Матеріалознавство

 

Довговічність – властивість матеріалу зберігати експлуатаційні характеристики до граничного стану, який визначається ступенем руйнування, вимогами безпеки та економічними міркуваннями.

Збереженість – властивість матеріалу зберігати обумовлені експлуатаційні показники терміном збереження, транспортування, встановленого технічною документацією.

Функціональність – це відповідність матеріалу своєму призначенню.

Ергономічність – здатність матеріалу забезпечувати високопродуктивну працю при мінімальній втомі і витратах енергії людини.

Економічність – забезпечення витрат на виготовлення та обробку матеріалу при отриманні найбільшого економічного ефекту при його раціональному використанні.

Естетичність – властивість матеріалу задовольняти сприйняттю відчуттям людини. Це колір, фактура, блиск тощо.

 

Лекція 7

 

8. Способи керування властивостями матеріалів.

Зміна властивостей матеріалів, наприклад збільшення міцності металів, розв’язується утворенням потрібної будови шляхом направленої кристалізації, створенням відповідних хімічних композицій чи використанням різних способів обробки матеріалів.

Обробка матеріалів – це дії, направлені на зміну властивостей матеріалу при виконанні технологічних процесів. До найбільш розповсюджених видів обробки матеріалів відносять механічну та термічну обробку.

 

8.1.Керування  структурою  та  властивостями  шляхом  направленої кристалізації.

При розгляданні процесу кристалізації сплавів було встановлено, що на розмір  зерна  впливають  ступінь  переохолодження,  температура  розплаву, його хімічний склад. Кристалізація сплавів по описаному механізму називається самовільною або спонтанною.

При направленій кристалізації джерелом утворення зародків зерен є тверді частки, що вводяться в розплав. Якщо домішки мають кристалічні ґратки, що близькі за будовою до кристалізованому металу, то вони відіграють роль готових центрів кристалізації. Чим більше домішок, тим більше центрів кристалізації, тим дрібніше розмір зерен сплаву.

Використання домішок для отримання дрібного зерна називається модифікуванням. При модифікуванні в розплавлений метал (сплав) вводять певну кількість спеціальних речовин (модифікаторів), які, практично не змінюючи хімічного  складу,  визивають  при кристалізації подрібнення зерна, тим самим сприяють   покращенню механічних та технологічних властивостей.

 

Наприклад, при модифікуванні   магнієвих сплавів зерно зменшується від 0,2 – 0,3 мм до 0,01 – 0,02 мм.

Модифікування використовують при отриманні литих габаритних заготовок, фасонних виливків складної форми.

В якості модифікаторів використовують тугоплавкі з'єднання – карбіди, нітриді, оксиди, що кристалізуються в першу чергу. Виділяючись у вигляді дрібних часток, ці з'єднання служать центрами кристалізації.

 

8.2.Легування сплавів.

Одним з способів керування властивостями сплавів є створення хімічних композицій. При введенні в розплав домішок, вони можуть утворювати з металом тверді розчини, розчинюючись в ньому, чи давати самостійні спеціальні композиції – хімічні чи інтерметалеві  з'єднання. Технологічний процес введення цих добавок називають легуванням.

Легуючі елементи це спеціальні, штучно введені добавки, які змінюють властивості сплаву в потрібному напрямку.

Позначення легуючих елементів надано в таблиці 1.

Таблиця 1. – Умовні позначення легуючих елементів  в чорних та кольорових сплавах

 

Продовження таблиці 1.

 

Легування сплавів використовують для покращення їх механічних та технологічних властивостей. Легуванням можна підвищити границю текучості, ударну в’язкість, міцність, пластичність, корозійну стійкість, гартованість.

 

8.3.Механічна обробка.

Механічна обробка полягає в утворенні необхідних форм і властивостей з різного роду матеріалів шляхом переміщення чи відділення шарів матеріалу. Розрізняють механічну обробку тиском і обробку різанням.

Обробка тиском – полягає в пластичному деформуванні чи розділенні матеріалу без утворення стружки. Обробку тиском поділяють на об'ємну і поверхневу. До об'ємної обробки тиском відносять прокатку, волочіння, штампування, пресування, до поверхневої – кування, поверхневий наклеп, накатка.

Обробка різанням – полягає у формоутворенні   поверхонь відділенням стружки матеріалу. Утворення поверхні супроводжується руйнуванням поверхневих шарів матеріалу.

 

8.4.  Деформація полікристалів. Види деформацій та їх характеристика

Обробка металів тиском ґрунтується на використанні однієї з основних механічних властивостей металів – пластичності. Деформація проявляється в незворотній зміні форми та розмірів тіла під дією зовнішніх сил без порушення його цілісності, яка супроводжується зміною структури та механічних властивостей металу. Також деформація може викликатись різними фізикомеханічними процесами, що відбуваються в самому тілі.

Внаслідок дії зовнішніх сил та наявності в металі внутрішніх дефектів, тріщин, надрізів, неоднорідності структури всередині зразків виникають кон-

 

центратори напружень.  Їх  поділяють  на  тимчасові  напруження,  зумовлені дією зовнішніх сил и зникаючі після припинення дії сили і внутрішні залишкові напруження, що виникають в тілі і залишаються незмінними. Останні напруження можуть викликатися всередині тіла без дії зовнішніх сил, а саме в процесі швидкої зміни температур, неоднорідності структури внутрішньої і поверхневої будови. Ці напруження називають термічними, фазовими чи структурними.

Деформація полягає в переміщенні одних атомів щодо інших під дією сил. В залежності від наслідків зсуву розрізняють пружну деформацію і пластичну деформацію.

Пружною називають деформацію, вплив якої на форму, структуру і вла-

стивості тіла повністю зникає після припинення дії зовнішніх сил. Під дією прикладеного навантаження відбувається незначне, повністю зворотне, змішення атомів чи поворот блоків   на відстані, значно менші міжатомних. Пружна деформація не викликає помітних змін в структурі та властивостях матеріалів.

Пластична деформація – це незворотні зміни, яких набуває тіло під дією зовнішніх сил. Вона здійснюється при зміщенні атомів на