23.04.2025
1073
Основные технологические свойства металлов и сплавов
О чем речь? Технологические свойства металлов и сплавов описаны в учебных пособиях и ГОСТах. Под ними подразумевается их восприимчивость к тому или иному способу обработки. И знать их обязательно всем, кто задействован в металлообработке.
Какие бывают? Перечень довольно широкий, но можно выделить основные. Это свариваемость, паяемость и обрабатываемость резанием, деформируемость, упрочняемость и литейные свойства. И каждую из этих характеристик можно улучшить!
В статье рассказывается:
Понятие металлов и сплавов
Элементы, известные как металлы, являются простыми веществами с характерными для них свойствами. Среди них отличная проводимость тепла и электричества, гибкость, формованность и блеск.
Сплавы – это гомогенный материал, состоящий из смеси двух или более химических элементов, где преобладают металлические компоненты.
По своему внешнему виду все их разделяют на черные (где примерами являются железо и его сплавы – сталь и чугун) и цветные (все остальные).
Среди цветных металлов выделяют легкие (например, алюминий, магний, титан и прочие), тяжелые (такие как свинец, медь, цинк и другие), благородные (золото, серебро, платина) и редкие (среди них вольфрам, молибден, селен и пр.).
Разница между металлами и сплавами не ограничивается только их химическим составом. Она также касается свойств и области применения. Сплавы часто имеют значительные отличия по свойствам от базовых металлов.
Фото: Morteza Mohammadi / Unsplash
Например, они могут быть более прочными, твердыми, защищенными от коррозии или обладать другими полезными характеристиками. Чистые металлы применяются реже, чем сплавы.
Различные свойства металлов и сплавов
Для обеспечения разумного выбора материала для изготовления компонентов следует учитывать технологические свойства металлов и сплавов: физические, химические, механические, технологические и эксплуатационные характеристики.
Физические особенности включают в себя температуру плавления, плотность, проводимость электричества, магнитные свойства, теплопроводность и другие. Химические характеристики – это способность металлов и сплавов реагировать с различными агрессивными средами (кислотными, щелочными), степень окисления, растворимость и прочее.
Под механическими понимается поведение материалов под воздействием внешних сил. Эксплуатационные – это холодостойкость, термостойкость, жаропрочность, антифрикционные качества, устойчивость к коррозии и прочее.
Технологические свойства цветных металлов и сплавов охватывают литейные характеристики, обрабатываемость под давлением, свариваемость, обработку резанием.
Перечень основных технологических свойств металлов и сплавов
Список этих материалов обозначает их возможность трансформации в процессе тепловой или холодной обработки. Поведение заготовки при обработке напрямую зависит от них.
[sgInset53]Подробнее остановимся на ключевых технологических свойствах:
- Обработка металла способом резания.
Это связано со способностью материалов подвергаться резке в соответствии с различными технологическими параметрами процедуры. Это скорость и сила данной обработки.
- Способность к сварке.
Это техническое качество металлов и сплавов, позволяющее им формировать прочные связи между собой.
Соединение заготовок происходит путем плавления материала и его последующего остывания. В зависимости от способа подачи тепла для нагрева деталей сварка может быть газовой, дуговой, электрической контактной, ультразвуковой и др.
Фото: Bo Bo / Unsplash
- Способность к пайке.
Это техническое качество металлов и сплавов. Благодаря ему они могут формировать прочные и герметичные соединения через пайку. Для использования созданных таким образом деталей в области радио- и электрики, материалы, из которых они изготовлены, должны обладать способностью проводить электричество, иметь индуктивность и другие свойства.
- Пластичность.
Деформация является производственным свойством, связанным со способностью металлических материалов изменять форму в результате плавки: изгибы, ковка, штамповка, прессование, прокатка и другие процессы.
Этот аспект зависит от химического состава материалов, их механических свойств, скорости и температуры деформации.
Оценка пластичности разных сплавов и металлов идет в ходе производственных тестов, где определяется их способность к деформации.
- Характеристики метода литья.
Параметры этой технологии представляют собой специфические особенности (расплавленный металл, уменьшение размеров, смешение составов), учёт которых позволяет осуществлять литьё деталей и изделий без появления неполадок в виде трещин, уменьшенных пятен, иных дефектов.
- Жидкотекучесть.
Когда металлы и сплавы переходят в жидкое состояние, они наполняют все пустоты, узкие и тонкие трещины в литейных формах, отражая четкую объемную форму изготовленных изделий.
Различные факторы, такие как химический состав исходного материала, температура заливки, вязкость и поверхностное натяжение, оказывают влияние на это технологическое свойство металлов и сплавов.
Читайте также
«Опоры трубопроводов: характеристики, виды»Способность металлов и сплавов заполнять литейные формы определяется несколькими ключевыми параметрами. К ним относятся: внутренняя структура материала, температура при заливке, уровень вязкости и особенности поверхностного натяжения.
Большое значение имеют и характеристики формы: состояние её внутренней поверхности, уровень шероховатости и способность проводить тепло.
Интересно отметить, что выбор ее напрямую влияет на качество литья. Так, сухие песчаные формы обеспечивают лучшую жидкотекучесть по сравнению с металлическими, содержащими влагу.
- Усадка.
Это снижение объема металлов и сплавов при застывании отливок. Степень усадки выражается в процентах и обычно составляет 1-2 %. Факторы, влияющие на этот параметр, включают химический состав материала и температуру заливки.
При более высоких значениях последней усадка проявляется сильнее. При ней формируются усадочные раковины и воздушные поры в отливках.
Чтобы избежать этих дефектов, применяют литейные формы с добавочными элементами, которые обеспечивают поступление жидкого металла в формы.
- Ликвация.
При замерзании металлов и сплавов в отливках происходит формирование химически неоднородных областей, известных как ликвациия. Она выявляется как на отдельных элементах (зонарная), так и во внутренней структуре кристаллов (внутрикристаллическая).
Для устранения второго типа дефекта используется термическая обработка, а для первого – механическая, где важно, чтобы расплавленный металл в процессе находился под машинным перемешиванием. Образование диссоциации зависит от скорости охлаждения заготовки; при равномерном охлаждении этот недостаток не возникает.
- Способность к укреплению.
Этот термин описывает технологическое свойство материалов, которое приводит к увеличению их механических характеристик при обработке теплом или химической. Способность к укреплению включает в себя возможность закаливания, отпускания и отсутствия закалки.
Фото: yuchynskyi / Freepik
- Возможность закаливания.
Это означает, что материалы могут быть закалены, что характерно для углеродистых и легированных сталей, в которых содержание углерода превышает 0,3 %.
Это также относится к чугуну, сплавам цветных металлов, бронзе, латуни и другим сплавам.
- Прокаливаемость.
Глубина закалки. Она определяется по требованиям ГОСТ 5657-69; важна для металлов и сплавов и зависит от их химического состава, температуры нагрева и метода охлаждения.
- Незакаливаемость.
Читайте также
«Марки стали для сварки: как влияют на процесс»Противоположное предыдущему понятие. Обозначает невосприимчивость материала к процессу закалки, особенно для углеродистых сталей с углеродом менее 0,3 %. Это условие важно при сварке: чем выше незакаливаемость, тем лучше сварное соединение. Имеются стали, которые не подвержены закаливанию при нагревании и охлаждении. Соединения из них не требуют закалки.
Способы улучшения технологических свойств металлов и сплавов
В сферах машино- и приборостроения эти методы находятся в фокусе повышенных стандартов качества, связанных с прочностью, пластичностью, содержанием газов и анизотропией механических свойств металла.
Разнообразные способы могут быть использованы для улучшения данных характеристик.
Вот несколько из них:
Применение термической обработки
Нагрев, выдержка при определенной температуре и последующее охлаждение способствуют усовершенствованию свойств путем изменения микроструктуры, повышения пластичности, уменьшения вероятности разрушения и растрескивания, а также снижения остаточного напряжения.
Процесс термовременной обработки
Строго контролируемый по температуре и времени процесс способствует улучшению однородности и равномерности распределения элементов микроструктуры, формированию благоприятной композиции слитков и отливок, уменьшению пористости и повышению пластичности металла при деформации.
Модификация
Читайте также
«Какие металлы можно расплавить легче всего»Внесение специальных примесей (модификаторов) в расплав для получения мелкозернистой структуры. Эти добавки, не меняя химический состав, способствуют уменьшению размеров зерен при кристаллизации и, в итоге, улучшению механических свойств материала.
Металлургическая обработка с использованием синтетического шлака
Предполагает ускорение взаимодействия его и стали при интенсивном их перемешивании в процессе наполнения ковша.
Процедура осуществляется так: сплавляют синтетический шлак, содержащий 55 СаО, 40 А12О3, и незначительные примеси SiO2, MgO, FeO в специализированной электропечи, после заливают его в ковш. Затем из той же печи в него подают сталь с определенной высоты.
Благодаря интенсивному перемешиванию материалов поверхность их контакта значительно увеличивается, что способствует ускорению металлургических процессов в сравнении с обычными методами плавки.
Из-за сниженного уровня оксида железа в шлаке, сталь, проходящая электрошлаковый переплав, содержит меньше серы, кислорода и неметаллических включений. Это улучшает ее пластичность и прочность.
Переплав методом электрошлака
Способ разработан для улучшения качества металла путем переплавки стали, проведенной через электродуговую печь и прокатанной круглыми прутками.
При электрошлаковом переплаве тепло идет от шлаковой ванны, которая нагревается электрическим током. Процесс позволяет сократить содержание кислорода и серы в металле, уменьшить загрязненность неметаллическими элементами в 2-3 раза, делая их более равномерно распределенными в теле слитка.
Вакуумно-дуговой переплав
Метод используется для удаления газов и неметаллических включений из металла. Главная идея процедуры – в уменьшении способности первых растворяться в стали при снижении давления и устранении контакта с огнеупорными материалами облицовки печи (процесс введения дополнительных газов идет в специальных медных конструкциях, охлаждаемых водой).
Фото: NIloy Tanvirul / Unsplash
Для выполнения данной процедуры применяют газовые дуговые печи с электродами, которые истощаются в процессе эксплуатации.
Удаление газов в вакууме из стали
Метод относится к процедурам обработки, которые проводятся за пределами печи: в ковше либо в специальной конструкции. Он используется для снижения содержания растворенных в металле газов а также неметаллических включений.
Чтобы повысить качество стали, получаемой в мартеновских и электропечах, применяют технику вакуумной дегазации в ковше или изложнице.
Читайте также
«Основные способы получения алюминия»Суть процесса заключается в уменьшении растворимости газов в жидком металле путем снижения давления над его поверхностью. Благодаря этому первые выводятся, что способствует улучшению свойств слитка.
Часто задаваемые вопросы о технологических свойствах металлов и сплавов
В чем принципиальное различие между ними и физико-химическими характеристиками?
Механические параметры металлов определяют их способность быть обработанными при разных температурах и состояниях. А физико-химические характеристики отражают взаимодействие металлов и сплавов с окружающей средой, их способность взаимодействовать с другими веществами, стойкость к коррозии и агрессивным воздействиям.
В чем различие между технологическими и эксплуатационными свойствами металлов?
Первые определяют по способности к подверженности разнообразным видам обработки, в то время как вторые проявляются при использовании материала.
Насколько сложно изменить технологические свойства металлов и сплавов?
Этот процесс может быть тяжелым из-за технических факторов и необходимости строгого контроля на каждом этапе. Чтобы изменить свойства материалов, необходимо провести тепловую обработку, включающую нагрев со специфической скоростью до определенной температуры, выдержку при ней в течение точного периода, а затем постепенное охлаждение с особой быстротой до более низкой степени тепла.
Можно отметить, что знания из материаловедения о технологические свойствах металлов и сплавов имеют решающее значение для определения их пригодности к обработке определенным способом и общей возможности использования в рамках производственного процесса.
Таким образом, эти характеристики напрямую влияют на выбор между металлом и сплавом в конкретной ситуации.
Изображение в шапке статьи: Mario Amé / Unsplash
Читайте также
