КАТЕГОРИЯ:


Физични, химични и експлоатационни свойства на материалите




Типични метали включват желязо, алуминий, мед, олово, титан и волфрам, и още много други елементи. Кое е по-добре, което трябва да се използва в различни среди? От една страна, всеки материал, притежава уникално качество, независимо от това дали сме се оцени неговото или не. От друга страна, качеството може да се характеризира с редица свойства, които изглежда да е най-важното в дадена ситуация.

Метали се различават по външен вид, например, алуминий изглежда светло сребро и мед - червен. Магнезий, алуминий и титан, първото чувство, изглежда лесно, олово и волфрам - тежки. При нагряване на оловен кристал (твърдо вещество) състояние в течност дори при 324 ° С, като волфрам остава твърдо вещество до температура от 10 пъти по-висока (волфрам температура на топене 3400 ° С).

Ето защо, по-специално имот е взет поотделно, не може да се характеризира качеството на материала. За по-пълно характеризиране на качествата се определят редица свойства, най-важното за специфичните условия на употреба.

Една от основните цели на материали учени е правилния избор на материал за производство на конструктивни елементи, инструменти и продукти за специални цели. При разработването и избора на метали и сплави се ръководи от основните изисквания: необходимото ниво на имоти за изпълнение, достатъчни характеристики на технологични свойства, приемливи икономически показатели на производството на сплави и изделия от тях.

Свойствата на изпълнение се определят чрез използване на стоките, условията на работата му и дадените механични, физически, и химични свойства. За структурни материали, наложени преди всичко от изискванията на здравина, еластичност и якост на счупване. За да се контролира термичната обработка на продукти от конструкционни материали, описани изисквания за твърдост и дълбочина на закалени слой. За зареждане на продуктите са предмет на допълнителни изисквания за добив сила, на границата на издръжливост, издръжливост и други свойства. Най-важната характеристика на работата на продукти е корозионната устойчивост.

Технологични свойства определят поведението на сплавта при производството на продукти. Чрез технологичните свойства са леене свойства, способността да обработва налягане, характеристиките на обработваемост, заваряемост. Ниските технологични свойства на сплавта не позволяват да се направи продукти с посочените параметри. Например, ако на течливостта на сплавта е ниска, тогава не може да се направи част от сложна конфигурация.

Икономическите показатели също оказват влияние върху търсенето на материала. избрания състав сплав определя стойността на разходите за получаване на сплав (метал разходи легиращи елементи, модификатори и други материали), както и разходите за производство на отливки от тях, междинни продукти и продукти. Необходимо е да се вземат предвид капиталовите разходи, свързани с използването на сплавта. Например, ако сплавта се подлага на втвърдяване топлинна обработка е необходимо, предложената техника води до увеличаване на разходите на разходите, като допълнително технологична обработка и монтаж на нова техника. Изключително висока цена ограничава използването на предложената сплав. Изборът на състава на сплава определя цената не само в производството, но използването на продукта. По-ниски експлоатационни разходи могат да блокират увеличението на производствените разходи. Например, част от по-скъпи титанова сплав от алуминий, но експлоатационния й живот без ремонт може да бъде много по-голяма, следователно, използването на титанова сплав части е икономически по-изгодно.



Всички основни свойства на материалите могат да бъдат разделени в следните групи: химични, физични и механични.

химичните характеристики на материали включват химичен състав, включително наличието на примеси, легиращите елементи; способност за химическо взаимодействие с киселини и основи; устойчивост на корозия, както е определено в най-различни условия, засягащи реактивен материал в околната среда, както и някои други свойства.

Физичните свойства включват плътност (специфично тегло) и способността на материала да промени своите продукти и размери на температурно въздействие (топлинно разширение); електропроводимост и електрическо съпротивление; Комплекс магнитни характеристики, като коерцитивност, насищане намагнитване, магнитна проницаемост. Обхватът на термични свойства включват топлинен капацитет, топлопроводимост, радиация коефициент на топлина, излъчвателна повърхност и др.

Чрез механичните свойства включват твърдост, определена чрез различни методи, включително по Бринел, Rockwell, Vickers микротвърдост вдлъбнатина, надраскване. Чрез механичните свойства, определени от опън (компресия, усукване, огъване) екземпляри включват якост на опън (или сила), пропорционално лимит, лимит на еластичност, дават силата, удължаване и намаляване на площ. Характеристики, дефинирани в няколко редуващи се товари в опън, натиск, усукване и огъване, - на границата на издръжливостта. Важна характеристика е определено по силата на динамично натоварване на огъване е издръжливост. Чрез механичните свойства също включват устойчивост на топлина, устойчивост на износване, и други, които са по специални техники.

Химически свойства. Химичният състав на материали определя тяхната структура, включително фазов състав, структура и свойства. Поради това разграничение въз основа на железни сплави и чугун стомана, алуминиеви сплави silumins, дуралуминиум, медна основа сплави месинг, бронз, мед-никелови сплави.

При по-нататъшно проучване на курса, ние гледаме на класификацията на стомани и сплави; може да бъде въглеродна стомана и сплав, като хром, никел-хром, hromonikelmolibdenovye и др. Примесите в стоманена сплав или сплави драстично променя свойствата така примесите са строго ограничени. Особено вредни примеси на сяра и фосфор, в тази връзка се прави разлика обикновено качество стомана, високо качество, високо качество и osobovysokokachestvennye. Металите могат да бъдат химически чисти, технически чист, както се определя от съдържанието на примеси.

Химичният състав на метали и сплави The е строго регламентирано от изискванията на държавните стандарти, които са задължителни за производителите на тези материали. Неотдавна, във връзка с процеса на интеграция, голям брой материали в нашата страна се произвежда за износ, която изисква оценка на техния химичен състав и свойства в съответствие с международните стандарти.

Всеки материал на държавни стандарти са възложени на марката, с помощта на които тя винаги е възможно да се определи техния химически състав.

Например, различни технически алуминий чистота обозначен A5; A7; A8; A9; A99; 999, което съответства на съдържанието на примеси не повече от (съответно) 0.5%; 0.3%; 0.2%; 0.1%; 0.01%; 0.001%.

Стомана класове 10, 15, 20, 30, 40, 45, и т.н. съответства на средното съдържание на въглерод в стомани 0.1%, 0,15%; 0.2%; 0.3%; 0.4%; 0.4 5%, и т.н.

Печати не винаги определят химическия състав на стомана или сплав, и са просто символи, например, стомана марка ST3. Тук, на номер 3 - инсталация стаята. Печати алуминиеви сплави: AD31; D16; AK6. Тук цифри - номер сплав ГОСТ. Същото в титанови сплави: BT3; VT5; VT6; VT22; VT14.

Определяне на химическия състав на сплавта се произвежда от чисто химически методи - аналитична химия, както и методи за физико-химичен анализ :. Спектрални, рентгенови, спектрален флуоресценция, атомна абсорбция и др методи Microprobe анализи позволяват да се определи не само средната химическия състав на материала, но също така съдържанието на компоненти всяка частица в структурата на сплав, е много важно за разнородни материали, включително смеси. Разпределението на елементи в материала може да се определи по метода на радиометрични, така наречения метод на "маркера", като се използват радиоактивни изотопи.

Съвместимост с киселини и основи - е друг химично свойство на материали, които са широко използвани в процесите за получаване на микросхеми на полупроводникови устройства, методи на електрохимична обработка на повърхността, а също и за идентифициране на материали металографски структура по време на ецване.

устойчив на корозия материал се характеризира в стабилността на материала, когато са изложени на условия, външен агресивна среда: атмосферния въздух, влага, морска вода, газове, температура и др.

Висока устойчивост на корозия, причинена от химическия състав на сплавта, неговата структура, което от своя страна се постига чрез режими на метода и топлинна обработка. устойчивост на корозия е един от най-важните химични и експлоатационни свойства на материалите, както и увеличението му се превърна в една от основните цели на създаването на нови сплави и покрития.

Корозия - спонтанен процес на унищожаване на материали от химическата, физико-химична и електрохимична обработка. В механизма на взаимодействие с околната среда разграничение корозия на химически и електрохимически. По вид на агресивни корозионни среди са разделени на газ, атмосферното, в електролитни разтвори, подземни и корозия-Nonelectrolytes течности.

Поради естеството на промените в металната повърхност или неговите физико-химични свойства разграничи генералът (непрекъснат), местна и селективна корозия. Избор подлежи на корозия сплави, съдържащи няколко структурни компоненти - структурна и селективна корозия и сплави на твърди разтвори - корозия компонент-селективен. Твърдият корозията е разделен на еднакво и не са единни и локална корозия може да бъде точка, земните недра, интеркристална, нож, под формата на петна, язви. Най-опасен вид локална корозия - междукристална корозия, която се разпределя по границите на зърното. Местна корозия е по-опасно от една солидна, м. В. Може да доведе до изтичане на местния място и унищожаване.

Под влияние на работното напрежение в структурите могат да се развиват опасен вид унищожение - корозия напукване и корозия под напрежение. Когато стрес корозия напукване може да възникне transgranular експозиция (от гледна точка на кристала) и интеркристална (в границите на кристални) унищожение. Стресът корозия напукване се характеризира с крехко разрушаване. Проблемът на стрес корозия крекинг може да бъде решен чрез извършване на топлинна обработка - отгряване за облекчаване на стрес или създаването на зона на напрежение на натиск повърхност на материала на повърхността студена работа (втвърдяване по време на деформация).

Химическа корозия - материал процес на разрушаване под влияние на не-електролити, течности и газове с висока температура на околната среда. Защитни конструкции, работещи в непроводима течност среда (алкохол, бензен, фенол, бензен, стопена сяра) или олово избор на химичния състав на материала, или прилагане на защитно покритие. корозия на газ се случва, когато се работи при високи температури, това е опасно за топлинно нагряване оборудване, оборудване за горещо формоване и леене. корозия на газ - е преди всичко окислителните процеси, т.е. взаимодействие с кислород среда. На свой ред, оформен върху повърхността на материала е гъста оксид филм може да защити метал от по-нататъшно окисление. Основният метод на защита срещу корозия на газ - използване на топлоустойчиви стомани и сплави и материали за защита на повърхността със специални топлоустойчиви покрития, произведени чрез дифузия насищане на алуминий, хром, силиций или металокерамични покрития.

Електрохимична корозия е причинена от контакт с метални електролит, често във влажна среда чрез електродни реакции. При намиране на метала в разтвора на електролита между повърхността на метала и електролита, потенциална разлика, чиято величина има голям ефект върху характера на процеса на корозия. Потенциалният разликата среща в образуването на електрически двоен слой от заредени частици в метал интерфейс - електролит, което води до появата на потенциална разлика между метала и електролитния разтвор.

Електроден потенциал определя термодинамична стабилност на корозия на метала. Всяка реакция електрод е стандартен потенциал (φ °). Ако поставите реакциите на електрода в съответствие с ценностите на стандартните потенциали, ние се получи електрохимичен напрежение серия на метали:

Li Rb K Ба Sr Ca Na Mg Al Mn Zn Cr Fe Cd Co Ni Sn Pb H 2 Sb Cu Hg Ag Pt Au

Електрохимично серия от метали стрес, който е приложим само за чист (не-оксидирани) метални повърхности, е редовен режим на метал в сравнение със стандартната потенциал водороден електрод, който се приема за нула. От ляво на H 2 са разположени метали с отрицателен стандарт потенциал електрод, отдясно - положително. Метал, което съответства на относително висок стандарт потенциал, например сребро (φ ° = +0,80), наречен благороден метал. Метал, което съответства на ниско стандартно потенциал, като магнезий (φ ° = -2,38), се нарича благороден метал. Така, повече електроотрицателни метали имат по-голяма склонност да галванична корозия.

Определяне на устойчивостта на корозия често са получени при условия, подобни на условията на експлоатация на действителните продукти. Корозионната устойчивост на метали могат да бъдат количествено чрез промяна на масата на метал с корозия за единица време или единица площ; по обем, излъчвана или абсорбира, когато корозията на газ за единица време или единица площ; да се намали метал дебелината на пробата за единица време (мм / година); на корозия плътност на тока.

Най-важните характеристики на устойчивост на корозия са устойчивост на корозия, склонност към интеркристална фрактура (интеркристална корозия), чувствителност към подчертая корозия, устойчивост на топлина, мащабиране съпротива, и други.

Физичните свойства. Характеризира тегло вещество плътност на единица обем и се измерва в кг / м 3 (г / cm3). Плътността зависи от структурата и масата на атома, атомите на опаковъчния материал в кристалната решетка и може да варира в присъствието на метал в микро- и макроскопски дефекти. Следователно, тази характеристика може да бъде използвана за определяне на броя на елементите, включени в материала, ако са известни на тези елементи. Освен това, определянето на известен постоянен химичен състав и материална плътност може да даде информация за броя на дефекти в действителния продукт (макро- и микропори сочат дефекти - свободни работни места).

Теоретичната плътност на материала се изчисляват. Действителната плътност на материала се определя експериментално и могат да бъдат изчислени чрез претегляне на пробата след пряк и точно измерване на размерите му. Основната най-точен метод за определяне на плътността не зависи от формата на тестовата проба е хидростатично метод тегло в съответствие със закона на Архимед На тяло, потопено в течност, действа плаващата сила, равна на теглото на течността изместен от тялото. " Тежест метод се прилага два пъти: за въздух и течност (вода, алкохол) с точно известна плътност при контролирана температура, последвано от изчисляване.

промените силата на звука и линейна при повишаването на температурата в размер на тялото се взема предвид и промяната в плътността на целия характеристика коефициента на линейно топлинно разширение и обем. Коефициентът на линейно топлинно разширение α се измерва в ° C -1 и е самостоятелно характеристика физични свойства на материалите. Например за алуминиев Средната температурен коефициент на линейно разширение от 20 до 100 ° С е 23,8 х 10 6 ° C -1, мед - 6.8 · 106 ° С-1. коефициент на линейно разширение описва способността на материала да се променят размерите на температурни промени.

Проводимостта и съпротивление - структуроопределяща чувствителни свойства на материалите. електрическо съпротивление ρ Измерената в microohm см, например, специфичното съпротивление на сплав на базата на никел, константан, 0.46 п равно Nm, мед - 0,0172 MO · т.

Проводимост γ (проводимост) - реципрочната стойност на специфична електрическото съпротивление 1 / ρ, тя се измерва в ома-1 см-1, МО -1 · см-1.

Електрическите свойства зависят от вида на метала - база сплав, съотношението на компонентите в материала, размерът на частиците на материала, концентрацията на компонентите на етапи. Измерванията на електрическата проводимост и се предоставя информация за структурата на сплави на разработване на технологичния процес на преструктуриране на кристалната решетка, промените броя (съотношение) на фази в сплави по време на нагряване и охлаждане.

Освен това, електрическото съпротивление и електропроводимостта на имоти материали за изпълнение са от решаващо значение, и следователно може да се използва като базовите характеристики, оценка на качеството на продуктите, след изготвянето им, съгласно технологичния процес или други процеси за производство на продукти.

Като се има предвид магнитни свойства на материалите може да бъде крайната цел на определяне на магнитните характеристики на части, като постоянни магнити, трансформатор и динамо стомана.

Магнитни свойства се определят чрез анализ на така наречените "магнитни хистерезисната крива". Основните характеристики на магнитните свойства е W - специфична магнитна енергия (J / m 3), Br - остатъчна индукция на магнитното поле, T, Hc - принудителна сила (A / m), M N - относителна пропускливост, и други.

Магнитни свойства често корелират с промени в механичните характеристики на обработвания материал, така че те се използват за създаване на безразрушителен контрол на качеството на стоманени продукти и други феромагнитни материали.

Термични свойства. Основните топлофизичните свойства на строителни материали, топлопроводимостта и специфичната топлина са вещества. Специфична топлина се измерва с р в J / (кг · ° С), на топлопроводимост ДълЖината - W / (m · ° С). Тези характеристики са важни за анализа на процесите на отопление и охлаждане в различни условия на получаване на продукти и процеси в употреба. Техните стойности зависят от температурата, се определя чрез директно измерване на температурата по отношение на изпълнение на експерименти с използването на специално оборудване топлообмен и изчисление на базата на класическите закони на термодинамиката. Например, топлинен капацитет от алуминиева сплав AMg6 при 100 ° С е 922 J / (кг · ° С) и топлопроводимост - 122 W / (m · ° С). Забележителни резултати от измервания на капацитета на топлина и топлопроводимост от различни материали са концентрирани в специални справочници, които се препоръчват да се използва за всякакви изчисления, включително топлопреносни процеси вътре въпросния продукт, и в неговото взаимодействие с повърхността на заобикалящата процес течност.

Оперативните свойства на материала, посочени, които определят ефективността на части от машини, апарати или инструменти и техническа и оперативна тяхното изпълнение.

Ефективността на по-голямата част от машинни части и продукти осигурява ниво на механични свойства. Механические свойства характеризуют поведение материала под действием внешней нагрузки. Так как условия нагружения деталей машин чрезвычайно разнообразны, то механические свойства включают большую группу показателей. Работоспособность отдельной группы деталей машин зависит не только от механических свойств, но и от сопротивления воздействию химически активной рабочей среды. Если такое воздействие становится значительным, то определяющими становятся физико-химические свойства материала – жаростойкость и коррозионная стойкость.

Жаростойкость характеризует способность материала противостоять химической коррозии, развивающейся в атмосфере сухих газов при повышенной температуре. У металлов при нагреве на поверхности образуется оксидный слой (окалина). Количественные показатели жаростойкости: скорость окисления, оценивающая интенсивность изменения массы металла (г/м 2 ·ч), или скорость роста толщины оксидной пленки на поверхности (мкм·ч); допустимая рабочая температура металла, при которой скорость его окисления не превышает заданного значения.

Коррозионная стойкость – это способность металла противостоять, например, электрохимической коррозии, которая развивается при наличии жидкой среды на поверхности металла и ее электрохимической неоднородности. Количественные показатели коррозионной стойкости: скорость электрохимической коррозии, оценивающая интенсивность изменения массы металла (г/м 2 ·ч) или линейных размеров образца (мкм/ч); степень изменения механических свойств под влиянием повреждения поверхности.

Технологические свойства . Изготовление изделий из материалов производится различными способами обработки давлением, литьем, механической обработкой. Для оценки возможности использования различных схем обработки необходимо учитывать технологические свойства материалов.

Технологичность оценивается способностью к обрабатыванию резанием, например, отделением стружки при резании, технологической пластичностью при обработке давлением, свариваемостью, жидкотекучестью и усадкой при литье, а также прокаливаемостью, склонностью к деформации и короблению при термической обработке. Технологичность материала имеет важное значение, так как от нее зависит производительность и качество изготовления деталей.