Что происходит с металлом при нагревании

III. Влияние нагрева на структуру и свойства металлов

3.1. Процессы, происходящие при нагреве деформированного металла

При деформации металла большая часть затрачиваемой работы (

95%) идет на нагрев материала, оставшаяся часть (

5%) идет на образование структурных дефектов ( вакансий , дислокаций, внутренних напряжений и т.д.). Такое состояние металла с накопленными дефектами или наклепанного металла термодинамически неустойчиво. Поэтому при нагреве в нем протекают процессы, приводящие к возвращению всех свойств металла к первоначальному состоянию до деформации.

Процессы, происходящие при нагреве, подразделяют на два основных: возврат и рекристаллизацию; оба сопровождаются уменьшением свободной энер­гии. Возврат происходит при относи­тельно низких температурах (ниже 0,3 Т_пл.), рекристаллизация — при более высоких (выше 0,4 Т_пл).

Возвратомназывают все изменения тонкой структуры и свойств, которые не сопровождаются изменением микро­структуры деформированного металла, т. е. размер и форма зерен при возврате не изменяются.

Рекристаллизациейназывают зарож­дение и рост новых зерен с меньшим количеством дефектов строения. В ре­зультате рекристаллизации образуются совершенно новые, чаще всего рав­ноосные кристаллы.

Возврат, в свою очередь, подразде­ляют на две стадии: отдых и полигонизацию. Отдых при нагреве деформированных металлов происходит всегда, а полигонизация развивается лишь при определенных условиях.

Отдыхом холоднодеформированного металла называют стадию возврата, при которой уменьшается количество точечных дефектов, происходит перемещение дислокаций. При низких температурах (

0,2 Т_пл) происходит сток вакансий к границам зерен, перемещение и перегруппировка дислокаций, поглощение вакансий и межузельных атомов дислокациями. Происходит также переползание дислокаций, которое сопровождается взаимным уничтожением дисло­каций разных знаков и приводит к за­метному уменьшению их плотности. Перераспределение дислокаций сопро­вождается уменьшением оста­точных напряжений. Отдых снижает количество точечных и линейных дефектов структуры, уменьшает удельное электрическое сопротивление, и повышает плотность металла.

Полигонизацией называют стадию возврата, при которой в пределах каж­дого кристалла образуются новые малоугловые границы. Процесс протекает при нагреве до температуры (0,25-0,3) Т_пл . Границы возни­кают путем скольжения и переползания дислокаций; в результате кристалл раз­деляется на субзерна-полигоны, свободные от дислокаций (см. рис.42.).

Рис.42. Структура металла наклепанного (а) и после полигонизации (б).

олигонизация в металлах техниче­ской чистоты и в сплавах твердых рас­творах -наблюдается только после небольших степеней деформаций и не у всех металлов. Этот процесс ред­ко развивается в меди и ее сплавах и хорошо выражен в алюминии, железе, молибдене и их сплавах.

Полигонизация холоднодеформиро­ванного металла приводит к уменьшению твер­дости и прочности. Блоч­ная структура, возникшая благодаря полигонизации, весьма устойчива и сохра­няется почти до температуры плавле­ния. После формирования блочной структуры рекристаллизация не насту­пает, полигонизация и рекристаллиза­ция оказы­ваются конкурентами.

Что будет если перегреть металл?

перегрев металла — [metal overheating] 1. Нарушение режима нагрева металла для горячей деформации, связанное с длительным пребыванием его при высокой температуре; приводит к значительному росту зерна, снижению пластичности и, как следствие, к образованию рванин при … Энциклопедический словарь по металлургии

Что происходит при нагреве металла?

Оказалось, что если нагревать твердый металл, то при повышенной температуре он становится мягким, кузнец может его обработать, а при охлаждении металл опять становится твердым. При этом очень большое влияние на свойства металлов оказывают условия нагрева и охлаждения.

Как исправить перегрев металла?

Перегретый металл может быть исправлен последующим отжигом, т. е. медленным нагревом до температуры на 10—30 выше точки, и последующим медленным охлаждением. Если нагретый металл оставить в печи на длительное время при высокой температуре, то произойдет его пережог.

Что такое перегрев?

Перегре́в — нагрев механизма или иного устройства до температуры, вредящей или препятствующей его нормальной работе. Значительный перегрев приводит к быстрому разрушению и авариям.

Почему металл при нагревании расширяется?

Это легко объяснимо с позиции механической теории теплоты, поскольку при нагревании молекулы или атомы вещества начинают двигаться быстрее. В твердых телах атомы начинают с большей амплитудой колебаться вокруг своего среднего положения в кристаллической решетке, и им требуется больше свободного пространства.

Что происходит с металлом при изменении температуры?

При повышении температуры электропроводность металла уменьшается. По-видимому, причиной этого являются увеличивающиеся при нагревании тепловые колебания ионов кристаллической решетки, препятствующие свободному перемещению электронов и повышение хаотического движения электронов.

Чем вреден перегрев стали?

При слишком высоких температурах и чрезмерно длительных выдержках происходит образование крупнозернистой структуры, называемой структурой перегрева. Перегрев характеризуется крупнокристаллическим блестящим изломом. Перегрев заэвтектоидной стали может быть устранен нормализацией.

Можно ли умереть от перегрева?

Осложнения перегрева — нарушение деятельности жизненно-важных органов, а также смерть.

Какой металл не расширяется при нагреве?

Следует отметить, что к металлам с низким коэффициентом расширения относятся такие металлы, как вольфрам, молибден, сурьма, титан и хром.

Как расширяется металл при нагревании?

Известно, что все металлы при нагревании расширяются, а при охлаждении сжимаются. Степень увеличения или уменьшения первоначального размера металла при изменении температуры на один градус характеризуется коэффициентом линейного расширения.

Что будет если перегреть металл? Ответы пользователей

Перегрев металла приводит к крупнозернистой структуре и пониженной ударной вязкости; может быть устранен повторным нагревом, обычно на 20- 30°С выше температуры .

Значение слова Перегрев металла в Большой советской энциклопедии БСЭ. . Перегрев металла, дефект металлов и металлических сплавов, появляющийся в .

Если нагретый металл оставить в печи на длительное время при высокой температуре, то произойдет его пережог. Пережог происходит оттого, что кислород, .

Канавки в металле на границе сварного шва, в месте перехода «основной металл-сварной шов». Подрезы уменьшают сечение шва, что в дальнейшем .

Если учесть, что при ковке заготовку приходится нагревать несколько раз (иногда до шести), то станет ясно, какое большое количество металла идет в отходы в .

Если учесть, что при ковке заготовку приходится нагревать несколько раз (иногда до шести), то станет ясно, какое большое количество металла идет в отходы в .

. технадзора Осмотрел швы и заявил: швы конечно красивые но при таком проваре происходит перегрев металла,а это . Так не будет провара.

Температура нагрева не должна превышать заданной температуры, иначе будет иметь место перегрев или пережог стали , в результате чего она будет непригодна к .

Перегрев металла наступает при значительном укрупнении зерен, когда связь между ними ослабевает, при этом механическая прочность металла .

Процессы, происходящие в металлах и сплавах при нагревании. Динамика изменения механических и теплофизических свойств.

Известно, что все металлы
при нагревании
расширяются,
а при охлаждении
сжимаются.
Степень увеличения или уменьшения первоначального размера металла при изменении температуры на один градус характеризуется
коэффициентом линейного расширения.
Таким образом, длина l какой-то детали после нагрева на температуруt°

— коэффициент линейного расширения.

При наблюдении за изменением объема детали используют коэффициент объемного расширения,

который определяется как утроенный коэффициент линейного расширения.

Материалы, имеющие большой коэффициент расширения, применяются в приборостроении для деталей автоматически действующих механизмов. При определенной температуре такие детали, удлиняясь, могут включать либо размыкать электрическую цепь.

Минимальный коэффициент линейного расширения имеет сплав Fe — Ni, называемый инваром.

Его коэффициент расширения в 8 раз меньше железа.

Теплопроводность металлов

Различные детали теплотехнической аппаратуры — радиаторы автомобилей и самолетов, внутренние стенки рабочих камер холодильных установок, стенки котлов и т.д. — должны обладать способностью хорошо проводить тепло.

Детали и инструменты, подвергающиеся в процессе работы местным разогревай, также должны быстро отдавать это тепло, чтобы не (наступало оплавление.

Способность проводить тепло называется теплопроводностью.

Лучшей теплопроводностью обладают чистые металлы, такие, как:

При какой температуре сужается металл

При охлаждении металл сжимается, его объем уменьшается, но удерживается расположенным вокруг металлом, длина и ширина которого не изменялась. Необходимо, чтобы дополнительное утолщение, полученное при растяжении металла, было восстановлено после охлаждения. Но так как металл имеет температуру, не соответствующую максимальной пластичности, то, сжимаясь, он поглощает небольшую часть удлинения окружающего металла.

Усиление осаживания металла осуществляется различными способами:

уменьшением скорости распространения теплоты путем создания кольца вокруг нагретой части металла из мокрой ветоши;

противодействием деформации путем нажатия на металл ручкой молотка или другим предметом около нагретой точки;

выстукиванием границ точки металла, нагретого докрасна, а затем и самой нагретой точки киянкой или рихтовочным молотком.

Наибольшее применение имеет последний способ.

Рассмотрим порядок выполнения технологических операций рихтовки различными способами.

При рихтовке нагреванием и выстукиванием горелку быстро подводят к центру пузыря, прогревают его и горелку отводят, когда разогретое докрасна пятно достигнет диаметра, равного максимум 12 мм.

При нагреве необходимо следить, чтобы металл не начал плавиться. Если нагретое пятно будет большего диаметра, это вызовет гораздо большую усадку, чем надо. Если работа выполняется в одиночку, то горелку откладывают, под лист (почти под дефект) помещают наковаленку. Быстро выстукивают не покрасневший металл вокруг нагретой точки, а затем и нагретую точку, пока металл еще остается темно-красным.

Обработку предпочтительнее вести деревянной киянкой. При рихтовке молотком-гладилкой сила удара должна быть небольшой, чтобы не создать растяжения металла вместо усаживания.

Если пузырь небольшой, то достаточно провести обработку одной точки.

Работу можно считать завершенной только тогда, когда металл остынет до температуры окружающей среды. Для ускорения охлаждения применяют мокрую ветошь или пропитанную водой губку. Если необходимы дополнительные точечные нагревы, то их делают не более двух-трех между каждым охлаждением. Их располагают вокруг центральной точки.

После охлаждения нагретого листа проводят легкую рихтовку прогретого сектора, чтобы выровнять поверхность металла, которая имела до этого деформацию.

Расположение точек усадки зависит от формы пузыря. Если пузырь круглый, то точки располагаются по радиусу. Если пузырь длинный и узкий, то точки нагрева располагают узкими рядами.

Коэффициенты температурного расширения металлов

В таблице представлены значения коэффициента температурного расширения металлов (коэффициент линейного расширения металлов) в зависимости от температуры.
Значения коэффициента температурного расширения металлов даны для следующих металлов: алюминий Al, бериллий Be, висмут Bi, вольфрам W, галлий Ga, железо Fe, золото Au, иридий Ir, кадмий Cd, кобальт Co, магний Mg, марганец Mn, медь Cu, молибден Mo, никель Ni, олово Sn, платина Pt, родий Rh, свинец Pb, серебро Ag, сурьма Sb, титан Ti, хром Cr, цинк Zn.

Коэффициент линейного теплового расширения металлов в таблице приведен со множителем 10 6 . Например, значение коэффициента температурного расширения металлов в таблице для алюминия при 0°С указано 22,8, а с учетом множителя 10 6 , это значение составляет 22,8·10 -6 1/град.

Следует отметить, что к металлам с низким коэффициентом расширения относятся такие металлы, как вольфрам, молибден, сурьма, титан и хром. Наименьшее линейное удлинение при нагревании испытывает вольфрам — коэффициент линейного расширения этого металла составляет величину от 4,3·10 -6 при 0°С до 5,8·10 -6 1/град при температуре 2100°С.

Металлом, который максимально хорошо расширяется при нагреве, является цинк — его коэффициент температурного расширения имеет значение от 22·10 -6 до 34·10 -6 1/град. Также хорошо расширяются при нагревании такие металлы, как алюминий, кадмий и магний.

Примечание: температурные коэффициенты линейного расширения сталей (более 300 марок) представлены в этой статье.

Учебные материалы

Около 10…15 % всей энергии, затраченной на пластическую деформацию, поглощается металлом и накапливается в нем. Остальная часть энергии идет на нагрев металла.

Деформированный металл находится в неравновесном, неустойчивом состоянии, и в нем могут протекать процессы, направленные на достижение устойчивого состояния. Этот переход связан с уменьшением искажений в кристаллической решетке и снятием напряжений, что в свою очередь определяется возможностью перемещения атомов.

С повышением температуры подвижность атомов увеличивается и начинают развиваться процессы, приводящие металл к равновесному состоянию. По мере нагрева деформированный металл проходит стадии возврата и рекристаллизации, в результате чего изменяются его структура и свойства (рисунок 20).

В области возврата (при нагреве до 0,3 Тпл) происходит повышение структурного совершенства металла в результате уменьшения плотности дефектов строения. При этом не наблюдается заметных изменений структуры, видимой в оптический микроскоп. Механические свойства металла изменяются незначительно, порядка на 5…7 %.

При низких температурах (ниже 0,2 Тпл) протекает первая стадия возврата — отдых, когда происходит уменьшение точечных дефектов (вакансий) и перераспределение дислокаций без образования субграниц. При нагреве вакансии поглощаются дислокациями, которые двигаются к границам зерен. Часть дислокаций противоположного знака уничтожается.

Рисунок 20 — Изменение структуры и свойств деформированного металла при нагреве

Вторая стадия возврата — полигонизация, под которой понимают дробление (фрагментацию) кристаллов на субзерна (полигоны). При нагреве беспорядочно распределенные дислокации одного знака выстраиваются в дислокационные стенки, что приводит к образованию в монокристалле или в зерне поликристалла субзерен (полигонов), свободных от дислокаций и отделенных дислокационными границами (рисунок 21).

Этот процесс протекает обычно при небольших деформациях при температуре (0,25…0.3)Тпл, и им создаются условия для образования в структуре металла зародышей новых зерен.

Рисунок 21 — Схема процесса полигонизации

Стадия первичной рекристаллизации в деформированном металле происходит при его нагреве выше 0,3Тпл. При высоких температурах подвижность атомов возрастает и образуются новые равноосные зерна.

Образование новых, равноосных зерен вместо ориентированной волокнистой структуры деформированного металла называется первичной рекристаллизацией.

В деформированном металле на участках с повышенной плотностью дислокаций образуются и растут зародыши. Образуется совершенно новое зерно, по размерам отличающееся от исходного до деформации. Наклеп практически полностью снимается, и свойства приближаются к их исходным значениям.

Температура, при которой начинается процесс рекристаллизации называется температурным порогом рекристаллизации.

Температурный порог рекристаллизации (Тр) связан с температурой плавления металла зависимостью А.А.Бочвара:

где Тпл — абсолютная температура плавления, К;

а — коэффициент, зависящий от чистоты металла.

Для металлов высокой чистоты а = 0,1…0,2; для технически чистых металлов а=0,4; для сплавов твердых растворов а = 0,5…0,6.

Для некоторых металлов значение температурного порога рекристаллизации приведено в таблице 2.

Рекристаллизационный отжиг малоуглеродистых сталей проводят при 600…700 0С, латуней и бронз при 560…700 0С, алюминиевых сплавов при 350…450 0С, титановых сплавов при 550…750 0С.

Собирательная рекристаллизация проходит после завершения первичной рекристаллизации в процессе дальнейшего нагрева. Она заключается в росте образовавшихся новых зерен. Движущей силой собирательной рекристаллизации является поверхностная энергия зерен. При укрупнении зерен общая протяженность их границ становится меньше, что соответствует переходу металла в более равновесное состояние.

Таблица 2 — Температура начала рекристаллизации технически чистых металлов

Металл	Температура плавления, 0С	Температура рекристаллизации, 0С
Вольфрам	3400	1200
Молибден	2625	900
Железо	1539	450
Медь	1083	200
Алюминий	660	100

Особенность собирательной рекристаллизации состоит в том, что рост происходит не в результате слияния нескольких мелких зерен в одно более крупное зерно, а одни зерна растут за счет других зерен, ”поедая” их вследствие перехода атомов через границы раздела. Зерна с вогнутыми границами растут за счет зерен с выпуклыми границами (рисунок 22). Атом на вогнутой поверхности имеет большее число соседей и, следовательно, меньшую энергию, по сравнению с атомами на выпуклой поверхности. Малые зерна постепенно исчезают. Собирательная рекристаллизация, вызывающая образование крупного зерна и разнозернистости, способствует снижению механических свойств металлов и поэтому чаще всего недопустима для наклепанного металла.

Рисунок 22 — Схема роста зерен при собирательной рекристаллизации

На свойства металла большое влияние оказывает размер зерен, получившихся при рекристаллизации. Основными факторами, определяющими величину зерен металла при рекристаллизации, являются температура, продолжительность выдержки при нагреве и степень производительной пластической деформации (рисунок 23).

Величина зерна возрастает с повышением температуры нагрева и времени выдержки. При температурах Т1 и Т2 (выше Тр) образование рекристаллизованного зерна происходит не сразу, а через некоторый отрезок времени t1 и t2, который называется инкубационным.

Рисунок 23 — Влияние температуры (а), продолжительности нагрева (б) и степени деформации (в) на величину рекристаллизованного зерна

Наиболее крупные зерна образуются после незначительной предварительной деформации, обычно порядка 3…15 %, такую степень деформации называют критической.

Критической называют такую минимальную степень деформации, выше которой при нагреве становится возможной первичная рекристаллизации.

Что происходит с металлом при нагревании

В ряду материалов, известных с незапамятных времен и повсеместно применяемых во многих сферах человеческой деятельности, металлы всегда занимали особое место. Причина их чрезвычайно высокой популярности легко объяснима: наряду с высокой прочностью они обладают повышенной тепло- и электропроводностью, пластичностью (ковкостью), особым металлическим блеском (отражательной способностью).

Металлами называются кристаллические вещества с закономерным расположением атомов в узлах пространственной решетки, обладающие непрозрачностью, характерным металлическим блеском и хорошей способностью проводить тепло, электрический ток и отражать световые лучи. Для металлов характерны также плотная кристаллическая структура, высокая прочность, способность к значительным пластическим деформациям, хорошие литейные свойства, свариваемость [3].

Бывают чистые металлы и металлические сплавы.

Металлические сплавы – это вещества, образовавшиеся в результате затвердевания жидких расплавов, состоящих из двух или нескольких компонентов. Металлические сплавы могут состоять только из металлов (сплав меди и цинка – латунь) и из металлов с малым содержанием неметаллов (сплав железа с углеродом – чугун и сталь). Сплавы могут обладать различными физическими, химическими и механическими свойствами путем изменения компонентов и соотношения между ними.

Металлы подразделяются на чёрные и цветные. К чёрным металлам относятся железо и сплавы на его основе. Черные металлы имеют высокую температуру плавления, большую плотность, высокую твердость. К ним относятся железо и сплавы на его основе – сталь и чугун.

Сталь – это сплав железа с углеродом в количестве 0,02 – 2,14%.

Чугун – это железоуглеродистый сплав с содержанием углерода 2,14 – 6,67%.

Они имеют наибольшее применение в строительстве, так как их стоимость значительно ниже цветных металлов (нежелезных).

Цветные металлы обладают низкой температурой плавления, большой пластичностью, имеют характерную окраску (красную, белую, желтую). К ним относятся медь, цинк, алюминий, никель, олово, свинец, золото, серебро).

Классификация металлов:

Черные металлы – имеют высокую температуру плавления, большую плотность, высокую твердость. К ним относятся железо и сплавы на его основе – сталь и чугун.

Сталь – это сплав железа с углеродом в количестве 0,02 – 2,14%.

Чугун – это железоуглеродистый сплав с содержанием углерода 2,14 – 6,67%.

Классификация сплавов:

1. по основному компоненту — железные, алюминиевые и т.д.
2. по плотности: легкие (магниевые, алюминиевые) с малой плотностью до 5000 кг на м куб.; и тяжелые (на основе вольфрама) с высокой плотностью не менее 15000 кг на м куб.
3. по температуре плавления: легкоплавкие (температура плавления до 1539℃ — олово, свинец, цинк, самая низкая температура плавления у ртути 38, 87℃) и тугоплавкие (температура плавления выше 1539℃ — титан, хром, вольфрам).
4. по применению:
   • антифрикционные;
   • коррозионно-стойкие (сплавы на основе железа, меди, алюминия);
   • криогенные (сплавы на основе железа, алюминия), характеризуются комплексом тепловых, электрических, механических свойств и предназначены для работы при низких температурах (от -269 до+20);
   • магнитные (сплавы, обладающие ферромагнетизмом);
   • немагнитные.

2.2. Свойства металлов и сплавов. Физические свойства

Свойства металлов и сплавов делятся на:

• физические;
• химические;
• механические;
• технологические.

Физические свойства – это те свойства, которые определяются без воздействия силы. К физическим свойствам металлов относятся: плотность, температура плавления, тепло- и электропроводность, расширение при нагревании, намагничивание.

Плотность – масса, содержащаяся в единице объема (кг/м3):

где m – масса, кг (г); V – объема, м3 (см3).

По плотности различают металлы:

• тяжелые (плотность более 5000 кг/м3),
• легкие (плотность менее 5000 кг/м3), самый легкий металл — литий с плотностью 0, 531.

Температура плавления – способность металлов при нагревании переходить из твердого состояния в жидкое.

Электропроводность – это способность металлов проводить электрический ток под действием внешнего электрического поля. Электропроводность металлов в тысячи раз выше электропроводности неметаллических тел. Наибольшей электропроводностью обладают чистые металлы – медь, алюминий, железо. У сплавов электропроводность ниже. Из металлов, которые хорошо проводят электрический ток, делают электрические провода.

Теплопроводность – это способность металлов передавать тепло от более нагретых к менее нагретым участкам с той или иной скоростью. Высокая теплопроводность металлов позволяет быстро и равномерно нагревать их и охлаждать. Из технических металлов наибольшей теплопроводностью облает медь. Теплопроводность железа значительно ниже, а теплопроводность стали меняется в зависимости от содержания в ней компонентов. При повышении температуры теплопроводность уменьшается, при понижении – увеличивается.

Известно, что все металлы при нагревании расширяются, а при охлаждении сжимаются. Расширение при нагревании – это увеличение размеров (объемов) металлов и сплавов при нагревании. Это свойство надо учитывать при ковке, сварке изделий.

Интересно знать: Тепловое расширение

Намагничивание – способность металлов и сплавов намагничиваться под действием магнитного поля.

По степени намагничиваемости различают:

• ферромагнитные металлы, способны намагничиваться под действием электрического поля (кобальт, никель, железо, а также ряд их сплавов);
• парамагнитные – способны слабо намагничиваться (алюминий, хром, титан);
• диамагнитные – не притягиваются к магниту, отталкиваются от него (медь, олово).

2.3. Химические свойства металлов и сплавов

Химические свойства характеризуют способность металлов и сплавов сопротивляться окислению или вступать в соединение с различными веществами: кислородом воздуха, растворами кислот, растворами щелочей и др.

К химическим свойствам металлов и сплавов относят:

• коррозионную стойкость (способность материала противостоять различным видам коррозии);
• кислотостойкость (способность металлов и сплавов противостоять разрушающему действию кислот. Например, соляная кислота разрушает алюминий и цинк, а свинец не разрушает; серная кислота разрушает цинк и железо, но почти не действует на свинец, алюминий и медь);
• щелочестойкость (способность противостоять разрушающему действию щелочей. Щелочи особенно сильно разрушают алюминий, олово и свинец);
• жаростойкость (способность металлов и сплавов противостоять разрушению кислородом при нагреве. Для повышения жаростойкости вводят специальные примеси в металл, как, например, хром, ванадий, вольфрам).

2.4. Механические свойства металлов и сплавов

Механическими называют свойства, которые определяются с воздействием силы. К ним относятся: прочность, твёрдость, пластичность, упругость, ударная вязкость и жаропрочность металлов.

Прочность – способность металла сопротивляться разрушению при действии на него внешних сил. Прочность – одно из важных свойств металлов. Для точного определения и измерения прочности из металла или сплава изготовляют образец и подвергают его испытанию на специальной разрывной машине, которая постепенно, но с возрастающей силой растягивает образец до полного его разрыва. Наибольшее напряжение, которое может выдержать образец металла не разрушаясь, называется пределом прочности для данного металла или временным сопротивлением разрыву.

Прочность определяется в испытаниях на растяжение, сжатие, изгиб, кручение и срез (Рис.2.1).

Рис.2.1. Определение прочности металла

Твердость – способность металла сопротивляться внедрению в него более твердого тела. Твердость определяют с помощью твердомеров внедрением стального закаленного шарика в металл (на приборе Бринелля) или внедрением алмазной пирамиды в хорошо подготовленную поверхность образца (на приборе Роквелла). Чем меньше размер отпечатка, тем больше твердость испытуемого металла. Например, углеродистая сталь до закалки имеет твердость 100 . . . 150 НВ (по Бринеллю), а после закалки — 500 . . . 600 НВ (Рис.2.2).

Рис. 2.2. Схема определения твердости: а — по Бринеллю; б — по Рoквеллу; в — по Виккерсу

Ударная вязкость – способность металла сопротивляться действию ударных нагрузок.

Хрупкость – свойство металла разрушаться без заметной пластической деформации.

Вязкость – способность металла оказывать сопротивление ударным внешним силам. Вязкость — свойство обратное хрупкости.

Упругость – способность металла восстанавливать форму и объем после прекращения действий внешних сил. Высокой упругостью должны обладать стали и сплавы для изготовления рессор и пружин.

Пластичность – способность металла необратимо изменять свою форму и размеры под действием внешних и внутренних сил без разрушения.

Необходимость определения пластичности металлов вызывается тем, что пластичные металлы можно подвергать обработке давлением, т. е. ковать, штамповать или на прокатных станах превращать слитки металлов в полосы, листы, прутки, рельсы и многие другие изделия и заготовки.

В противоположность пластичным хрупкие металлы под действием нагрузки разрушаются без изменения формы. При испытании хрупкие образцы разрушаются без удлинения, внезапно. Хрупкость является отрицательным свойством. Вполне пригодным для изготовления деталей машин будет не только прочный, но и в определенной мере пластичный металл.

Интересно знать: Испытание строительной арматуры на растяжение

Способность металлов принимать значительную пластическую деформацию в горячем и холодном состоянии широко используется в технике. При этом изменение формы тела осуществляется преимущественно с помощью давящего на металл инструмента. Поэтому полученное изделие таким способом называют обработкой металлов давлением или пластической обработкой. Обработка металлов давлением представляет собой важный технологический процесс металлургического производства. При этом обеспечивается не только придание слитку или заготовке необходимой формы и размеров, но совместно с другими видами обработки существенно улучшаются механические и другие свойства металлов.

Прокатка, волочение, прессование, ковка, штамповка представляют собой различные виды обработки металлов давлением в пластическом состоянии. Среди различных методов пластической обработки прокатка занимает особое положение, поскольку данным способом производят изделия, пригодные для непосредственного (в состоянии поставки) использования в строительстве и машиностроении (шпунт, рельсы, профили сельскохозяйственного машиностроения и пр.).

2.5. Технологические свойства и пробы металлов

Технологические свойства характеризуют способность материала подвергаться различным способам холодной и горячей обработки. К ним относятся: ковкость, свариваемость, обрабатываемость, износостойкость, заполняемость форм.

Ковкостью называют способность металлов и сплавов принимать необходимую форму под действием внешних сил, как в холодном, так и в горячем состоянии.

Жидкотекучестью называют способность металлов и сплавов заполнять литейные формы. Высокой жидкотекучестью обладает чугун.

Свариваемость – способность металла образовывать качественные сварные соединения.

Обрабатываемость резанием называют способность металлов и сплавов поддаваться механической обработке режущим инструментом.

Износостойкость – это способность металла и стали противостоять изменению свойств и разрушению в течении времени, при механическом, физическом или химическом воздействии. Для того чтобы увеличить износостойкость металла, есть различные способы. Например, это могут быть усиливающие конструкции, которые помогают компенсировать износ и равномерно распределить его. Также часто производят улучшение самого металла, покрывая его специальными средствами и т.д.

Главное свойство износостойких сталей – повышенная твердость, которая обеспечивается присутствием в составе марганца и других легирующих элементов. Причем чем сильнее нагрузка на элемент, тем более износостойкой и твердой становится деталь, а разрушения поверхности и внутренней структуры не происходит.

Технологическими пробами называют испытания материала с целью выявления пригодности его к тому или иному виду обработки. Технологические пробы металлов весьма разнообразны. Они служат для качественной или сравнительной оценки металла.

Испытания на изгиб стальных труб (Рис. 2.3., г) определяют способность труб загибаться без трещин и надрывов на угол 90°. Перед испытанием трубу 4 (наружным диаметром до 60 мм) заполняют чистым сухим речным песком или другим наполнителем. Испытание заключается в плавном изгибе образца любым способом, позволяющим загнуть образец так, чтобы его наружный диаметр dm в одном месте не стал меньше 85% от начального. Образец считается выдержавшим испытание, если на нем не появились изломы, надрывы, расслоения.

Испытание на отбортовывание труб (Рис. 2.3., в) используют для определения способности труб к отбортовке на угол 90°. Конец трубы 4 отбортовывается с помощью оправки 2 усилием Р пресса до получения фланца заданного диаметра D. Рабочая поверхность оправки должна быть чисто обработанной и обладать высокой твердостью (HRC не менее 50). Радиус закругления оправки, которым формируется борт, должен быть равен двукратной толщине стенки трубы (R= 2s). Отбортовывание считается качественным, если на фланце не обнаружено надрывов и трещин.

Испытание на сплющивание труб (Рис. 2.3., б) служит для определения их способности сплющиваться до определенной высоты Н без трещин и надрывов. Конец трубы или ее отрезок длиной 20–50 мм сплющивают между двумя параллельными плоскостями. Если труба сварная, то шов на ней должен располагаться по горизонтальной оси, как показано на рисунке. Сплющивание труб производят плавно со скоростью не более 25 мм/мин. Образец выдержал испытание, если на нем не появились трещины или надрывы.

Рис.2.3. Технологические испытания: а – на осадку; б – на сплющивание; в – на отбортование труб; г – на изгиб труб; 1 – образец до осадки; 2 – образец после осадки; 3 – оправка; 4 — труба

Искровая проба предназначена для определения марки стали (конструкционная, инструментальная или быстрорежущая). Принадлежность стали к определенной марке определяется этим способом достаточно точно.

Определение марки стали по искре производится на наждачном круге. При нажатии металла на быстро вращающийся наждачный круг образуется сноп искр, которые отличаются друг от друга по форме и цвету.

Для более правильного определения состава стали по искре необходимо иметь станки с соответствующими наждачными кругами и контрольные образцы стали потребляемых марок.

По длине искр, форме, их окраске, количеству и характеру звездочек судят о химическом составе стали (процентное содержание в сплаве углерода и присутствии в нем вольфрама, марганца и других элементов) (Рис.2.4).

С повышением процентного содержания углерода в конструкционной стали искровой пучок ее приобретает сходство с искровым пучком инструментальной стали.

Количество и плотность звездообразных разветвлений дают специалисту возможность определить примерное содержание углерода в стали.

Цвет искр зависит также от марки стали и постепенно изменяется от темно-желтого у малоуглеродистой стали до светло-желтого у инструментальной стали.

Быстрорежущую сталь узнают по темно-красному цвету искр. Искровые нити многократно прерываются, и пучки иногда слабо разветвляются.

Рис.2.4. Проба стали на искру

Комплекс ценных физических, химических, технологических и эксплуатационных свойств, обусловленный особенностями строения металлов и сплавов, выгодно отличает их от других материалов и во многих случаях делает незаменимыми. Однако металлы не лишены некоторых недостатков: способность металлов разрушаться под воздействием агрессивных сред и подверженность деформациям при изменении температурного режима.

Интересно знать: Сталь и её виды

Определение марки стали по цвету и форме искры

Способность металлов принимать значительную пластическую деформацию в горячем и холодном состоянии широко используется в технике. При этом изменение формы тела осуществляется преимущественно с помощью давящего на металл инструмента. Поэтому полученное изделие таким способом называют обработкой металлов давлением или пластической обработкой. Обработка металлов давлением представляет собой важный технологический процесс металлургического производства. При этом обеспечивается не только придание слитку или заготовке необходимой формы и размеров, но совместно с другими видами обработки существенно улучшаются механические и другие свойства металлов.

Прокатка, волочение, прессование, ковка, штамповка представляют собой различные виды обработки металлов давлением в пластическом состоянии. Среди различных методов пластической обработки прокатка занимает особое положение, поскольку данным способом производят изделия, пригодные для непосредственного (в состоянии поставки) использования в строительстве и машиностроении (шпунт, рельсы, профили сельскохозяйственного машиностроения и пр.).

БЛОК САМОКОНТРОЛЯ

Для повторения и закрепления теоретического материала ознакомьтесь с презентацией «Свойства металлов и сплавов»