4.2.Технологические и эксплутационные свойства

Технологические свойства материалов характеризуют их способность поддаваться различным способам горячей и холодной обработки. Знание этих свойств позволяет правильно и обоснованно выбирать наиболее рациональные технологические процессы обработки деталей. Основными технологическими характеристиками материалов являются обрабатываемость резанием на металлорежущих станках, литейные свойства, свариваемость, ковкость.

Обрабатываемостью резанием называется свойство материала поддаваться различным операциям механической обработки. Критериями обрабатываемости могут быть, например, качество поверхности, сила резания, характер образующейся при обработке стружки.

Литейные свойства металлов характеризуют их способность в жидком состоянии заполнять литейные формы и образовывать качественные отливки. Эти свойства можно оценить жидкотекучестью, усадкой, газопоглощением и ликвацией.

Жидкотекучестью сплава называется его способность заполнять литейную форму и точно воспроизводить внутренние очертания этой формы. Жидкотекучесть во многом зависит от физических свойств сплава, его химического состава, температуры расплава, состояния формы и других факторов. Наиболее высокую жидкотекучесть имеют серые чугуны, оловянистые бронзы, сплавы алюминия с кремнием (силумины), некоторые лёгкие магниевые сплавы.

Усадкой металлов называется их способность уменьшаться в линейных размерах и объёме при охлаждении и затвердевании. Усадка может быть причиной образования многих видов брака в отливках: коробление, раковины, трещины, рыхлоты. Для многих видов литейных сплавов усадка находится в пределах 0,9…2,5%.

Многие металлы и сплавы в процессе плавки и заливки способны поглощать и растворять различные газы-азот, водород, кислород. Причём повышение температуры жидкого металла увеличивает содержание газов в нём. В результате этого механические и технологические свойства отливок снижаются. Для уменьшения газонасыщения плавление металлов производят в вакууме или в среде защитных газов. Поглощённые газы могут находиться в металлах в свободном состоянии или образовывать различные химические соединения — нитриды, гидриды, оксиды.

Ликвацией сплава называется его химическая неоднородность в различных частях отливки. Ликвация во многом зависит от химического состава сплава, скорости его охлаждения в форме, а также от конфигурации отливки. Устраняют ликвацию длительным нагревом при температурах 900…1000°С и последующим медленным охлаждением.

Свариваемостью материала называется его способность образовывать качественные сварные соединения различными способами сварки. О свариваемости металлов и сплавов обычно судят по результатам испытания сварных образцов. При этом сварной шов должен быть равнопрочным, т.е. механические характеристики сварного соединения и основного металла должны быть примерно одинаковы. Сварной шов формируется в результате образования общей сварочной ванны. Поэтому металл шва имеет литую структуру. Его свойства зависят от способа сварки, условий защиты расплавленного металла, технологических режимов сварки, режимов охлаждения и других факторов. Обычно свариваемость тем выше, чем проще технология сварки и чем больше число способов сварки могут быть использованы для образования сварного соединения. Следовательно, свариваемость металлов можно рассматривать, как их способность образовывать неразъёмные соединения с заданным комплексом свойств в условиях принятого технологического процесса. С этой точки зрения свариваемость является понятием чисто технологическим. Способность различных металлов образовывать качественные сварные соединения будет рассмотрена в соответствующем разделе курса.

Ковкость — это способность металла или сплава под действием внешних нагрузок поддаваться различным способам деформирования и необратимо изменять свою форму. Ковкость зависит от вида обрабатываемых материалов, технологической схемы их обработки, температурных условий деформирования и других факторов. Поэтому ковкость в значительной степени определяет выбор технологии обработки металлов давлением и экономичность обработки.

Работоспособность конструкции в значительной степени определяется эксплуатационными или служебными характеристиками материалов, основными из которых являются износостойкость, жаропрочность, жаростойкость, способность сохранять свои свойства во времени, стойкость к атмосферным воздействиям, к различным агрессивным средам и т.п. В большинстве случаев при эксплуатации в нормальных условиях главным образом износостойкость отдельных деталей или узлов определяет надёжность и долговечность изделия в целом.

Поэтому при выборе материалов для изготовления конструкции необходимо учитывать весь комплекс свойств этих материалов, т.е. их механические, технологические и эксплуатационные свойства. Знание этих свойств позволяет конструкторам и технологам рационально выбирать необходимые размеры деталей и назначать наиболее оптимальные и экономичные режимы их обработки. При этом повышение конструкционной прочности и износостойкости материалов является в настоящее время одной из важнейших проблем материаловедения.

Вопросы для самопроверки:

Акулич Н.В. Процессы производства черных и цветных металлов и их сплавов, Гомель 2008