Властивості металів і сплавів

Всі метали і сплави металів мають певні властивості. Властивості металів і сплавів поділяють на чотири групи: фізичні, хімічні, механічні та технологічні.
Фізичні властивості. До фізичних властивостей металів і сплавів відносяться: щільність, температура плавлення, теплопровідність, теплове розширення, питома теплоємність, електропровідність і здатність намагнічуватися.

Густина. Кількість речовини, що міститься в одиниці об’єму, називають щільністю. Щільність металу може змінюватися в залежності від способу його виробництва і характеру обробки.

Температура плавлення. Температуру, при якій метал повністю переходить з твердого стану в рідке, називають температурою плавлення. Кожен метал або сплав має свою температуру плавлення. Знання температури плавлення металів допомагає правильно вести теплові процеси при термічній обробці металів.

Теплопровідність. Здатність тел передавати тепло від більш нагрітих частинок до менш нагрітих називають теплопровідністю. Теплопровідність металу визначається кількістю теплоти, яке проходить по металевому стрижні перетином в 1см2, довжиною 1см протягом 1 сек. при різниці температур в 1 ° С.

Теплове розширення. Нагрівання металу до певної температури викликає його розширення.

Величину подовження металу при нагріванні легко визначити, якщо відомий коефіцієнт лінійного розширення металу α. Коефіцієнт об’ємного розширення металу ß дорівнює Зα.

Питома теплоємність. Кількість тепла, яке необхідно для підвищення температури 1 г речовини на 1 ° С, називають питомою теплоємністю. Метали в порівнянні з іншими речовинами мають меншу теплоємність, тому їх нагрівають без великих витрат тепла.

Електропровідність. Здатність металів проводити електричний струм називають електропровідністю. Основною величиною, що характеризує електричні властивості металу, є питомий електроопір ρ, т. Е. Опір, який чинить току дріт з даного металу довжиною 1м і перерізом 1мм2. Воно визначається в Омасі. Величину, зворотну питомій електроопору, називають електропровідністю.

Більшість металів має високу електропровідність, наприклад срібло, мідь і алюміній. З підвищенням температури електропровідність зменшується, а зі зниженням збільшується.

Магнітні властивості. Магнітні властивості металів характеризуються такими величинами: залишкової індукцією, коерцетівную силою і магнітною проникністю.

Залишкової індукцією (Вr) називають магнітну індукцію, що зберігається в зразку після його намагнічування і зняття магнітного поля. Залишкову індукцію вимірюють в гаусах.

Коерцетівную силою (Нс) називають напруженість магнітного поля, яка має бути додана до зразком, щоб звести до нуля залишкову індукцію, т. Е. Розмагнітити зразок. Коерцетівную силу вимірюють в ерстедах.

Магнітна проникність μ характеризує здатність металу намагнічуватися під визначається за формулою

μ = Вr / Hc.

Залізо, нікель, кобальт і гадоліній притягуються до зовнішнього магнітного поля значно сильніше, ніж інші метали, і постійно зберігають здатність намагнічуватися. Ці метали називаються феромагнітними (від латинського слова феррум – залізо), а їх магнітні властивості – феромагнетизмом. При нагріванні до температури 768 ° С (температура Кюрі) ферромагнетизм зникає, і метал стає немагнітним.

Хімічні властивості. Хімічними властивостями металів і сплавів металів називають властивості, що визначають їхнє ставлення до хімічних впливів різних активних середовищ. Кожен метал або сплав металу володіє певною здатністю чинити опір дії цих середовищ.

Хімічні впливу середовища проявляються в різних формах: залізо іржавіє, бронза покривається зеленим шаром окису, сталь при нагріванні в гартівних печах без захисної атмосфери окислюється, перетворюючись в окалину, а в сірчаної кислоті розчиняється і т. Д. Тому для практичного використання металів і сплавів необхідно знати їх хімічні властивості. Ці властивості визначають по зміні ваги досліджуваних зразків за одиницю часу на одиницю поверхні. Наприклад, опір стали окалинообразования (жаростійкість) встановлюють по збільшенню ваги зразків за 1 годину на 1 дм поверхні в грамах (приріст виходить за рахунок утворення окислів).

Механічні властивості. Механічні властивості визначають працездатність сплавів металів при впливі на них зовнішніх сил. До них відносяться міцність, твердість, пружність, пластичність, ударна в’язкість і ін.

Для визначення механічних властивостей сплавів металів їх піддають різним випробуванням.

Випробування на розтяг (розрив). Це основний спосіб випробування, що застосовується для визначення межі пропорційності σпц, межі текучості σs, межі міцності σb відносного подовження σ і відносного звуження ψ.

Для випробування на розтягнення виготовляють спеціальні образци- циліндричні і плоскі. Вони можуть бути різних розмірів, в залежності від типу розривної машини, на якій відчувають метал на розтягнення.

Розривна машина працює наступним чином: випробуваний зразок закріплюють в затискачах головок і поступово розтягують зі зростаючою силою Р до розриву.

На початку випробування при невеликих навантаженнях зразок деформується пружно, подовження його пропорційно зростанню навантаження. Залежність подовження зразка від прикладеного навантаження називають законом пропорційності.

Найбільше навантаження, яке може витримати зразок без відхилення від закону пропорційності, називають межею пропорційності:

σпц = Рр / Fo,

де Рр-навантаження в точці Рр, кгс;

Fо – початкова площа поперечного перерізу зразка, мм2.

При збільшенні навантаження крива відхиляється в сторону, т. Е. Закон пропорційності порушується. До точки Рр деформація зразка була пружною. Деформація називається пружною, якщо вона повністю зникає після розвантаження зразка. Практично межа пружності для сталі приймають рівним межі пропорційності.

З подальшим збільшенням навантаження (вище точки Ре) крива починає значно відхилятися. Найменше навантаження, при якій зразок деформується без помітного збільшення навантаження, називають межею плинності:

σs = Ps / Fo

де Р s – навантаження в точці Ps, кгс;

Fo – початкова площа поперечного перерізу зразка, мм2. Після межі текучості навантаження збільшується до точки Ре, де вона досягає свого максимуму. Розподілом максимального навантаження на площу поперечного перерізу зразка визначають межу міцності:

σb = Pb / Fo,

де Рв- навантаження в точці Рь, кгс;

Fo – початкова площа поперечного перерізу зразка, мм2. У точці Рк зразок розривається. За зміною, зразка після розриву судять про пластичності металу, яка характеризується відносним подовженням δ і звуженням ψ.

Під відносним подовженням розуміють відношення приросту довжини зразка після розриву до його початкової довжині, виражене у відсотках:

δ = l1-l0 / l0 · 100%

де l1 – довжина зразка після розриву, мм;

l0- початкова довжина зразка, мм.

Відносним звуженням називається відношення зменшення площі поперечного перерізу зразка після розриву до його початкової площі поперечного перерізу

φ = Fo-F1 / F0 · 100%,

де Fo – початкова площа перерізу зразка, мм2;

F1 – площа поперечного перерізу зразка в місці розриву (шийка), мм2.

Випробування на повзучість. Повзучість – це властивість сплавів металів повільно і безперервно пластично деформуватися при постійному навантаженні і високих температурах. Основною метою випробування на повзучість є визначення межі повзучості – величини напруги, що діє тривалий час при певній температурі.

Для деталей, що працюють тривалий час при підвищених температурах, враховують тільки швидкість повзучості при сталому процесі і задають граничні умови, напрімер1 ° / о за 1000 год. або 1 ° / о за 10 000 годину.

Випробування на ударну в’язкість. Здатність металів, чинити опір дії ударних навантажень називають ударною в’язкістю. Випробуванню на ударну в’язкість в основному піддають конструкційні стали, так як вони повинні мати не тільки високі показники статичної міцності, але і високу ударну в’язкість.

Для випробування беруть зразок стандартної форми і розмірів. Зразок надрізають посередині, щоб він в процесі випробування переламався в цьому місці.

Зразок випробовують так. На опори маятникового копра кладуть випробуваний зразок надрізом до станин. Маятник вагою G піднімають на висоту h1. При падінні з цієї висоти маятник вістрям ножа руйнує зразок, після чого піднімається на висоту h2.

За вагою маятника і висоті його підйому до і після руйнування зразка визначають витрачену роботу А.

Знаючи роботу руйнування зразка, обчислюємо ударну в’язкість:

αк = А / F

де А – робота, витрачена на руйнування зразка, кгсм;

F – площа поперечного перерізу зразка в місці надрізу, см2.

Спосіб Бринелля. Суть цього способу полягає в тому, що, використовуючи механічний прес, в випробуваний метал під певним навантаженням вдавлюють сталевий загартований кульку і по діаметру отриманого відбитка визначають твердість.

Спосіб Роквелла. Для визначення твердості за способом Роквелла застосовують алмазний конус з кутом при вершині 120 °, або сталева кулька діаметром 1,58мм. При цьому способі вимірюють діаметр відбитка, а глибину вдавлення алмазної конуса або сталевої кульки. Твердість вказується стрілкою індикатора відразу після закінчення випробування. При випробуванні загартованих деталей з високою твердістю застосовують алмазний конус і вантаж в 150 кгс. Твердість у цьому випадку відраховують за шкалою С і позначають HRC. Якщо при випробуванні береться сталева кулька і вантаж в 100 кгс, то твердість відраховують за шкалою В і позначають HRB. При випробуванні дуже твердих матеріалів або тонких виробів використовують алмазний конус і вантаж в 60 кгс. Твердість при цьому відраховують за шкалою А і позначають HRA.

Деталі для визначення твердості на приладі Роквелла повинні бути добре зачищені і не мати глибоких рисок. Спосіб Роквелла дозволяє точно і швидко проводити випробування металів.

Спосіб Вікерса. При визначенні твердості за способом Вікерса як наконечника, вдавлюють в матеріал, застосовують чотиригранну алмазну піраміду з кутом междугранямі 136 °. Отриманий відбиток вимірюють за допомогою мікроскопа, наявного в приладі. Потім по таблиці знаходять число твердості HV. При вимірюванні твердості застосовують одну з наступних навантажень: 5, 10, 20, 30, 50, 100 кгс. Невеликі навантаження дозволяють визначати твердість тонких виробів і поверхневих шарів азотіруемих і ціаніруемих деталей. Прилад Вікерса зазвичай використовують в лабораторіях.

Спосіб визначення мікротвердості. Цим способом вимірюють твердість дуже тонких поверхневих шарів і деяких структурних складових сплавів металів.

Мікротвердість визначають по приладу ПМТ-3, який складається з механізму для вдавлення алмазної піраміди під навантаженням 0,005-0,5 кгс і металографічного мікроскопа. В результаті випробування визначають довжину діагоналі отриманого відбитка, після чого по таблиці знаходять значення твердості. Як зразки для визначення мікротвердості застосовують мікрошліфів з полірованою поверхнею.

Спосіб пружною віддачі. Для визначення твердості способом пружною віддачі застосовують прилад Шора, який працює в такий спосіб. На добре спустошену поверхню випробуваної деталі з висоти Н падає бойок, забезпечений алмазним наконечником. Вдарившись об поверхню деталі, бойок піднімається на висоту h. По висоті відскоку бойка відраховують числа твердості. Чим твердіше випробовуваний метал, тим більше висота відскоку бойка, і навпаки. Прилад Шора використовують в основному для перевірки твердості великих колінчастих валів, головок шатуна, циліндрів та інших великих деталей, твердість яких важко вимірювати на інших приладах. Прилад Шора дозволяє перевіряти шліфовані деталі без порушення якості поверхні, однак результати’часто перевірки не завжди точні.

Спосіб дряпання. Цей спосіб, відміну від описаних, характеризується тим, що при випробуванні відбувається не тільки пружна і пластична деформація випробуваного матеріалу, але і його руйнування.

В даний час для перевірки твердості і якості термічної обробки сталевих заготовок і готових деталей без руйнування застосовують прилад – індуктивний дефектоскоп ДІ-4. Цей прилад працює на вихрових токах, порушуваних змінним електромагнітним полем, яке створюється датчиками в контрольованих деталях і ідеалі.

...
ПОДІЛИТИСЯ:

Дивіться також:
Реостати