Какие свойства относятся к технологическим свойствам

Технологические свойства материалов – это качества, влияющие на пригодность металлов для различных технологических операций или процессов. Перечислим технологические свойства материалов.

1. Обрабатываемость

Это  легкость, с которой данный материал может
быть разрезан, что позволяет удалять лишнее при более низких затратах. Хорошая
обрабатываемость связана с:

• Высокой скоростью
  резки.
• Низким
  энергопотреблением.
• Хорошей отделкой
  поверхности.
• Удалением материала
  с умеренной силой.
• Средней степенью
  истирания инструмента (более длительный срок службы инструмента).
• Формированием
  мелких чипсов.

Обрабатываемость
зависит от следующих факторов:

• Химический состав
  материала заготовки.
• Микроструктура.
• Механические
  свойства.
• Физические
  свойства.
• Условия резки.
• Свойства
  хладагента.
• Подача и глубина
  резки.
• Вид и форма
  режущего инструмента.
• Размер и форма
  разреза.
• Коэффициент трения
  между стружкой и материалом инструмента.
• Материал
  инструмента.
• Тип используемой
  машины.
• Тип операции
  обработки.

Для
оценки обрабатываемости основные факторы, которые будут выбраны, зависят от
типа операции и производственных требований.

При
оценке обрабатываемости могут учитываться следующие критерии:

• Соотношение сил
  резки.
• Срок службы
  инструмента между двумя последовательными шлифовальными станками.
• Качество отделки
  поверхности.
• Форма и размер
  чипсов.
• Температура чипсов.
• Скорость удаления
  металла.
• Скорость резки при
  стандартной силе.
• Усилие резки и
  энергопотребление.

Следующие
факторы увеличивают обрабатываемость:

• Маленькие
  неискаженные зерна.
• Однородная
  микроструктура.
• Пластинчатая
  структура в низко- и среднеуглеродистых сталях.
• Меньшая твердость,
  меньшая пластичность и меньшая прочность при разрыве.
• Холодная обработка
  низкоуглеродистой стали.
• Операции отжига,
  нормализации и отпуска.
• Добавление
  небольших количеств серы, свинца, фосфора и марганца.

Обрабатываемость
может быть улучшена путем добавления небольшого процента определенных
элементов, таких как свинец, селен, сера, марганец и т. д.

Индекс
обрабатываемости

Обрабатываемость
различных металлов, подлежащих обработке, можно сравнивать с использованием
индекса обрабатываемости каждого материала, который можно определить следующим
образом:

Стандартная
сталь имеет содержание углерода не более 0,13% и может быть сравнительно легко
обработана; ее индекс обрабатываемости произвольно фиксируется как 100%.

2. Свариваемость

Еще одним видом является свариваемость. Она определяется, как способность металла свариваться в производственных условиях, предъявляемых к конкретной конструкции. Настоящим критерием при определении свариваемости металла является качество сварного шва и легкость, с которой его можно получить.

На
свариваемость металла влияют следующие факторы:

• Состав металла.
• Хрупкость металла.
• Термические
  свойства.
• Сварочная техника.
• Наполнители.
• Прочность металла
  при высокой температуре.
• Стабильность
  микрокомпонентов до температуры сварки.
• Сродство кислорода
  и других газов до и при температуре сварки.
• Экранирующая
  атмосфера.
• Правильная
  термическая обработка до и после осаждения металла.

Легирующие
элементы влияют на свариваемость следующими способами:

• Улучшение
  механических свойств.
• Увеличение или
  уменьшение прокаливаемости в зоне термического влияния.
• Обеспечение
  измельчения зерна.
• Обеспечение
  раскисления расплавленного металла.
• Формируют
  возрастные осадки.
• Контроль
  температуры превращения пластичного материала в хрупкое.

3. Литье

К основным технологическим свойствам материалов относится и литье. Это легкость, с которой металл может быть отлит в форму, известна как литейная способность металла. Он основан на таких факторах, как скорость затвердевания, газовая пористость, сегрегация, усадка и т. д.

Следующие
факторы являются благоприятными для литейности металла:

• Текучесть металла.
• Низкая степень усадки (это уменьшение объема металла, когда он переходит из расплавленного в твердое состояние).
• Очень низкая или незначительная сегрегация.
• Низкая газовая пористость.

4. Формируемость

Формируемость
– способность металлов приобретать различные формы.

Различные
факторы, которые в значительной степени определяют текучесть или пластичность
материала:

• Металлическая
  конструкция.
• Размер зерна.
• Горячая и холодная
  обработка.
• Легирующие
  элементы.
• Смягчающие
  термообработки (отжиг и нормализация).

Небольшой
размер зерна рекомендуется для мелкой вытяжки металлов, тогда как для тяжелой
вытяжки рекомендуется относительно крупное зерно.

Горячая и холодная обработка вызывает искажение зерна. Обычно обработанные холодом кристаллы более искажены, чем обработанные горячим способом. Поэтому обработанные холодом металлы обычно менее пластичны, чем обработанные горячим способом.

Большинство
легирующих элементов в чистом металле снижают его пластичность, например,
пластичность стали уменьшается с увеличением количества углерода в железе.

При
смягчающих термообработках, таких как отжиг и нормализация, пластичность
металла восстанавливается. Деформированный и искаженный кристалл реформируется,
и, следовательно, сила, необходимая для того, чтобы вызвать проскальзывание,
уменьшается.

5. Податливость

Подобная характеристика технологического свойства материала определяется как  легкость, с которой металл претерпевает слишком сильное изменение формы при сжимающем напряжении без разрыва.

Такие
материалы, как мягкая сталь, кованое железо, медь и алюминий, обладают хорошей
пластичностью. Их можно забить или свернуть в нужную форму без разрыва.

Степень податливости измеряется толщиной листа или фольги, которая может быть изготовлена.

Вы можете обсудить технологические свойства материалов на нашем форуме, достаточно нажать на кнопку ниже.

Технологические свойства материалов определяют возможность получения заготовок и деталей выбранными методами и способами при условии обеспечения минимума затрат на конечный продукт — минимальной трудоемкости, материалоемкости, а также обеспечения экологии и эргономики.

В зависимости от способа производства заготовок и деталей определяющими являются следующие свойства.

Литейные свойства — способность жидких материалов заполнять литейные формы и образовывать плотные отливки.

Эти свойства характеризуются жидкотекучестыо материала, его усадкой и ликвацией.

Жидкотекучесть — способность материалов заполнять полости литейной формы и точно воспроизводить очертания этой формы. Жидкотекучесть определяется в соответствии с ГОСТ 16438—70 по спиральной пробе. Материал заливается в форму, имеющую вид спирального прутка, и жидкотекучесть оценивается длиной в сантиметрах части канала, залитого сплавом.

Усадка — свойство материалов уменьшаться в линейных размерах и в объеме при охлаждении от температуры заливки до комнатной. С усадкой связано появление в отливках усадочных раковин, пористости, рыхлости, коробления, трещин. Усадка определяется по ГОСТ 16817-71.

Ликвация — это неоднородность химического состава сплава, возникающая при кристаллизации. Различают зональную, внутрикри- сталлическую (дендритную) ликвацию и ликвацию по плотности. Зональная ликвация в отливках возникает из-за разности температур затвердевания отдельных составляющих и разной плотности этих составляющих сплавов. В чугуне и стали ликвируют сера, фосфор, углерод, располагаясь в верхней и центральной частях отливок. В сплавах, затвердевающих с мелкозернистой структурой, зональная ликвация уменьшается. Внутрикристаллическая ликвация образуется при ускоренном охлаждении отливок, она может быть уменьшена термической обработкой (отжигом) отливки. Ликвация по плотности возникает в сплавах, содержащих тяжелые металлы (например, в свинцовых бронзах); такая ликвация предотвращается перемешиванием сплава перед заливкой и ускоренным охлаждением при кристаллизации.

Деформируемость (ковкость, штампуемость) — способность материалов к значительным пластическим деформациям без разрушения и образования пороков.

Деформируемость проверяется технологическими пробами. Технологические пробы проводятся в соответствии с ГОСТ 8817—82 — на осадку в горячем состоянии; ГОСТ 10702—78 — на осадку в холодном состоянии; ГОСТ 1579—80, 13813—68 — на перегиб; ГОСТ 10447—80 — на навивку проволоки и др.

Свариваемость — способность материалов образовывать сварное соединение, свойства которого близки к свойствам свариваемых материалов. Контроль свариваемости проводят по ГОСТ 23870—79, 3242— 79, 6996-66, 13585-68.

Обрабатываемость резанием — характеризуется качеством обработки (шероховатостью обработанной поверхности и точностью размеров), стойкостью инструмента, сопротивлением резанию, видом стружкообразования. Практически обрабатываемость стали резанием определяют сравнительными испытаниями, путем обтачивания образцов испытуемой стали и стали 45 с определенными прочностными характеристиками (о„ 650 МПа, 170—180 НВ), принимаемой за эталон.

Закаливаемость — способность стали повышать твердость в результате термической обработай (закалки).

Прокаливаемость — способность стали получать при термической обработке (закалке) закаленный слой с определенной структурой на ту или иную глубину. Испытания на прокаливаемость проводят в соответствии с ГОСТ 5657—69.

Пластичность

Одним из основных свойств металлов является их пластичность, т.е способность металла, подвергнутого нагрузке, деформироваться под действием внешних сил без разрушения и давать остаточную (сохраняющуюся после снятия нагрузки) деформацию. Пластичность иногда характеризуют величиной удлинения образца при растяжении.
Отношение приращения длины образца при растяжении к его исходной длине, выражаемое в процентах, называется относительным удлинением и обозначается δ, %. Относительное удлинение определяется после разрыва образца и указывает способность металла удлиняться под действием растягивающих усилий.

Ковкость

Способность металла без разрушения поддаваться обработке давлением (ковке, прокатке, прессовке и т.д.) называется его ковкостью. Ковкость металла зависит от его пластичности. Пластичные металлы обычно обладают и хорошей ковкостью.

Усадка

Усадкой металла называется сокращение объема расплавленного металла при его застывании и охлаждении до комнатной температуры.
Соответствующее изменение линейных размеров, выраженное в процентах, называется линейной усадкой.

Жидкотекучесть

Способность расплавленного металла заполнять форму и давать хорошие отливки, точно воспроизводящие форму, называется жидкотекучестью. Кроме хорошего заполнения формы, лучшая жидкотекучесть способствует получению здоровой плотной отливки благодаря более полному выделению из жидкого металла газов и неметаллических включений. Жидкотекучесть металла определяется его вязкостью в расплавленном состоянии.

Износостойкость

Способность металла сопротивляться истиранию, разрушению поверхности или изменению размеров под действием трения называется износостойкостью.

Коррозионная стойкость

Способность металла сопротивляться химическому или электрохимическому разрушению его во внешней влажной среде под действием химических реактивов и при повышенных температурах называется коррозионной стойкостью.

Обрабатываемость

Способность металла обрабатываться при помощи различных режущих инструментов называется обрабатываемостью.

Углеродистые инструментальные стали

Углеродистые инструментальные стали бывают качественные и высококачественные.

Высококачественные углеродистые инструментальные стали, выплавляемые в электропечах, маркируются таким же образом, но с добавлением в конце буквы А, т. е. У7А, У8А и т. д. Буква А обозначает, что сталь является высококачественной (улучшенной), по составу более чистой, с пониженным содержанием серы (до 0,03%), фосфора (также до 0,03%), остаточных примесей и неметаллических включений. Содержание марганца в этих сталях колеблется в пределах от 0,15 до 0,40%; кремния от 0,15 до 0,35%.

Достоинством инструментальных углеродистых сталей является их хорошая обрабатываемость, невысокая твердость (160-180 НВ). Однако они имеют и крупные недостатки: небольшой интервал закалочных температур, необходимость быстрого охлаждения в воде при закалке, что приводит к короблению, деформации инструментов и даже образованию трещин.

Инструментальная углеродистая сталь применяется для изготовления различных инструментов (режущих, мерительных и др.), которые должны обладать высокой износоустойчивостью и красностойкостью.

Понятие термической обработки металлов

Термической обработкой называется совокупность операций на­грева, выдержки и охлаждения твердых металлических сплавов с целью получения заданных свойств за счет изменения внутрен­него строения и структуры. Термическая обработка используется либо в ка­честве промежуточной операции для улучшения обрабатываемости давлением, резанием, либо как окончательная операция технологического процесса, обеспечивающая заданный уровень свойств детали.

Общая длительность нагрева металла при термической обработке складывается из времени собственно нагрева до заданной температуры и времени выдержки при этой температуре. Время нагрева зависит от типа печи, размеров деталей, их укладки в печи; время выдержки зависит от скорости протекания фазовых превращений.

Нагрев может сопровождаться взаимодействием поверхности металла с газовой фазой и приводить к обезуглероживанию поверхностного слоя и образованию окалины. Обезуглероживание приводит к тому, что поверхность деталей становится менее прочной и теряет твердость.

При нагреве и охлаждении стали происходят фазовые превращения, которые характеризуются температурными критическими точками. Принято обозначать критические точки стали буквой А. Критические точки А1 лежат на линии PSK (727 °С) диаграммы железо-углерод и соответствуют превращению перлита в аустенит. Критические точки А2 находятся на линии МО (768 °С), характеризующей магнитное превращение феррита. A3 соответствует линиям GS и SE, на которых соответственно завершается превращение феррита и цементита в аустенит при нагреве.

Для обозначения критических точек при нагреве и охлаждении вводят дополнительные индексы: букву «с» в случае нагрева и «r» в случае охлаждения, например Ас1, Ac3, Ar1, Ar3.

Среди основных видов термической обработки следует отметить:

Отжиг

Отжиг 1 рода (гомогенизация, рекристаллизация, снятие напряжений). Целью является получение равновесной структуры. Такой отжиг не связан с превращениями в твердом состоянии (если они и происходят, то это — побочное явление).

Отжиг 2 рода связан с превращениями в твердом состоянии. К отжигу 2 рода относятся: полный отжиг, неполный отжиг, нормализация, изотермический отжиг, патентирование, сфероидизирующий отжиг.

Закалку проводят с повышенной скоростью охлаждения с целью получения неравновесных структур. Критическая скорость охлаждения, необходимая для закалки, зависит от химического состава сплава. Закалка может сопровождаться полиморфным превращением, при этом из исходной высокотемпературной фазы образуется новая неравновесная фаза (например, превращение аустенита в мартенсит при закалке стали). Существует также закалка без полиморфного превращения, в процессе которой фиксируется высокотемпературная метастабильная фаза (например, при закалке бериллиевой бронзы происходит фиксация альфа фазы, пересыщенной бериллием).

Отпуск необходим для снятия внутренних напряжений, а также для придания материалу требуемого комплекса механических и эксплуатационных свойств. В большинстве случаев материал становится болеепластичным при некотором уменьшении прочности.

Нормализация. Изделие нагревают до аустенитного состояния (на 30…50 градусов выше АС3) и охлаждают на спокойном воздухе

Дисперсионное твердение (старение). После проведения закалки (без полиморфного превращения) проводится нагрев на более низкую температуру с целью выделения частиц упрочняющей фазы. Иногда проводится ступенчатое старение при нескольких температурах с целью выделения нескольких видов упрочняющих частиц.

Криогенная обработка — это упрочняющая термическая обработка металлопродукции при криогенных, сверхнизких температурах (ниже минус 153°С).

Чугун

Чугу́н — сплав железа с углеродом (и другими элементами). Содержание углерода в чугуне не менее 2,14% (точка предельной растворимости углерода в аустените надиаграмме состояний): меньше — сталь. Углерод придаёт сплавам железа твёрдость, снижая пластичность и вязкость. Углерод в чугуне может содержаться в видецементита и графита. В зависимости от формы графита и количества цементита, выделяют белый, серый, ковкий и высокопрочные чугуны. Чугуны содержат постоянныепримеси (Si, Mn, S, P), а в некоторых случаях также легирующие элементы (Cr, Ni, V, Al и др.). Как правило, чугун хрупок.

Белый чугун

В них весь углерод находится в связанном виде (Fe3C). В зависимости от количества углерода делятся на:

– доэвтектические (2,14-4,3% углерода);

– эвтектические (4,3% углерода);

– заэвтектические (4,3-6,67% углерода).

Цементит в изломе – светлый, поэтому такие чугуны назвали светлыми.

Белые чугуны применяются в основном для изготовления ковких чугунов. Их получают путем отжига.

Серый чугун

Серый чугун – это сплав железа, кремния (от 1,2- 3,5 %) и углерода, содержащий также постоянные примеси Mn, P, S. В структуре таких чугунов большая часть или весь углерод находится в виде графитапластинчатой формы. Излом такого чугуна из-за наличия графита имеет серый цвет.

Ковкий чугун

Ковкий чугун получают длительным отжигом белого чугуна, в результате которого образуется графит хлопьевидной формы. Металлическая основа такого чугуна: феррит и реже перлит. Ковкий чугун получил свое название из-за повышенной пластичности и вязкости (хотя обработке давлением не подвергается). Ковкий чугун обладает повышенной прочностью при растяжении и высоким сопротивлением удару. Из ковкого чугуна изготавливают детали сложной формы: картеры заднего моста автомобилей, тормозные колодки, тройники, угольники и т. д.

Маркируется ковкий чугун двумя буквами и двумя числами, например КЧ 370-12. Буквы КЧ означают ковкий чугун, первое число—предел прочности (в МПа) на разрыв, второе число — относительное удлинение (в процентах), характеризующее пластичность чугуна.

Высокопрочный чугун

Высокопрочный чугун имеет в своей структуре шаровидный графит, который образуется в процессе кристаллизации. Шаровидный графит ослабляет металлическую основу не так сильно, как пластинчатый, и не является концентратором напряжений.

Половинчатый чугун

В половинчатом чугуне часть углерода (более 2,04%) содержится в виде эвтектического цементита — в структуре наряду с эвтектическим или первичным графитом присутствует ледебурит. Структурные составляющие такого чугуна — перлит, ледебурит и пластинчатый графит.