывное литье
Специальное литье
Литье неметаллических материалов
Дефекты отливок
Термообработка металлов и сплавав
Правила безопасности в литейном производстве
Общие правила безопасности для металлургических предприятий
Современные технологии металлургии
Организация производства в промышленности.
Представление об устройствах и принципах действия автоматических систем.
Общие сведения из технической механики
Чтение чертежей
Общие сведения из электротехники
Фото галерея литейщика
Общие правила устройства электроустановок
Канализация электроэнергии
Безопасность несущих конструкций
Электробезопасность производства
Трубопроводы
ПОТ при эксплуатации электроустановок
Межотраслевые правила по охране труда в литейном производстве
Правила по охране труда при выполнении кузнечно-прессовых работ
Правила по охране труда при холодной обработке металлов
Карта сайта
Популярная металлургия
 
 

 

Свойства металлов и сплавов (общие)

Все металлы и сплавы металлов обладают определенными свойствами. Свойства металлов и сплавов разделяют на четыре группы: физические, химические, механические и технологические.

Физические свойства. К физическим свойствам металлов и сплавов относятся: плотность, температура плавления, теплопроводность, тепловое расширение, удельная теплоемкость, электропроводность и способность намагничиваться. Физические свойства некоторых металлов приведены в таблице:

Физические свойства металлов

Название

металла

Удельный

вес, г 1см3

Температура плавления, °С

Коэффициент линейного расширения, α 10-6

Удельная теплоемкость С, кал/г-град

Теплопроводность λ,

Кал/см сек-град

Удельное электросопротивление при 20°,Ом мм/м

Алюминий

2,7

660

23,9

0,21

0,48

0,029

Ванадий

6,0

1720

12,3

0,11

-

-

Вольфрам

19,3

3377

45,0

0,34

0,38

0,053

Железо

7,86

1539

11,9

0,11

0,14

0,10

Кобальт

8,9

1480

12,7

0,10

0,16

0,097

Магний

1,74

651

26,0

0,25

0,37

0,044

Марганец

7,2

1260

23,0

0,12

 

0,05

Медь

8,92

1083

26,7

0,09

0,92

0,044

Молибден

10,2

2622

5,2

0,065

0,35

0,054

Никель

8,9

1455

13,7

0,11

0,14

0,070

Олово

7,31

232

22,4

0,055

0,16

0,113

Свинец

11,3

327

29,3

0,031

0,084

0,208

Титан

4,5

1660

7,14

0,11

 

0,048

Хром

7,1

1800

8,4

0,111

 

0,131

Цинк

7,14

420

32,6

0,91

0,27

0,061

Плотность. Количество вещества, содержащееся в единице объема, называют плотностью. Плотность металла может изменяться в зависимости от способа его производства и характера обработки.

Температура плавления. Температуру, при которой металл полностью переходит из твердого состояния в жидкое, называют температурой плавления. Каждый металл или сплав имеет свою температуру плавления. Знание температуры плавления металлов помогает правильно вести тепловые процессы при термической обработке металлов.

Теплопроводность. Способность тел передавать тепло от более нагретых частиц к менее нагретым называют теплопроводностью. Теплопроводность металла определяется количеством теплоты, которое проходит по металлическому стержню сечением в 1см2, длиной 1см в течение 1сек. при разности температур в 1°С.

Тепловое расширение. Нагревание металла до определенной температуры вызывает его расширение.

Величину удлинения металла при нагревании легко определить, если известен коэффициент линейного расширения металла α. Коэффициент объемного расширения металла ß равен Зα.

Удельная теплоемкость. Количество тепла, которое необходимо для повышения температуры 1г вещества на 1°С, называют удельной теплоемкостью. Металлы по сравнению с другими веществами обладают меньшей теплоемкостью, поэтому их нагревают без больших затрат тепла.

Электропроводность. Способность металлов проводить электрический ток называют электропроводностью. Основной величиной, характеризующей электрические свойства металла, является удельное электросопротивление ρ, т. е. сопротивление, которое оказывает току проволока из данного металла длиной 1м и сечением 1мм2. Оно определяется в омах. Величину, обратную удельному электросопротивлению, называют электропроводностью.

Большинство металлов обладает высокой электропроводностью, например серебро, медь и алюминий. С повышением температуры электропроводность уменьшается, а с понижением увеличивается.

Магнитные свойства. Магнитные свойства металлов характеризуются следующими величинами: остаточной индукцией, коэрцетивной силой и магнитной проницаемостью.

Остаточной индукцией r) называют магнитную индукцию, сохраняющуюся в образце после его намагничивания и снятия магнитного поля. Остаточную индукцию измеряют в гауссах.

Коэрцетивной силой (Нс) называют напряженность магнитного поля, которая должна быть приложена к образцу, чтобы свести к нулю остаточную индукцию, т. е. размагнитить образец. Коэрцетивную силу измеряют в эрстедах.

Магнитная проницаемость μ характеризует способность металла намагничиваться под определяется по формуле

μ=Вr/Hc.

Железо, никель, кобальт и гадолиний притягиваются к внешнему магнитному полю значительно сильнее, чем остальные металлы, и постоянно сохраняют способность намагничиваться. Эти металлы называются ферромагнитными (от латинского слова феррум - железо), а их магнитные свойства - ферромагнетизмом. При нагреве до температуры 768°С (температура Кюри) ферромагнетизм исчезает, и металл становится немагнитным.

Химические свойства. Химическими свойствами металлов и сплавов металлов называют свойства, определяющие их отношение к химическим воздействиям различных активных сред. Каждый металл или сплав металла обладает определенной способностью сопротивляться воздействию этих сред.

Химические воздействия среды проявляются в различных формах: железо ржавеет, бронза покрывается зеленым слоем окиси, сталь при нагреве в закалочных печах без защитной атмосферы окисляется, превращаясь в окалину, а в серной кислоте растворяется и т. д. Поэтому для практического использования металлов и сплавов необходимо знать их химические свойства. Эти свойства определяют по изменению веса испытуемых образцов за единицу времени на единицу поверхности. Например, сопротивление стали окалинообразованию (жаростойкость) устанавливают по увеличению веса образцов за 1 час на 1 дм поверхности в граммах (привес получается за счет образования окислов).

Механические свойства. Механические свойства определяют работоспособность сплавов металлов при воздействии на них внешних сил. К ним относятся прочность, твердость, упругость, пластичность, ударная вязкость и др.

Для определения механических свойств сплавов металлов их подвергают различным испытаниям.

Испытание на растяжение (разрыв). Это основной способ испытания, применяемый для определения предела пропорциональности σпц, предела текучести σs, предела прочности σb относительного удлинения σ и относительного сужения ψ.

Для испытания на растяжение изготовляют специальные образцы- цилиндрические и плоские. Они могут быть различных размеров, в зависимости от типа разрывной машины, на которой испытывают металл на растяжение.

Разрывная машина работает следующим образом: испытуемый образец закрепляют в зажимах головок и постепенно растягивают с возрастающей силой Р до разрыва.

В начале испытания при небольших нагрузках образец деформируется упруго, удлинение его пропорционально возрастанию нагрузки. Зависимость удлинения образца от приложенной нагрузки называют законом пропорциональности.

Наибольшую нагрузку, которую может выдержать образец без отклонения от закона пропорциональности, называют пределом пропорциональности:

σпц=Рр/Fo,

где Рр -нагрузка в точке Рр, кгс;

Fо - начальная площадь поперечного сечения образца, мм2.

При увеличении нагрузки кривая отклоняется в сторону, т. е. закон пропорциональности нарушается. До точки Рр деформация образца была упругой. Деформация называется упругой, если она полностью исчезает после разгрузки образца. Практически предел упругости для стали принимают равным пределу пропорциональности.

С дальнейшим увеличением нагрузки (выше точки Ре) кривая начинает значительно отклоняться. Наименьшую нагрузку, при которой образец деформируется без заметного увеличения нагрузки, называют пределом текучести:

σs=Ps/Fo

где Р s - нагрузка в точке Ps, кгс;

Fo - начальная площадь поперечного сечения образца, мм2. После предела текучести нагрузка увеличивается до точки Ре, где она достигает своего максимума. Делением максимальной нагрузки на площадь поперечного сечения образца определяют предел прочности:

σb=Pb/Fo,

где Рв- нагрузка в точке Рь, кгс;

Fo - начальная площадь поперечного сечения образца, мм2. В точке Рк образец разрывается. По изменению, образца после разрыва судят о пластичности металла, которая характеризуется относительным удлинением δ и сужением ψ.

Под относительным удлинением понимают отношение приращения длины образца после разрыва к его начальной длине, выраженное в процентах:

δ=l1-l0/l0·100%

где l1 - длина образца после разрыва, мм;

l0- начальная длина образца, мм.

Относительным сужением называется отношение уменьшения площади поперечного сечения образца после разрыва к его начальной площади поперечного сечения

φ=Fo-F1/F0·100%,

где Fo - начальная площадь сечения образца, мм2;

F1 - площадь поперечного сечения образца в месте разрыва (шейка), мм2.

Испытание на ползучесть. Ползучесть - это свойство сплавов металлов медленно и непрерывно пластически деформироваться при постоянной нагрузке и высоких температурах. Основной целью испытания на ползучесть является определение предела ползучести - величины напряжения, действующего продолжительное время при определенной температуре.

Для деталей, работающих длительное время при повышенных температурах, учитывают только скорость ползучести при установившемся процессе и задают граничные условия, например1°/о за 1000 час. или 1°/о за 10 000 час.

Испытание на ударную вязкость. Способность металлов, оказывать сопротивление действию ударных нагрузок называют ударной вязкостью. Испытанию на ударную вязкость в основном подвергают конструкционные стали, так как они должны иметь не только высокие показатели статической прочности, но и высокую ударную вязкость.

Для испытания берут образец стандартной формы и размеров. Образец надрезают посередине, чтобы он в процессе испытания переломился в этом месте.

Образец испытывают следующим образом. На опоры маятникового копра кладут испытуемый образец надрезом к станин. Маятник  весом G поднимают на высоту h1. При падении с этой высоты маятник острием ножа разрушает образец, после чего поднимается на высоту h2.

По весу маятника и высоте его подъема до и после разрушения образца определяют затраченную работу А.

Зная работу разрушения образца, вычисляем ударную вязкость:

αк=А/F

где А - работа, затраченная на разрушение образца, кгсм;

 F - площадь поперечного сечения образца в месте надреза,см2.

Способ Бринелля. Сущность этого способа заключается в том, что, используя механический пресс, в испытуемый металл под определенной нагрузкой вдавливают стальной закаленный шарик и по диаметру полученного отпечатка определяют твердост.

 Способ Роквелла. Для определения твердости по способу Роквелла применяют алмазный конус с углом при вершине 120°, или стальной шарик диаметром 1,58мм. При этом способе измеряют не диаметр отпечатка, а глубину вдавливания алмазного конуса или стального шарика. Твердость указывается стрелкой индикатора сразу после окончания испытания. При испытании закаленных деталей с высокой твердостью применяют алмазный конус и груз в 150 кгс. Твердость в этом случае отсчитывают по шкале С и обозначают HRC. Если при испытании берется стальной шарик и груз в 100 кгс, то твердость отсчитывают по шкале В и обозначают HRB. При испытании очень твердых материалов или тонких изделий используют алмазный конус и груз в 60 кгс. Твердость при этом отсчитывают по шкале А и обозначают HRA.

Детали для определения твердости на приборе Роквелла должны быть хорошо зачищенными и не иметь глубоких рисок. Способ Роквелла позволяет точно и быстро производить испытание металлов.

Способ Викерса. При определении твердости по способу Викерса в качестве наконечника, вдавливаемого в материал, применяют четырехгранную алмазную пирамиду с углом междугранями 136°. Полученный отпечаток измеряют при помощи микроскопа, имеющегося в приборе. Затем по таблице находят число твердости HV. При измерении твердости применяют одну из следующих нагрузок: 5, 10, 20, 30, 50, 100 кгс. Небольшие нагрузки позволяют определять твердость тонких изделий и поверхностных слоев азотируемых и цианируемых деталей. Прибор Викерса обычно используют в лабораториях.

Способ определения микротвердости. Этим способом измеряют твердость очень тонких поверхностных слоев и некоторых структурных составляющих сплавов металлов.

Микротвердость определяют по прибору ПМТ-3, который состоит из механизма для вдавливания алмазной пирамиды под нагрузкой 0,005-0,5 кгс и металлографического микроскопа. В результате испытания определяют длину диагонали полученного отпечатка, после чего по таблице находят значение твердости. В качестве образцов для определения микротвердости применяют микрошлифы с полированной поверхностью.

Способ упругой отдачи. Для определения твердости способом упругой отдачи применяют прибор Шора, работающий следующим образом. На хорошо зачищенную поверхность испытуемой детали с высоты Н падает боек, снабженный алмазным наконечником. Ударившись о поверхность детали, боек поднимается на высоту h. По высоте отскакивания бойка отсчитывают числа твердости. Чем тверже испытуемый металл, тем больше высота отскакивания бойка, и наоборот. Прибор Шора используют в основном для проверки твердости больших коленчатых валов, головок шатуна, цилиндров и других крупных деталей, твердость которых трудно измерять на других приборах. Прибор Шора позволяет проверять шлифованные детали без нарушения качества поверхности, однако получаемые результаты проверки не всегда точны.

Переводная таблица твердости

Диаметр отпечатка (м

м) по Бринеллю, диаметр шарика 10 мм, нагрузка 3000 кгс

Число твердости по

Бринеллю НВ

Роквеллу шкалы

Викерсу HV

Шору HSh

HRC

HRB

HRA

2,20

780

72

-

84

1224

106

2,25

745

70

-

83

1116

102

2,30

712

68

-

82

1022

98

2,35

682

66

-

81

941

94

2,40

653

64

-

80

868

91

2.45

2,45

627

62

-

79

804

87

2,50

601

60

-

78

746

84

2,55

578

58

.-

78

694

81

2,60

555

56

-

77

650

78

2,65

534

54

-

76

606

76

2,70

514

52

-

75

587

73

2,75

495

50.

-

74

551

71

2,80

477

49

 

74

534

68

2,85

461

48

-

73

502

66.

2,90

444

46

-

73

474

64

2,95

429

45

-

72

460

62

3,00

415

43

-

72

435

61

3,05

401

42

-

71

423

59'

3,10

388

41

_______

71

401

57

3,15

375

40

 

70

390

56

3,20

363

39

 

70

380

54

3,25

352

38

 

69

361

53

3,30

341

36

 

68

344

51

3,35

331.

35

 

67

334

50

3,40

321

33

 

67

320

49

3,45

311

32

 

66

311

47

3,50

302

31

 

66

303

46

3,55

293

30

 

65

292

45

3,60

285

29

 

65

285

44

3,65

277

28

 

64

278

43

3,70

269

27

 

64

270

42

3,75

262

26

 

63

261

41

3,80

255

25

.

63

255

40

3,85

248

24

 

62

249

39

3.90

241

23

102

62

240

38

3,95

235

21

101

61

235'

37

4,00

229 "

20

100

61

228

36.

4,05

223

19

99

60

222

35

4,10

217

17

98

60

217

34

4,15

212

15

97

59

213

34

4,20

207

14

95

59

208

33

4,25

201

13

94

58

201

32

4,30

197

12

93

58

197

31

4,35

192

11

92

57

192

30

4,40

187

9

91

57

186

30

4,45

   

6

183

 

 

4,50

179

7

90

56

178

29

4,55

174

6

89

55

174

28

4,60

170

4

88

55

171

28

4,65

167

3

87

54

166

27

4,70

163

2

86

53

150

26

4,75

159

1

85

53

159

26

4,80

156

0

84

52

155

26

4,85

152

 

83

 

152

25

4,90

149

 

82

 

149

24

4.95

146

 

81

 

148

24

5,00

143

 

80

 

143

24

Способ царапания. Этот способ, отличие от описанных, характеризуется тем, что при испытании происходит не только упругая и пластическая деформация испытуемого материала, но и его разрушение.

В настоящее время для проверки твердости и качества термической обработки стальных заготовок и готовых деталей без разрушения применяют прибор - индуктивный дефектоскоп ДИ-4. Этот прибор работает на вихревых токах, возбуждаемых переменным электромагнитным полем, которое создается датчиками в контролируемых деталях и эталоне. 

 
 
 
 

 
   
 
 
Реклама