1.5.6.Теоретическая и техническая прочность

Прочность – способность материала сопротивляться разрушению под действием нагрузок, а также необратимому изменению формы и оценивается пределом прочности и пределом текучести. Поэтому увеличению прочности придается первостепенное значение, стремясь одновременно обеспечить и достаточную пластичность.

Теоретическая прочность рассчитывается по формулам ( _теор  G /2), а техническая, определяемая значениями механических свойств (из диаграмм растяжения) значительно ниже теоретической. В основном это связано с наличием в металле несовершенств.

Повысить прочность металла - значит продлить срок эксплуатации машин, оборудования, уменьшить их массу, улучшить надежность, повысить долговечность, экономичность и снизить металлоемкость.

Методы используемые для упрочнения металлов и сплавов можно определить как следующие:

• легирование;

• термическая обработка;

• химико-термическая обработка;

• пластическое деформирование;

• термомеханическая обработка;

• композиционные и многослойные материалы;

• порошковые и гранулированные материалы.

Все современные способы упрочнения направлены на создание условий торможения дислокаций за счет увеличения их плотности (прочность сначала с ростом числа дислокаций уменьшается, а затем возрастает), взаимодействия дислокаций с атомами легирующих элементов и т.д. Прочность может быть повышена и за счет создания бездефектных структур (нитевидные кристаллы). После термической обработки(закалки)прочность увеличивается в 2,5 – 3 раза. Химико-термическая обработка – это метод поверхностного упрочнения стали, при этом изменяется химический состав, строение и свойства поверхностного слоя металла. Упрочнение пластической деформацией - это прокатка роликами, обдувка дробью используется, если термообработка не возможна. Термомеханическая обработка сочетает в себе деформацию и закалку. Для упрочнения используются также ультразвуковая обработка, магнитная, лазерная, высокого давления.

Одним из путей повышения прочности является получение композиционных и многослойных материалов, а также материалов, полученных методом порошковой металлургии.

1.5.7.Технологические и эксплутационные свойства

Эти свойства характеризуют способность металлов подвергаться обработке в холодном и горячем состояниях. Технологические свойства определяют при технологических пробах, которые дают качественную оценку пригодности металлов к тем, или иным способам обработки. Образец, подвергнутый технологической пробе, осматривают. Признаком того, что образец выдержал испытание, является отсутствие трещин, надрывов, расслоения или излома. К основным технологическим свойствам относят: обрабатываемость резанием, свариваемость, ковкость, литейные свойства и др.

Обрабатываемость резанием — одно из важнейших технологических свойств, потому что подавляющее большинство заготовок, а также деталей сварных узлов и конструкций подвергается механической обработке. Одни металлы обрабатываются хорошо до получения чистой и гладкой поверхности, другие же, имеющие высокую твердость, плохо. Очень вязкие металлы с низкой твердостью также плохо обрабатываются: поверхность получается шероховатой, с задирами. Улучшить обрабатываемость, например, стали можно термической обработкой, понижая или повышая ее твердость.

Обрабатываемость резанием характеризуется шероховатостью обработанной поверхности и точностью размеров образца, стойкостью инструмента, сопротивлением резанию - скоростью и силой резания, видом стружкообразования. Значения показателей определяют при обтачивании образцов и сравнивают с параметрами материала, принятого за эталон.

Свариваемость — способность металлов образовывать сварное соединение, свойства которого близки к свойствам основного металла. Ее определяют пробой сваренного образца на загиб или растяжение и характеристикам основного материала в зоне сварного шва.

Ковкость — способность металла обрабатываться давлением в холодном или горячем состоянии без признаков разрушения. Ее определяют кузнечной пробой на осадку до заданной степени деформации. Если на боковой поверхности образца трещина после деформации не образуется, то такой образец считается выдержавшим пробу, а испытуемый металл - пригодным для обработки давлением.

Обрабатываемость давлением определяют в процессе технологических испытаний (проб) материалов на пластическую деформацию. Методы оценки обрабатываемости давлением зависят от вида материалов и технологии их переработки. Например, технологические испытания металлов на изгиб проводят, изгибая образцы до заданного утла (до появления первой трещины в растянутой зоне образца с фиксацией угла изгиба, до параллельности сторон или до их соприкосновения). Считается, что образец выдержал испытания, если в нем не появилось излома, расслоений, надрывов, трещин. Листы и ленты испытывают на выдавливание с помощью специального пресса. Испытания сортового проката состоят в том, что образцы под прессом или молотом осаживают до определенной высоты и если после осадки нет трещин, надрывов или излома, то образец выдержал пробу.

Литейные свойства металлов характеризуют способность их образовывать отливки без трещин, раковин и других дефектов. Основными литейными свойствами являются жидкотекучесть, усадка и ликвация.

Жидкотекучесть - способность расплавленного металла хорошо заполнять полость литейной формы. Она зависит от вязкости расплава, температуры расплава и формы, степени смачивания расплавом стенок формы и т. д. Ее оценивают по длине заполнения расплавом прямолинейного или спирального канала в специальной литейной форме.

Усадка при кристаллизации — это уменьшение объема металла при переходе из жидкого состояния в твердое; является причиной образования усадочных раковин и усадочной пористости в слитках и отливках.

Практически усадку определяют как отношение соответствующих линейных размеров формы и отливки в виде безразмерного коэффициента усадки, индивидуально для каждого материала

Ликвация — неоднородность химического состава сплавов, возникающая при их кристаллизации, обусловлена тем, что сплавы, в отличие от чистых металлов, кристаллизуются не при одной температуре, а в интервале температур. Чем шире температурный интервал кристаллизации сплава, тем сильнее развивается ликвация, причем наибольшую склонность к ней проявляют те компоненты сплава, которые сильно влияют на ширину температурного интервала кристаллизации (для стали, например, - сера, кислород, фосфор, углерод).