Вопросы для самоконтроля

1. Что представляет собой КМ?

2. Чем определяются свойства КМ? Как их можно изменить?

3. Назовите материалы, используемые для упрочнения матриц.

4. Как расположен упрочнитель в матрице? Его влияние на свойства КМ.

5. Чем вызвано упрочнение дисперсионно-упрочненных и волокнистых КМ?

6. В чем отличие эвтектических КМ от других видов КМ?

7. Чем отличаются дисперсионно-упрочненные КМ от волокнистых и слоистых КМ?

Тема 5. Свойства материалов и их определение

Методические указания. Начать изучение темы – с классификации свойств. Можно придерживаться и другой классификации, но указанные ниже свойства свести в соответствующие группы.

Необходимо понять, что определяет каждое из названных свойств, знать, какой параметр (характеристика) отражает это свойство, в какой размерности (единице измерения).

Рассмотреть деление свойств на:

а) эксплуатационные (функциональные);

б) технологические;

в) потребительские.

К эксплуатационным свойствам можно отнести:

• механические (прочностные) при статических и динамических нагрузках: жесткость (упругость), пластичность, твердость, вязкость, износостойкость, жаростойкость, жаропрочность, хладноломкость, усталость, выносливость и другие;

• теплофизические: теплоемкость, теплопроводность, тепловое расширение. Не упустить из виду, что электрофизические свойства: диэлектрические, магнитные, радиационные и другие будут рассмотрены в соответствующих темах;

• химические: коррозионная стойкость, химическая стойкость, влагопоглощение, смачиваемость и другие.

К технологическим свойствам относятся:

• литейные;

• обрабатываемость резанием;

• обрабатываемость давлением;

• свариваемость;

• паяемость;

• деформация и коробление при термической обработке, и другие.

К потребительским свойствам отнесем стоимость материала (оптовая цена), хотя, например, для медицинского приборостроения гигиенические требования являются функциональными.

Ключевые моменты темы: при изучении темы необходимо четко уяснить понятие каждого из свойств, что оно отражает, количественную меру (параметр) каждого из свойств, если свойство ею характеризуется, и ее размерность.

Теоретические материалы

5.1. Классификация свойств материалов, их общая характеристика

При выборе материалов часто приходится учитывать большое разнообразие их свойств. Классифицируя свойства с учетом конструкторской специфики, можно выделить три основные группы свойств: эксплуатационное, технологические, п отребительские (рисунок 20), которые и лежат в основе выбора материала, определяют техническую и экономическую целесообразность его применения.

Эксплутационными (функциональными, или служебными) называют свойства материала, которые определяют функционирование деталей машин и приборов, их силовые, динамические, стойкостные, электрические, диэлектрические, магнитные, оптические и другие технико-эксплуатационные показатели.

Для подавляющего большинства деталей приборов функционирование их обеспечивает уровень механических свойств. Механические свойства характеризуют поведение материала под действием внешних нагрузок. Условия нагружения деталей машин и приборов очень разнообразны, поэтому механические свойства включают большую группу показателей и рассмотрены ниже в отдельном параграфе.

Электрические, магнитные, диэлектрические свойства важны для соответствующих групп материалов (проводниковых, диэлектрических, магнитных), поэтому и изучать их удобнее в рамках тем электротехнических материалов (см. темы 9, 10, 11).

Функционирование отдельных деталей приборов зависит не только от механических, но и от других эксплуатационных свойств, так как спектр воздействий на прибор широк. Если такие воздействия становятся значительными, то определяющим становятся другие эксплуатационные свойства материала. Например, при действии на материал влаги учитывают его свойства влагопоглощения (способность адсорбировать влагу из окружающей среды); водопоглощение (способность абсорбировать влагу объемом вещества).

Жаростойкость характеризует способность материала противостоять химической коррозии при высоких температурах; жаропрочность—способность материала противостоять внешним нагрузкам при высоких температурах; . Коррозионная стойкость – способность материала противостоять электрохимическому или биологическому разрушению. Способность материала работать под воздействием потоков большой энергии или радиации определяют радиационные свойства материала.

Для материалов различных оптических приборов, элементов оптоэлектроники важными из свойств оптических материалов являются их способность пропускания, отражения, поглощения излучений различной длины волны. Эксплуатационные свойства материалов определяют при соответствующих испытаниях, и оценивают количественными параметрами (показателями).

Технологические свойства определяют пригодность материала к изготовлению из него деталей различными методами обработки при требуемом их качестве, с наименьшими трудозатратами. К ним относятся:

• литейные (жидкотекучесть – способность сплава заполнять литейную форму; усадка – изменение размеров и объема расплавленного сплава в процессе затвердевания и охлаждения; газопоглощение – способность поглощать газы в расплавленном состоянии и выделять их в процессе охлаждения, что приводит к порам; ликвация – образование неоднородностей химического состава в разных частях отливки);

• деформируемость – способность подвергаться обработке давлением различными методами (ковкость, штампуемость, прокатываемость и другие.);

• обрабатываемость резанием – способность обрабатываться методами со снятием стружки (точение, фрезерование, сверление, шлифование и другие.)

• паяемость – способность к соединению деталей пайкой;

• адгезия – сцепление поверхностей разнородных тел (например клея к склеиваемой поверхности), и другие.

К потребительским относятся свойства материала, определяющие в первую очередь экономичность, безопасность его применения, не загрязнение окружающей среды. Экономические свойства оценивают стоимостью материала , а количественным показателем является оптовая цена, или относительная стоимость в сравнениями с другими материалами.