Как влияет структура металла на механические свойства


Влияние структуры на механические свойства


Влияние структуры на механические свойства

Категория:

Производство точных отливок



Влияние структуры на механические свойства

У сталей, обработанных давлением, например прокаткой, первичная структура разрушается. При этом нарушается первоначальное расположение включений на границах первичных зерен, а у сталей с высоким содержанием карбидов разрушается и сетка карбидов. Отливки, как правило, не деформируют, и поэтому на границах первичных зерен металла остаются включения. Стальные отливки, полученные из перегретого металла, имеют грубое первичное зерно, окруженное сеткой феррита. Сетка феррита, так же как и сетка карбидов, ухудшает механические свойства стали. Остальные характеристики структурных составляющих у литой и деформируемых сталей одинаковы.

Прокатанные стали имеют характерные волокна, которые являются причиной различных механических свойств металла в продольном и поперечном направлении прокатки. Литой материал имеет одинаковые свойства во всех направлениях. Определить фактические механические свойства точных отливок весьма трудно из-за ограниченной возможности выбора размеров испытательных образцов. Механические свойства образцов, вырезанных из отливок, под влиянием литейных дефектов так сильно искажаются, что нельзя получить правильной оценки качества литой стали и влияния термообработки на ее механические свойства.

Рис. 1. Структура отливки из перегретой стали

Для определения механических свойств используют специальные литые пробы в виде клиньев из которых вырезают образцы для испытаний при помощи механической обработки. Этим снижается влияние возможных литейных пороков на механические свойства отливок.

В конструкционных деталях из деформируемых сталей, как правило, учитываются механические свойства образцов, вырезанных вдоль направления волокон, но на практике детали нагружаются и поперек волокон.

Механические свойства деформированных сталей поперек волокон, особенно в закаленном состоянии, еще мало известны, но являются существенно более низкими, чем свойства этих же сталей, деформируемых вдоль волокон. Механические свойства металла точных отливок, как правило, занимают среднее положение между величинами свойств деформируемых сталей вдоль и поперек волокон.

Механические свойства стали в литом состоянии значительно ниже. Для деталей, подверженных динамическим нагрузкам, не пригодны отливки из цементованных сталей.

Такие отливки используют для деталей, работающих в условиях сжатия или износа (истирания). Работоспособность деталей из этих сталей зависит от прочности науглероженного и закаленного слоя и от качества поверхности отливок. Для отливок, закаленных до высокой твердости и предназначенных для эксплуатации при динамических нагрузках, требуется предварительная тщательная проверка в производстве, так как возможные литейные пороки могут быть причиной разрушения детали.

У отливок, закаленных с высоких температур, более резко проявляется влияние первичного зерна на механические свойства по сравнению с деформируемыми сталями. Контуры первичного зерна после закалки видны на снимках микроструктуры.


Реклама:

Читать далее:
Поверхностное обезуглероживание стальных отливок

Статьи по теме:

факторов, определяющих механические свойства металла

При выборе материалов для инженерных целей необходимо учитывать множество факторов. Производители понимают, что каждый металлический сплав обладает уникальными свойствами, которые определенным образом реагируют на механические и химические процессы. Чтобы добиться максимальной эффективности и экономии затрат при выполнении любой работы, понимание этих свойств и решение, какой именно сплав лучше всего подходит для данной задачи, имеет первостепенное значение.

Механические свойства металла обычно определяются рядом факторов, включая размер зерна, термическую обработку, воздействие атмосферных воздействий и температуру. Вместе эти атрибуты влияют на то, как металл реагирует на силы, которым он подвергается в промышленных процессах. Производители должны тщательно тестировать сплавы, чтобы знать, как на них повлияют и какие условия доведут их до предела прочности.

Различные процессы по-разному влияют на металлы. Одно из важных понятий - это стресс и напряжение.При сравнении образцов различных размеров сначала необходимо рассчитать нагрузку на единицу площади, также известную как нормализация к площади. Напряжение формулируется делением силы на площадь. При проведении испытаний на растяжение и сжатие значимая область перпендикулярна силе. С другой стороны, для испытаний на сдвиг или кручение релевантная область перпендикулярна оси вращения.

Напряжение и деформация могут вызывать нежелательную реакцию металлических сплавов, поэтому их необходимо тщательно проверять.Упругая деформация описывает ситуацию, при которой после снятия напряжения материал может вернуться к своим прежним размерам. Эластичность указывает на его способность оставаться стабильной при нагрузке, а также на то, что деформация обратима и непостоянна. Напротив, пластическая деформация означает, что после снятия напряжения металл не может вернуться к своей прежней форме. Напротив, напряжение вызвало необратимую деформацию.

Факторы, влияющие на механические свойства металла, разнообразны.Например, это влияет на предел текучести, твердость, температуру перехода из пластичного в хрупкое состояние и восприимчивость к условиям окружающей среды, которые могут быть улучшены путем изменения размера зерна.

Металлы, включая алюминий, состоят из кристаллов, которые также называют зернами. Алюминий с небольшим размером зерна называют мелкозернистым, а алюминий с относительно крупными зернами - крупнозернистым. Алюминиевые сплавы с мелкими зернами обычно сохраняют большую прочность на разрыв и большую усталостную прочность.Такие сплавы легче закалить. Алюминий с более крупными зернами имеет большую шероховатость поверхности и его труднее полировать.

Другие эффекты зернистости включают тот факт, что крупнозернистый алюминий не такой прочный и, следовательно, более склонен к необратимым деформациям при напряжении. Однако крупнозернистый алюминий имеет преимущества с точки зрения обрабатываемости, закаливаемости и ковкости. Также они по-разному реагируют на температуру. При комнатной температуре мелкозернистый алюминий прочнее и тверже, но при более высоких температурах крупнозернистый алюминий имеет лучшее сопротивление ползучести.В общем, простая формула может определить соотношение: прочность металла обратно пропорциональна квадратному корню из размера зерна.

Температура - еще один фактор, влияющий на механические свойства металла, включая предел прочности и упругости. Термическая обработка является важным этапом во многих промышленных процессах, поскольку она может значительно улучшить механические свойства алюминия и других металлов, такие как пластичность, прочность на разрыв, ударная вязкость и ударопрочность.

Термическая обработка алюминиевых сплавов дает множество преимуществ. Он может улучшить зерно и улучшить обрабатываемость. Рабочий металл вызывает внутреннее напряжение как при высоких, так и при низких температурах, и термическая обработка является одним из способов ослабить это напряжение. Дополнительные преимущества включают модифицированную структуру зерна и улучшенную коррозионную стойкость, а также более желательные химические, магнитные, электрические и термические свойства.

Атмосферная коррозия - серьезная проблема для металлов, и производители должны уделять ей особое внимание.Большинство металлов окисляются при длительном контакте с атмосферой. Окисление металлической поверхности создает пленку, особенно в присутствии влаги, диоксида серы и сероводорода, и снижает удельное электрическое сопротивление материала.

Атмосферное воздействие зависит от ряда факторов, включая характеристики металла, качество защитной поверхностной пленки, наличие определенных агентов, которые могут уменьшить любые коррозионные эффекты, а также наличие поверхностных трещин или неоднородностей.И снова выбор правильного алюминиевого сплава зависит от знания того, каким условиям окружающей среды он будет подвергаться в течение всего срока службы изделия.

Низкие и высокие температуры по-разному влияют на алюминиевые сплавы в зависимости от механических свойств. Для низких температур, как правило, снижение температуры означает увеличение предела прочности и предела текучести. Алюминиевые сплавы, а также никель и медь сохранят большую часть своей вязкости и пластичности при низких температурах.F

.

Механические и технологические свойства металлов

Твердость: Твердость - это свойство металлов, которое позволяет им сопротивляться вдавливанию или надрезам. Менее закаленный металл легко обрабатывается. Напротив, когда твердость металла увеличивается, обрабатываемость металла уменьшается. Когда металл затвердевает слишком сильно, это делает металл хрупким, что в свою очередь может сделать металл необрабатываемым. Увеличение содержания углерода в стали может привести к увеличению ее твердости и, следовательно, сделать ее хрупкой и менее поддающейся обработке.Характер термической обработки металлов после литья с помощью процесса литья в песчаные формы, литья по выплавляемым моделям или других процессов определяет твердость металлов.

Еще одним важным свойством керамики является хрупкость. Некоторые виды керамики хрупкие, поэтому их невозможно обрабатывать. Небольшое вдавливание на этих материалах может привести к растрескиванию и поломке.

Размер и форма металла: Это еще один важный фактор, определяющий, насколько легко или сложно обрабатывать металлы.Как вы думаете, какие металлы толщиной от 50 до 400 мм можно легко обрабатывать на станке? Тот, который имеет размер 50 мм, можно легко обработать, чем другой, потому что его толщина меньше, чем у другого.

Металлические формы, с другой стороны, влияют на легкость или сложность резки на станке. Металл полой формы легче обрабатывать, чем толстый металлический блок квадратной формы.

Тип используемого станка: Обрабатываемость зависит от типа станка, используемого в процессе резки.Время, затрачиваемое на резку металла, работающего со скоростью 20 об / с, не может быть таким же, когда тот же металл резается на станке со скоростью 50 об / с. Обрабатываемость при 50 об / сек будет выше, чем при частоте вращения 20 об / сек. Причина в том, что отрезной диск первого покрывает металл на большее расстояние, чем второй.

Кроме того, твердость станка также определяет, насколько обрабатываемым может быть материал. Ясно известно, что обработка на станках, изготовленных из алмаза, не может быть такой же, когда один и тот же материал обрабатывается станками с низкой прочностью.Алмаз, являющийся самым твердым из известных материалов, может легко обрабатывать многие материалы благодаря своей прочности.

Охлаждающие жидкости / смазки: Охлаждающие жидкости и смазки играют важную роль во время обработки материала. Поскольку смазочные материалы применяются при механической обработке, обрабатываемость металлов повышается. Это потому, что смазочные материалы снижают силы трения, действующие между машиной и обрабатываемым материалом.

Кроме того, СОЖ играют свою роль в снижении температуры обрабатывающего инструмента и обрабатываемого материала.Это снижает количество операций горячего отрыва, которое может возникнуть из-за чрезмерного нагрева. Примерами охлаждающих жидкостей, которые можно использовать при механической обработке, являются жидкий водород, жидкий азот и жидкий гелий.

Коэффициент трения: С точки зрения физики, следует отметить, что коэффициент трения µ прямо пропорционален силе трения F из формулы µ = F / R . В формуле R - нормальная реакция между поверхностью заготовки и поверхностью режущего станка.

Согласно формуле, когда коэффициент трения покоя увеличивается, сила трения между двумя контактирующими поверхностями также увеличивается. Таким образом, более высокий коэффициент трения, который является результатом высокой силы трения, увеличивает обрабатываемость металлов. В этом контексте сила трения - это сила, необходимая для преодоления трения между двумя контактирующими поверхностями во время обработки. Обратите внимание, что µ не может быть равным единице, то есть 100%.

Свариваемость

Это свойство металла, которое указывает на легкость, с которой два одинаковых или разнородных металла соединяются плавлением (с приложением давления или без него) и с использованием или без использования присадочных металлов.Между свариваемыми металлами должно иметь место капиллярное действие.

Перед сваркой свариваемые части очищаются от загрязнений. Примеси могут быть в виде жира, масла или даже оксидов. Жир на свариваемом участке можно удалить с помощью обезжиривающих средств. Примеси оксидов можно удалить флюсованием. Если примеси не удалить, свариваемость металла будет нарушена до и после сварки.

При сварке, включающей использование присадочных металлов, для достижения оптимальной свариваемости используемый присадочный металл должен соответствовать основным металлам, которые необходимо сваривать.Для соединения некоторых основных металлов существуют подходящие присадочные металлы. Например, медь может использоваться в качестве присадочного металла при выполнении стальных соединений.

Фактор, влияющий на свариваемость

Есть уникальные факторы, которые влияют на свариваемость соединений. Эти факторы включают:

  • Состав металла;
  • Тепловые свойства;
  • Сварка техническая;
  • Флюсирование; и
  • Правильная обработка до и после сварки

Состав металла: Элементы, входящие в состав металла, влияют на его свариваемость.Материалы с более высоким содержанием серы и фосфора имеют более низкую свариваемость. Если взять, например, серый чугун, его свариваемость низкая из-за высокого содержания в нем серы и фосфора. Опять же, когда интерес вызывает чугун с шаровидным графитом, его свариваемость выше, чем у серого чугуна, потому что он содержит меньшую долю серы и фосфора.

Тепловые свойства: Слово «тепловая» может использоваться вместо тепловой энергии. Скорость, с которой любой металл проводит тепло, влияет на свариваемость этого металла.Любой металл с хорошей теплопроводностью также хорошо сваривается.

Техника сварки: Специальные знания в области сварки также определяют свариваемость любого соединения. Существует явная разница между сваркой, выполняемой сварщиком, имеющим хороший опыт в области сварки в течение многих лет, и «маленьким мальчиком», который только учится сварке. Когда эксперт сваривает соединение, его свариваемость выглядит лучше и лучше, чем когда это делает простой ученик. Таким образом, свариваемость любого соединения зависит от применяемых навыков сварки, а также от техники, используемой в процессе сварки.

Флюс и присадочный металл: Флюсование проводится на металлах во время сварки для удаления примесей; особенно оксидные примеси. Материал, который будет флюсоваться, определяет вид флюса, который будет использоваться на нем. Когда флюсование выполняется на деталях, чтобы сплавиться вместе, может легко возникнуть капиллярное действие на металл.

Правильная обработка до и после сварки: Это важный фактор, определяющий свариваемость любого металла. Обработка поверхностей перед сваркой может определить, насколько свариваемым может быть соединение.Частями обработки может быть правильная сборка двух свариваемых металлов, а также сглаживание двух точек для обеспечения хорошего соединения между ними. Опять же, некоторые виды обработки свариваемой части могут продлить срок ее службы.

Отливка

Что такое литье? Литейность - это свойство металла, которое указывает на легкость изготовления отливок с меньшими затратами, меньшими дефектами и меньшими затратами времени. При изготовлении отливки необходимо стремиться к тому, чтобы отливка была без дефектов.Это одна из причин, по которой отливки после производства подвергаются контролю. Бездефектная отливка не может легко выйти из строя в результате коррозии или напряжения.

  • Пластичность: Это способность металла вытягиваться в тонкий лист или проволоку. Это может быть достигнуто путем увеличения давления на металл и последующего вытягивания под действием большой силы или приложения силы путем вытягивания. Литые или изготовленные металлы обычно проявляют свойства направленности, особенно в отношении пластичности, и обычно литой металл менее пластичен, чем металл в кованом или отожженном состоянии («Механические свойства металлов» Дональда Маклина).
.

Введение в неорганическую химию / металлы и сплавы: механические свойства

Из Wikibooks, открытые книги для открытого мира

Перейти к навигации Перейти к поиску
Ищите Введение в неорганическую химию / металлы и сплавы: механические свойства в одном из родственных проектов Викиучебника: Викиучебник не имеет страницы с таким точным названием.

Другие причины, по которым это сообщение может отображаться:

  • Если страница была создана здесь недавно, она может быть еще не видна из-за задержки обновления базы данных; подождите несколько минут и попробуйте функцию очистки.
  • Заголовки в Викиучебниках чувствительны к регистру , кроме первого символа; пожалуйста, проверьте альтернативные заглавные буквы и подумайте о добавлении перенаправления здесь к правильному заголовку.
  • Если страница была удалена, проверьте журнал удалений и просмотрите политику удаления.
.

Механические свойства

Механические свойства

Механические свойства материала - это те свойства, которые связаны с реакцией на приложенную нагрузку. Механические свойства металлов определяют диапазон полезности материала и определяют ожидаемый срок службы. Механические свойства также используются для классификации и идентификации материала. Наиболее распространенными рассматриваемыми свойствами являются прочность, пластичность, твердость, ударопрочность и вязкость разрушения.

Большинство конструкционных материалов являются анизотропными, что означает, что их свойства материала зависят от ориентации. Различия в свойствах могут быть обусловлены направленностью микроструктуры (текстуры) в результате операций формования или холодной обработки, контролируемым выравниванием армирования волокном и множеством других причин. Механические свойства обычно зависят от формы продукта, такого как лист, пластина, экструзия, литье, ковка и т. Д. Кроме того, обычно можно увидеть механические свойства, перечисленные в виде направленной зернистой структуры материала.В таких продуктах, как лист и пластина, направление прокатки называется продольным направлением, ширина продукта называется поперечным направлением, а толщина называется коротким поперечным направлением. Ориентация зерен в металлических изделиях стандартной формы показана на изображении.

Механические свойства материала не являются постоянными и часто меняются в зависимости от температуры, скорости нагрузки и других условий. Например, температуры ниже комнатной обычно вызывают повышение прочностных свойств металлических сплавов; в то время как пластичность, вязкость разрушения и удлинение обычно снижаются.Температуры выше комнатной обычно вызывают снижение прочностных свойств металлических сплавов. Пластичность может увеличиваться или уменьшаться с повышением температуры в зависимости от одних и тех же переменных.

Следует также отметить, что часто наблюдается значительная вариабельность значений, полученных при измерении механических свойств. На первый взгляд идентичный образец для испытаний из одной партии материала часто дает существенно разные результаты. Поэтому для определения механических свойств обычно проводят несколько испытаний, и сообщаемые значения могут быть средним значением или вычисленным минимальным статистическим значением.Кроме того, иногда указывается диапазон значений, чтобы показать изменчивость.

.

Смотрите также