Механические свойства металлов и сплавов. Способы определения

К механическим свойствам металлов и сплавов относятся: прочность, твердость, упругость, пластичность, ударная вязкость, ползучесть и усталость. Прочность - это способность металла или сплава противостоять деформации и разрушению под действием приложенных нагрузок - растягивающих, сжимающих, изгибающих, скручивающих и срезающих (рис. 76). Нагрузки бывают внешними (вес, давление и др.) и внутренними (изменение размеров тела от нагревания и охлаждения, изменение структуры металла и т. д.), а также статическими, т. е. постоянными по величине и направлению действия, или динамическими, т. е. переменными по величине, направлению и продолжительности действия. Методы определения прочности рассмотрены отдельно.
Твердостью называется способность металла или сплава оказывать сопротивление проникновению в него другого, более твердого тела. Применяют следующие способы испытания твердости металлов и сплавов вдавливанием в поверхность образца:
стального закаленного шарика диаметром 2,5; 5 или 10 мм - определение твердости по Бринеллю;
стального закаленного шарика диаметром 1,588 мм или алмазного конуса с углом 120° - определение твердости по Роквеллу;
правильной четырехгранной алмазной пирамиды – определение твердости по Виккерсу.
Упругостью называется способность металла или сплава восстанавливать первоначальную форму после прекращения действия внешней нагрузки. Пластичностью называется способность металла или сплава, не разрушаясь, изменять форму под действием нагрузки и сохранять эту форму после ее снятия.
Ударной вязкостью называется способность металла или сплава сопротивляться действию ударных нагрузок. Ударная вязкость измеряется в кгс•м/см² (Дж/м²).
Ползучестью называется свойство металла или сплава медленно и непрерывно пластически деформироваться под действием постоянной нагрузки (особенно при повышенных температурах).
Усталостью называется постепенное разрушение металла или сплава при большом числе повторно-переменных нагрузок; свойство выдерживать эти нагрузки называется выносливостью.

20.2 Термообработка быстрорежущих инструментальных сталей. Особенности. Возможные дефекты. Микроструктура быстрорежущей стали в литом состоянии имеет эвтектическую структурную составляющую. Для получения оптимальных свойств инструментов из быстрорежущей стали необходимо по возможности устранить структурную неоднородность стали – карбидную ликвацию. Для этого слитки из быстрорежущей стали подвергаются интенсивной пластической деформации (ковке). При этом происходит дробление карбидов эвтектики и достигается более однородное распределение карбидов по сечению заготовки.

Затем проводят отжиг стали при T 860…900^oС. Структура отожженной быстрорежущей стали – мелкозернистый (сорбитообразный) П и карбиды, мелкие эвтектоидные и более крупные первичные. Количество карбидов около 25 %. Подавляющее количество легирующих элементов находятся в карбидной фазе. Для получения оптимальных свойств стали в готовом инструменте необходимо при термической обработке обеспечить максимальное насыщение М ЛЭ. При закалке быстрорежущие стали требуют нагрева до очень высоких T, около 1280^oС. Нагрев осуществляют в хорошо раскисленных соляных ваннах BaCl_2/, что улучшает равномерность прогрева и снижает возможность обезуглероживания поверхности. Для снижения терм. фазовых напряжений нагрев осущ. ступенчато: замедляют нагрев при T 600…650^oС и при 850…900^oС.

График режима термической обработки быстрорежущей стали Охлаждение от закалочной температуры производится в масле. Структура стали после закалки состоит из легированного, очень тонкодисперсного М, значительного количества (30…40 %) остаточного А и карбидов вольфрама. Твердость составляет 60…62 HRC.

Для макс. удаления А остаточного проводят трехкратный отпуск при T 560^oС. При нагреве под отпуск выше 400^oС наблюдается увеличение твердости. Это объясняется тем, что из легированного остаточного А выделяются легированные карбиды. Аустенит при охлаждении от T отпуска превращается в T отпуска, что вызывает прирост твердости. Увеличению твердости содействуют и выделившиеся при T отпуска мелкодисперсные карбиды ЛЭ. Макс. твердость достигается при T отпуска 560^oС. После однократного отпуска количество А остаточного снижается до 10%. Чтобы уменьшить его количество до мин., необходим трехкратный отпуск.

Твердость стали после отпуска составляет 64…65 HRC. Структура стали после термообр. это М отпуска и карбид.

При термической обработке быстрорежущих сталей применяют обработку холодом. После закалки сталь охлаждают до T — 80 - 100^oС, после этого проводят однократный отпуск при T 560^oС для снятия напряжений. Иногда для повышения износостойкости быстрорежущих сталей применяют низко T цианирование. Основными видами режущих инструментов из быстрорежущей стали являются резцы, сверла, долбяки, протяжки, метчики машинные, ножи для резки бумаги. Дефекты: недостаточная твердость, повышенная хрупкость трещины.