Пластичность металла. Определение пластичности металла.

Пластичность металлов.

Раздел: БИБЛИОТЕКА ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ Короткий путь https://bibt.ru
<<�Предыдущая страница Оглавление книги Следующая страница>>

Пластичностью называется способность металла принимать под действием нагрузки новую форму не разрушаясь.

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.

Величина относительного удлинения определяется при испытании следующим образом.

Сначала вычисляется общее удлинение образца при разрыве l1-l0, т. е. из его длины в момент разрыва l1 вычисляется первоначальная длина l0. Полученная разность могла бы служить показателем пластичности металлов только в том случае, если бы длина образцов для испытания была всегда одинаковой.

При различной же начальной длине образцов величина их удлинения для сравнения пластичности металлов является недостаточной, так как длинные образцы будут удлиняться при разрыве больше, чем короткие образцы из того же металла.

Поэтому, чтобы иметь возможность сравнивать пластичность различных металлов, необходимо учитывать, какова начальная длина образца и какое он получил удлинение при разрыве относительно первоначальной ее длины.

Относительное удлинение принято численно выражать в процентах по отношению к первоначальной длине образца и обозначать буквой δn.

Пример.. Первоначальная длина образца l0 = 200 мм; длина при разрыве оказалась равной 236 мм; удлинение образца составило 236—200 = 36 мм. Относительное удлинение

Относительное удлинение (%) при испытании некоторых металлов составляет: для цинка 20, алюминия 40, олова 40, железа 45, свинца 45, никеля 50, меди 50.

Вторую величину, характеризующую пластичность металлов,— относительное сужение при разрыве ψ определяют подобным же способом:

где F0 — начальная площадь поперечного сечения образца до испытания, мм2; F1 — площадь поперечного сечения образца в месте разрыва, мм2.

Таким образом, относительное сужение представляет собой отношение величины уменьшения площади поперечного сечения образца при разрыве к первоначальной площади поперечного сечения.

Перейти вверх к навигации

Характеристика технологических свойств металлов и сплавов

Деформация металлов и сплавов определяется их свойства­ми, которые рассматриваются как технологические, так как они определяют технологический режим их обработки дав­лением. К ним относятся пластичность, сопротивление де­формации, чувствительность к напряжениям и склонность к образованию дефектов.

Пластичность металла — способность его под действием приложенных внешних сил деформироваться без нарушения сплошности. При обработке металлов давлением (прокатке, ковке, прессовании и т. д.) на пластичность металла влияет степень деформации (обжатие), температура деформации, скорость деформации, химический состав металла и его строение, характер напряженного состояния при деформа­ции и др.

Показателем пластичности служит степень деформации, выраженная в виде относительного обжатия. Ю. М. Чижи­ков для оценки пластичности ввел понятие «предел плас­тичности», который характеризуется величиной относитель­ного обжатия, при котором начинается нарушение сплош­ности металла. Чем выше предел пластичности металла в широком интервале температур, тем большим запасом плас­тичности он обладает и тем легче его деформировать. По­этому чем выше пластичность металла, тем большую сте­пень суммарного обжатия е он выдерживает без разруше­ния.

В зависимости от величины предела пластичности ус­ловно различают металлы и сплавы: наивысшей пластично­сти (>0,8 ε); высокой пластичности (0,6÷0,8 ε); средней пластичности (0,4÷0,6 ε); пониженной пластичности (0,2÷0,4 ε); низкой пластичности (≤0,2 ε). Многие марки ста­лей по своим пластическим свойствам относят к категории высокой и даже наивысшсй пластичности. К категориям средней и высокой пластичности относят большинство леги­рованных сталей. Высоколегированные стали и сплавы об­ладают средней и в ряде случаев пониженной пластично­стью.

Существует мнение, что если металл «мягкий», то он может быть деформирован без разрушения, т. е. он плас­тичный. Это не всегда правильно. Мягкий металл, обладая малым сопротивлением деформации, при определенных условиях может быть не пластичным и, наоборот, «твер­дый» металл, т. е. металл, обладающий большим сопротив­лением деформации, может иметь высокие пластические свойства. Например, технически чистое железо, обладаю­щее очень малым сопротивлением деформации, при температуре 1000—1050 °С не пластично и при деформации раз­рушается, а быстрорежущая сталь, обладая сопротивлени­ем деформации в 2—3 раза больше, чем технически чистое железо, при этих же температурах деформируется без раз­рушения.

Сопротивление деформации — очень важное технологическое свойство. При одинаковых условиях деформации чем выше сопротивление деформации того или иного ме­тала или сплава, тем труднее его прокатывать. Стали, об­ладающие большим сопротивлением деформации, прихо­дится прокатывать е меньшими обжатиями или использо­вать для этого более мощное оборудование и т. п.

Сопротивление деформации в большей степени зависит от химического состава стали. Влияние химического соста­ва стали на сопротивление деформации складывается через изменение его механических свойств (пределов прочности и текучести), а также через изменение коэффициента тре­ния.

Пластичность металлов и сплавов определяется растя­жением (удлинением и сжатием), скручиванием, ударным изгибом, осадкой, прокаткой на клин. Показатели пластич­ности следующие: при ратяжении — относительное удлине­ние δ, % и относительное сжатие ψ, %; при ударном изги­бе — ударная вязкость ан,Дж/м2; при скручивании — число кручений до излома; при осадке и прокатке на клик — относительное обжатие ∇h/h0.

При растяжении образцы устанавливают в зажимах машины для испытания на разрыв и растягивают при все увеличивающейся нагрузке до полного разрыва. При этом испытании определяют временное сопротивление σв, Па, и предел текучести σт, Па, которые имеют большое значение при определении сопротивления металла деформации. Ис­пытания производят прн различных температурах (напри­мер, от 20° до 1300°С). Испытание на растяжение отвечает условиям, соответствующим линейному напряженному сос­тоянию.

На рис. 48 приведены кривые относительных удлинений δ и сжатия ψ сплава, испытанного при температурах от 20° до 1100°С. Кривые показывают, что при 700°С оба по­казателя пластичности имеют наименьшее значение. При дальнейшем повышении температуры удлинение и сжатие возрастают, достигая при 1000 °С таких же значений, как и при комнатной температуре, и значительно превышая их при более высоких температурах.

Показатели пластичности, полученные методом растя­жения, дают важные характеристики пластичности спла­вов. При сравнении между собой кривых удлинения и сжа­тия различных сплавов или одного и того же сплава, вы­плавленного различными способами можно установить, ка­кой сплав или плавка обладает большей или меньшей пла­стичностью и каковы вообще пластические свойства данной стали или сплава. Следует отметить, что показатели пла­стичности, полученные методом растяжения, не дают воз­можности в достаточной мере точно определить температу­ру горячей деформации (прокатки, ковки, прессования).

При испытании на ударный изгиб образцы квадратного сечения с надрезом посередине длины нагревают до темпе­ратуры испытания. Излом образцов производят на копре.

На рис. 49 приведена кривая ударной вязкости aн одного сплава, по которой можно установить, что наилучшей тем­пературой деформации сплава является 1150—1200°С.

Испытание на скручивание производят на приборе, снаб­женном электрической трубчатой печью. Один конец об­разца закрепляют не­подвижно, другой вра­щается от соответству­ющего привода. Обра­зец при заданной тем­пературе подвергают скручиванию до изло­ма. Чем выше пластич­ность, тем больше число скручиваний на 360° до излома выдерживает металл. На рис. 50 приведены кривые, по­лученные испытанием на горячее скручивание стали марок 15, 40ХН, У10. По этим кривым можно установить температуру нагрева металла, при которой достигается наивысшая пластичность.

При испытаниях методом прокатки на клин используют образцы, изготовление до требуемых размеров отливкой, прокаткой или ковкой из слитков. Относительное обжатие, при котором начинается нарушение сплошности, представ­ляет собой предел пластичности металла в данных услови­ях. Исследуя пластичность металла по методу прокатки на клин в широком интервале температур, можно получить полную характеристику пластичности металла с любыми природными свойствами при прокатке его со свободным уширением, т.е. при самых неблагоприятных условиях де­формации.

По результатам исследования пластичности методом прокатки на клин можно установить температурный режим начала и конца прокатки и допустимые обжатия.

Свойства металла

Почему специалисты по изготовлению и ремонту украшений ставят золото на первое место? В первую очередь, это связано с превосходной пластичностью: из 1 грамма металла можно вытянуть проволоку длиной до 3-х километров, слитки золота проковываются в листы, толщина которых измеряется в десятитысячных долях миллиметра. Этим золотом покрыты купола храмов, называют его сусальным. На вид оно довольно интересное: на просвет дает сине-зеленый оттенок.

Чистое золото может раствориться в «царской водке». Так называют смесь из двух концентрированных кислот: азотной и соляной. Самый пластичный металл в таблице находится под номером 79, температура плавления – 1064 °С, плотность составляет 19,32 г/см3. По теплопроводности и электрическому сопротивлению золото уступает только серебру и меди.

Золото в чистом виде слишком мягкое, поэтому ювелирные украшения делают, как правило, из сплавов. Чаще всего к золоту добавляют серебро или медь. Задумывались ли раньше, что означает «проба» на украшениях? Это содержание золота в чистом виде в тысячных долях. 999 проба считается чистым золотом.

Применение

Издавна золото использовалось в качестве объекта инвестирования, кроме того активное применение оно нашло и в ювелирной промышленности.

Во многих странах золотые монеты использовались как деньги. Несмотря на это в качестве мировой валюты его признали только в 19 веке. В 1922 году в России в обороте появились банковские билеты с золотым содержанием, получившие названия «червонцев». Один банковский билет приравнивался к 10-ти золотым рублям старой чеканки.

Золото – самый распространенный материал, который используется при изготовлении ювелирных украшений. Чем выше проба золота, тем лучшей стойкостью к коррозии будет обладать материал, прочность и различные оттенки цветов придают изделию серебро и медь.