Какие свойства относятся к технологическим свойствам материалов

К технологическим свойствам металлов относятся такие свойства, кото-рые требуются при разработке технологических процессов их обработки раз-личными способами и получения из них художественных изделий на практи-ке.

Ковкость — свойство металла изменять свою форму в больших пределах при действии динамических или статических нагрузок. Ковкость металлов требуется собственно при ковке, а также других видах обработки давлением (прокатке, волочении, прессовании, штамповке). Ковкость определяется двумя показателями – пластичностью, то есть способностью металла подвергаться деформации под давлением без разрушения и сопротивлением деформации – то есть уровнем внешних нагрузок, которые надо приложить для осуществле-ния деформации. У ковких металлов (сталь, латунь, дюралюминий и некото-рые другие — медные, алюминиевые, магниевые, никелевые сплавы) относи-тельно высокая пластичность сочетается с низким сопротивлением деформа-ции. Степень ковкости зависит от собственно пластичности металла, степени его нагрева, величины прикладываемого усилия и скорости с которой это уси-лие прилагается, наличия примесей в металле, способствующих его хрупкости и т.д. Некоторые металлы показывают хорошую ковкость и в холодном состо-янии: медь, алюминий, свинец, олово и т.д. Другие (сталь) имеют высокую ко-вкость в горячем состоянии. Последний факт широко используется при изго-товлении художественных кованых изделий из малоуглеродистых марок ста-ли, которые ранее называли ковочным железом.

Свариваемость – способность металлов (и не только!) образовывать сварное соединение, свойства которого близки к свойствам основного/основ-ных металлов (материалов). При изготовлении художественных изделий из металлов иногда требуется сваривать их части, полученные методами обработ-ки давлением. Поэтому требуется, чтобы металлы хорошо сваривались станда-ртными способами (электросварка, пайка и т.д.). Кроме того, в процессе обра-ботки давлением, особенно в нагретом состоянии «свежие» (т.е. еще неокис-ленные на воздухе) поверхности металлов при соприкосновении также облада-ют свойством свариваемости (поверхностные слои атомов активно проникают друг в друга), образуя очень прочное соединение. Чистые металлы сваривают-ся легче, чем сложные сплавы. Отметим, что чем выше содержание углерода в стали, тем хуже ее свариваемость.

Закаливаемость – свойствометаллов значительно повышать свою тве-рдость и износостойкость после нагрева и последующего быстрого охлажде-ния в различных средах. В зависимости от скорости охлаждения, например, у стали можно получать различные структуры (см. далее), а следовательно и свойства. В качестве охлаждающих сред, как правило, используют воду и тра-нсформаторное масло. При температуре воды, равной 18 0С, а исходной темпе-ратуре металла 750 – 850 0С скорость охлаждения может достигать 600 0С/сек. При использовании масла скорость охлаждения существенно ниже – до 150 0С/сек. Естественно и структура и свойства получаются после этих видов зака-лки разными.

Жидкотекучесть – способность металлов и сплавов в расплавленном состоянии заполнять литейную форму, воспроизводя в отливке контуры ее поверхности. При низкой жидкотекучести движение расплава в форме может прекратиться раньше, чем она будет заполнена. Таким образом, жидкотеку-честь сказывается на заполняемости формы расплавом, четкости воспроизве-дения рельефа полости формы.

Густоплавкость – свойство обратное жидкотекучести. Металлы и спла-вы, обладающие густоплавкостью, даже при высоком их нагреве остаются гус-тыми и при заливке форм плохо их заполняют. К густоплавким относятся чис-тое серебро, красная медь, сталь.

Литейная усадка – уменьшение объема при переходе из жидкого состо-яния в твердое. При охлаждении металла отливка сокращается по объему и как бы отходит от стенок формы. Т.е. отливка всегда меньше модели, по кото-рой сделана форма. Величина усадки для разных металлов различна. В табл. 4 приведены литейные усадки некоторых металлов и сплавов. Зная величину усадки можно рассчитать размеры модели с ее учетом, чтобы получить на выходе требуемые размеры изделия – отливки.

Спекаемость. Иногда изделия (и художественные, в частности) изготав-ливаются из металлического порошка. При этом металлы, предварительно из-мельченные в порошок, смешиваются и запрессовываются в специальные фор-

мы и подвергаются воздействию высокой температуры и давления до спека- ния. В конечном итоге из порошка получается твердое и прочное изделие. Ра-

зличные металлические порошки спекаются по разному – одни хуже, а другие лучше. Таким образом, желательно, чтобы порошок металла, в случае необхо-

димости, хорошо «спекался», как правило, при высокой температуре и доста-чном давлении. Такое технологическое свойство называют «спекаемостью».

Табл. 4. Величины усадки (%) для некоторых металлов и сплавов при

различных способах литья.

Обрабатываемость резанием на различных станках (токарном, фрезер-ном и пр.), а также способность шлифоваться и полироваться – свойства, иг-рающие важную роль при изготовлении художественных изделий и особенно в отделке. Хорошо режутся бронзы, латуни, некоторые марки сталей, алюми-ния и даже чугуна. Особенно плохо обрабатываются на станках красная медь и свинец и его сплавы.

Контрольные вопросы для самопроверки.

1. К какому виду искусства относится памятник Петру I в Санкт-Петербур-ге и из каких материалов он изготовлен?

2.Какие материалы используются для изготовления художественных изделий прикладного искусства?

3. Какие этапы в создании и внедрении художественных изделий можно выделить?

4. Классификация металлов для художественных изделий.

5. Классификация художественных изделий.

6. Перечислите физические свойства металлов.

7. Перечислите механические свойства металлов.

8. Какой способ определения твердости наиболее предпочтителен для художественных изделий и почему?

9. Перечислите технологические свойства металлов.

10. В каких случаях нужна хорошая свариваемость металлов?

11. В каких случаях нужна хорошая жидкотекучесть металлов?

12.В каких случаях надо учитывать усадку металла при его затвердевании?

13.Окисление металла – это хорошо или плохо?

14.Что такое спекаемость металлических порошков и для чего она необходима?

15. Приведите пример художественного изделия, для материала которого нужна высокая выносливость.

16. Почему для определения механических свойств материалов применяют стандартные образцы?

Материалы обладают определенным набором свойств. Различают физические, химические, механические, технологические и эксплуатационные свойства материалов, которые предопределяют их применение в той или иной отрасли промышленности.

К основным физическим свойствам относятся плотность, электро- и теплопроводность, намагниченность, температура плавления, температурные коэффициенты линейного и объемного расширения и др.

К механическим свойствам материала относятся прочность, пластичность, твердость, ползучесть, ударная вязкость, усталость, износостойкость.

Прочность – способность твердого тела сопротивляться деформации или разрушению под действием статических или динамических нагрузок.

Твердость – способность материала сопротивляться внедрению в него другого, не получающего остаточной деформации, тела.

Пластичность – способность материала получать остаточное (остающееся после удаления нагрузки) изменение формы и размеров без разрушения. Характеристикой пластичности являются относительное удлинение и сужение испытуемого образца.

Ударная вязкость – это прочность при динамических нагрузках, Дж/м2:

где А – работа, затраченная на разрушение образца; F – площадь образца в месте надреза.

Ползучесть – свойство материала медленно деформироваться под действием постоянно растягивающей нагрузки, которая создает напряжение ниже предела упругости данного материала.

Усталость материала – свойство постепенного накопления повреждений в материале под действием циклических нагрузок, приводящих к образованию трещин и разрушению. Свойство материалов сопротивляться усталости называется выносливость сопротивлением усталости). Сопротивление усталости характеризуется пределом выносливости.

Предел выносливости это наибольшее напряжение, которое материал может выдержать без признаков разрушения после заданного числа нагружений знакопеременным изгибом или другим видом деформации при закреплении испытуемого образца одним концом.

Одним из показателей сопротивления усталости является живучесть под которой понимают долговечность детали от момента зарождения первой макроскопической трещины усталости размером 0,5-1,0 мм до окончательного разрушения.

Технологические свойства характеризуются способностью материала приобретать заданную форму под действием различных факторов (температуры, давления и др.), подвергаться механической обработке, соединяться различными методами (сваркой, склеиванием) и т.д. Отсюда следует, что они имеют важное значение при выборе способа изготовления деталей, так как должны обеспечить возможно меньшую трудоемкость конструкций.

К технологическим свойствам материалов относятся литейные свойства (жидкотекучесть, усадка, склонность к ликвации), деформируемость, свариваемость и обрабатываемость режущим инструментом.

Жидкотекучесть способность расплавленного мате- риала заполнять литейную форму.

Усадка – уменьшение линейных размеров (объема) залитого в форму материала в процессе остывания отливки.

Ликвация – сегрегация, неоднородность химического состава сплава, возникающая при его кристаллизации.

Текучесть – способность порошка заполнять пресс- форму.

Спекаемость – прочность сцепления частиц в результате термической обработки прессованных заготовок.

Прессуемость способность порошка уплотняться под действием внешней нагрузки и обеспечивать высокую прочность сцепления частиц после прессования.

Свариваемость – способность материала давать прочное неразъемное соединение при нагреве свариваемых кромок до температуры плавления или белого каления и приложения определенного давления (ударов или сжатия).

Деформируемость (ковкость) – способность материала принимать необходимую форму под действием внешней нагрузки без разрушения и при наименьшем сопротивлении.

Прокаливаемость – способность металла воспринимать закалку на некоторую глубину от поверхности.

Обрабатываемость – способность материала поддаваться обработке резанием. Критериями обрабатываемости являются режимы резания и качество поверхностного слоя.

К эксплуатационным относятся свойства материала, непосредственно влияющие на показатели, характеризующие целевое назначение изделия.

Коррозионная стойкость – сопротивление материала действию агрессивных сред (кислотных, щелочных и т.п.).

Хладостойкость – способность материала сохранять требуемые пластические свойства при низких рабочих температурах.

Жаропрочность – способность материала сохранять требуемые механические свойства при высоких рабочих температурах.

Жаростойкость – способность материала сопротивляться окислению в газовой среде при высоких температурах.

Антифрикционность способность материала прирабатываться по трущимся поверхностям к другому материалу.

Изнашиваемость – свойство материала изменять размеры, форму, разрушать поверхностный слой или изменять состояние его поверхности вследствие остаточной деформации от постоянно действующих нагрузок при трении сопрягаемых поверхностей.

Износоустойчивость – способность материала оказывать сопротивление изнашиванию, оцениваемое величиной обратной скорости изнашивания.

Свойства некоторых чистых металлов и цветных сплавов приведены в табл. 3.5 и 3.6. Свойства некоторых неметаллических материалов приведены в табл. 3.7.

Таблица 3.5

Свойства некоторых чистых металлов

Таблица 3.6

Свойства некоторых цветных сплавов

Таблица 3.7

Свойства некоторых неметаллических материалов

Примечание. х – материал обладает хорошими показателями, вполне удовлетворяющими современное машиностроение; у – материал обладает удовлетворительными показателями; в – материал обладает высокими литейными показателями; н – материал обладает неудовлетворительными показателями, не соответствующими условиям эксплуатации или производства.