Свойства машиностроительных материалов

Материалы характеризуются физическими, химическими, механи-ческими и технологическими свойствами.

Физические свойства материалов – плотность, цвет, теплопроводность, температура плавления, электропроводность и др.

Химические свойства – коррозионная стойкость.

Механические свойства материалов – твердость, хрупкость, прочность, упругость, пластичность, вязкость.

Твердость – это свойство материала оказывать сопротивление проникновению в него другого, более твердого тела.

Прочность – свойство материала в определенных условиях и пределах не разрушаясь, сопротивляться действию нагрузок (внешних сил).

Упругость (эластичность) – свойство материала изменять свою форму под действием сил и полностью восстанавливать первоначальное состояние после прекращения их действия.

Пластичность – качество материала, не разрушаясь, изменять свою форму под влиянием сил и сохранять новую форму после прекращения их действия.

Вязкость – качество материала, которое характеризует сопротивление ударным (резко изменяющимся) нагрузкам.

Хрупкость – свойство материала разрушаться при ударных нагрузках.

Технологические свойства материалов – это их способность поддаваться ковке, штамповке, прокатке, литью, обработке резанием и сварке.

Если под действием сил тело или какая-либо его часть изменяет форму или размеры, то говорят, что оно подвергается деформации.

Упругая деформация – это полное восстановление телом своей формы и размеров после прекращения действия на него сил.

Остаточная деформация характеризуется тем, что после прекращения действия сил она не исчезает.

Нормальная работа машины возможна лишь тогда, когда детали испытывают упругие деформации. Появление остаточных деформации (удлинения, изгиба или скручивания детали) приводит к выходу машины из строя.

Для улучшения механических свойств стали, чугуна и некоторых сплавов из цветного металлов применяют термическую и химико-термическую обработку.

В результате термической обработки изменяются расположение атомов в кристаллах и размеры самих кристаллов. Сталь можно подвергнуть следующим видам термической обработки: отжигу, нормализации, закалке и отпуску.

Отжиг стали применяют с целью понижения твердости, увеличения пластичности и вязкости, снятия внутренних напряжений и улучшения обрабатываемости резанием. Сталь нагревают до 1200…1220 К и после некоторой выдержки при этой температуре медленно охлаждают вместе с печью.

Нормализация необходима для получения равномерной мелкозернистой структуры и повышения пластичности и прочности. Сталь нагревают до 1060…1260 К и после некоторой выдержки при этой температуре охлаждают на воздухе.

Закалку применяют с целью повышения твердости и прочности. Сталь нагревают до температуры 1020…1200 К и быстро охлаждают в масле или воде. Для получения качественной закалки нагрев и охлаждение должны быть равномерными, а температура нагрева, скорость охлаждения точно соответствовать сорту стали и требованиям к ее механическим свойствам. Закалке подвергают, стали с содержанием углерода не менее 0,3 %.

Чтобы увеличить твердость поверхности детали и сохранить при этом сердцевину вязкой, применяют поверхностную закалку, которую обычно ведут токами высокой частоты (т.в.ч.). Деталь помещают во внутреннее пространство медной спирали (индуктор), через которую пропускают электрический ток высокой частоты. В неглубоком поверхностном слое детали находятся (индуктируются) вихревые токи, вызывающие быстрый его нагрев до температуры закаливания. Затем ток выключают, а деталь охлаждают.

Отпуск проводят после закалки в целях уменьшения хрупкости и твердости и для снятия внутренних напряжений, возникающих при резком охлаждении сталей. Нагревают детали до температуры 420…870 К, а потом охлаждают в воде или на воздухе. Чем выше нагрев стали при отпуске, тем большую вязкость она приобретает, но тем сильнее снижается ее твердость.

К химико-термической обработке стали относят цементацию, азотирование, цианирование, диффузионную металлизацию.

Цементация – диффузионное насыщение углеродом поверхностного слоя, содержащего не более 0,3 % С. детали нагревают до 1200…1250 К вместе с веществами, богатыми углеродом, - карбюризаторами. После цементации детали, как правило, подвергают нормализации, закалке и отпуску. В результате такой обработки поверхностный слой детали становится твердым и износостойким, а сердцевина остается мягкой и вязкой.

Азотирование (нитрирование) – это процесс насыщения азотом поверхности стальных деталей для повышения твердости, износо- и коррозионной стойкости.

Цианирование (нитроцементация) – одновременное диффузионное насыщение поверхностного слоя детали углеродом и азотом; повышает износостойкость детали и ее сопротивление переменным нагрузкам.

Диффузионная металлизация – процесс насыщения поверхностного слоя стальной детали различными элементами, износо- и коррозионную стойкость этого слоя.

Некоторые металлические детали подвергают электролитическому хромированию, то есть осаждению хрома на поверхностях деталей. Подобная обработка предохраняет детали от коррозии и служит для декоративных целей.