Презентация "Механические и технологические свойства металлов" 1 курс (сварщики)

Слайд #1

Механические и технологические свойства металлов
Презентацию подготовил: преподаватель Медведков Г.В.

Слайд #2

Механические свойства металлов
характеризуют способность материалов сопротивляться действию внешних сил.
К механическим свойствам металлов относят:
-Твердость
-Упругость
-Прочность
-Хрупкость
-Пластичность
-Вязкость

Слайд #3

Твердость
Твердость — это способность материала сопротивляться внедрению в него другого, более твердого тела под действием нагрузки
Твердомеры Бринелля: методика и оборудование
Используются для определения твёрдости мягких сплавов и цветных металлов, чугуна и незакалённых сталей в соответствии с ГОСТ 9012-59.
Измерение твердости по Бринеллю производится либо стальным шариком, либо шариком из карбида вольфрама. Последний позволяет узнать твердость материалов, превышающих показатель обычной стали.Карбидный индентор, как правило, нужен для инструментальных сплавов. Шарик из обычной стали используют, измеряя твердость древесины, меди, алюминия, дюраля, нержавейки, стекла. То есть, твердомер применяют не только к металлам.Способ определения твёрдости по методу Бринелля заключается во вдавливании в поверхность ОК шарика-индентора (из закалённой стали или из твёрдого сплава). В результате на металле остаётся отпечаток в виде полусферы определённого диаметра и глубины, что позволяет определить меру твёрдости по Бринеллю (НВ).
Современная конструкция твердомера Бринелля позволяет плавно внедрять индентор в образец, обеспечивает высокую точность приложения нагрузки (погрешность не более 1,0 %), что позволяет получать отпечатки с высокой повторяемостью, необходимой для обеспечения точности измерений твердости.

В качестве инденторов используются шарики из твердого сплава диаметром 1; 2,5; 5 и 10 мм. Величину нагрузки и диаметр шарика выбирают в зависимости от исследуемого материала, который разделен на 5 основных групп:
1 — сталь, никелевые и титановые сплавы;
2 — чугун;
3 — медь и сплавы меди;
4 — легкие металлы и их сплавы;
5 — свинец, олово.

При измерении твердости по методу Бринелля необходимо выполнять следующие условия:
образцы с твердостью выше HB 450/650 кгс/мм2 испытывать запрещается;

поверхность образца должна быть плоской и очищенной от окалины и других посторонних веществ;
диаметры отпечатков должны находиться в пределах 0,2D<d<0,6D;
образцы должны иметь толщину не менее 10-кратной глубины отпечатка (или менее диаметра шарика);
расстояние между центрами соседних отпечатков и между центром отпечатка и краем образца должны быть не менее 4d;
продолжительность выдержки под нагрузкой должна быть от 10 до 15 с для чёрных металлов, для цветных металлов и сплавов – от 10 до 180 с, в зависимости от материала и его твёрдости.
Выбор зависит от твёрдости объекта контроля и требуемой нагрузки:

Слайд #4

Упругость — это свойство материалов восстанавливать свои размеры и форму после прекращения действия нагрузки

Для определения упругости металла можно использовать ту же машину, что и при испытании на прочность.
При испытании материалов на указанной машине образец вначале постепенно нагружают и затем разгружают. Если нагрузка не превышает определенного значения, то образец после разгрузки приобретает свою первоначальную длину L , т. е. удлинение, вызванное нагрузкой, является упругим. Образец сжимается. Если нагрузка превзойдет определенный предел, то образец после разгрузки полностью не сжимается, а имеет уже некоторое удлинение. Эту часть удлинения называют остаточной деформацией. Образец в некоторой степени изменил свои размеры и форму.
Чтобы сравнивать упругие свойства различных металлов, знания величины указанной предельной нагрузки еще не достаточно. Необходимо учитывать размеры образца, поэтому, так же как и при определении прочности, нужно найти отношение данной предельной нагрузки P1 к площади первоначального поперечного сечения образца F0.
Найденная таким путем величина называется пределом упругости и обозначается σуНапример, если предел упругости равен 32 кгс/мм2, то до тех пор, пока при испытании на растяжение нагрузка, приходящаяся на 1 мм2 поперечного сечения образца, не превысит 32 кг, образец не получит остаточного удлинения (удлинение, которое сохраняется после снятия нагрузки). До этого предела образец будет иметь лишь упругие изменения.
Понятно, что при определении нагрузок, допускаемых для различных деталей машин, необходимо знать предел упругости материала, из которого изготовлены эти детали, так как нагрузка, превышающая предел упругости, приводит к изменению формы деталей и выходу их из строя. Величина предела упругости у металлов весьма различна: у свинца 0,25 кгс/мм2, у меди 2,5 кгс/мм2, у некоторых марок сталей 30 кгс/мм2 и более.

Слайд #5

Прочность — это способность материала сопротивляться разрушающему воздействию внешних сил.

Испытание металлов на прочность при растяжении производится на специальных машинах различной мощности. Эти машины состоят из нагружающего механизма, который создает усилие, производит растяжение испытываемого образца и показывает величину усилия, приложенного к образцу. Механизмы бывают механического и гидравлического действия.
Мощность машин различна и достигает 50 т.



Верхний зажим закреплен в станине неподвижно, а нижний при помощи особого механизма при испытании медленно опускается, растягивая образец.
Нагрузка, передаваемая при испытании на образец, может быть определена по положению стрелки прибора на измерительной шкале
Испытание образцов должно всегда проводиться в одинаковых условиях, чтобы полученные результаты можно было сравнивать. Поэтому соответствующими стандартами установлены определенные размеры образцов для испытания

Слайд #6

Хрупкость — это свойство материалов разрушаться под действием внешних сил без остаточных деформаций
Является противоположным свойству пластичности. Материалы, обладающие этим свойством, называются хрупкими. Для таких материалов удлинение при разрыве не превышает 2…5 %, а в ряде случаев измеряется долями процента.

Слайд #7

Пластичностью называется способность материалов изменять свои размеры и форму под действием внешних сил, не разрушаясь при этом
Пластичность металлов определяется также при испытании на растяжение. Это свойство обнаруживается в том, что под действием нагрузки образцы разных металлов в различной степени удлиняются, а их поперечное сечение уменьшается. Чем больше способен образец удлиняться, а его пеперечное сечение сужаться, тем пластичнее металл образца.
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.
Для того чтобы получить представление о пластичности металла и определить величину этого свойства, существуют две единицы измерения: относительное удлинение и относительное сужение при разрыве.

Слайд #8

Вязкостью называется свойство материала сопротивляться разрушению под действием динамических нагрузок.
ВЯЗКОСТЬ МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ характеризует внутреннее трение между частицами металлов и металлических сплавов в жидком состоянии и пластические их свойства в твердом состоянии. Кроме того, пластические свойства металлов отчасти характеризуются относительным удлинением и поперечным сжатием, определяемыми при испытании на растяжение. При обыкновенной температуре вязкость металла может характеризоваться двумя величинами: 1) скоростью установившегося истечения металла в единицу времени при постоянном давлении и прочих равных условиях (Треска); 2) величиной давления, соответствующей установившемуся истечению, при постоянной скорости деформации (истечения). Н. С. Курниковым и С. Ф. Жемчужным получены (1913 г.) следующие величины для давления истечения (при постоянной скорости истечения твердой струи в 0,00037 см/сек разных металлов в кг/мм2 поверхности поршня при температуре 15—20°, диаметре поршня в давящем приборе D = 8,66 мм и диаметре выпускного отверстия d = 2,86 мм): калий 0,22, натрий 0,28, литий 1,7, таллий 5,8, свинец 8,8, олово 10,5, висмут 21,0, кадмий 31, цинк 75.

Слайд #9

Технологические свойства
Технологические свойства определяют способность материалов подвергаться различным видом обработки.
-Ковкость
-Свариваемость
-Обрабатываемость резанием

Слайд #10

Ковкость — это способность металлов и сплавов подвергаться различным видам обработки давлением без разрушения
Большая часть металлов обладает высокой ковкостью, т.е. способностью расплющиваться в тонкие листы, а также пластичностью, т.е. способностью вытягиваться в проволоку. Эти свойства указывают на способность атомов кристаллической решетки металлов скользить друг по другу. Таким свойством не обладают ионные кристаллы, а также кристаллы большинства ковалентных соединений. Ионным и ковалентным кристаллам присущи хрупкость и способность легко раскалываться вдоль определенных плоскостей.

Слайд #11

Свариваемость определяется способностью материалов образовывать прочные сварные соединения.

Физическая свариваемость металлов – свойство материалов давать монолитное соединение, т.е. способность их к взаимной кристаллизации с образованием твердых растворов, химических соединений и мелкодисперсных смесей фазовых составляющих (эвтектик). Эти процессы происходят на границе основного и наплавленного металла и характеризуют свариваемость с точки зрения возможности образования металлической связи и принципиальной возможности получения неразъемных сварных соединений.
Технологическая свариваемость металлов – технологическая характеристика металла, определяющая его реакцию на воздействие сварки и способность образовывать неразъемное сварное соединение с заданными эксплуатационными свойствами с наименьшими затратами. То есть она отражает технологическую реакцию материала на тепловое, силовое и металлургическое воздействие сварки.

Слайд #12

Обрабатываемость резанием определяется способностью материалов поддаваться обработке режущим инструментом.
Обрабатываемость материалов характеризуется следующими факторами:
величиной сил резания, воздействующих на заготовку в процессе обработки, которая измеряется в сравнении с величиной сил, действующих при обработке эталонного материала при равных условиях;
сравнительной (по отношению к мощности, необходимой на обработку эталона) эффективной мощностью;
особенностями деформации снимаемого слоя при обработке заготовки;
образованием или отсутствием наростов и выемок на поверхностях инструментов;
шероховатостью (среднее арифметическое высоты микронеровностей поверхности на шаг длины);
стойкостью инструмента – скоростью его износа по отношению к скорости износа эталонного инструмента;
остаточными внутренними напряжениями, появляющимися и сохраняющимися в материале заготовки из-за неравномерных деформаций и теплообразования в структуре обрабатываемого материала;
количеством теплоты при формировании слоев стружки, силами трения, перераспределением тепла на поверхностях участников процесса обработки;
формированием стружки, вариантами, используемыми для отведения стружки и защиты от ее распространения в зоне работ;
затратами энергии на отделение единицы массы стружки.
Все указанные факторы определяются с учетом одинаковых условий обработки.

Слайд #13

Занятие окончено
Спасибо за внимание