Что такое эксплуатационные свойства материала

Технологические и эксплуатационные свойства конструкционных материалов

Способность материала подвергаться различным методам горячей и холодной обработки определяют по его технологическим свойствам.

Прокаливаемость — способность стали приобретать в результате закалки мартенситную или мартенситно-трооститную структуру с высокой твердостью в слое определенного размера. Количественно прокаливаемость характеризуется критическим диаметром dкр, представляющим собой максимальный диаметр заготовки, в которой в результате закалки получается мартенситная или полумартенситная (50 % мартенсита + 50 % троостита) структура.

Обрабатываемость — способность материалов подвергаться механической обработке резанием. Это технологическое свойство можно оценивать одним или несколькими показателями, к которым относят допустимую скорость резания, стойкость инструмента при стандартных режимах резания; шероховатость обработанной поверхности и т. п. Производительность и себестоимость обработки зависят главным образом от допустимой скорости резания, поэтому данный показатель обрабатываемости является основным. Это свойство материалов определяется их химическим составом, структурным состоянием, механическими и теплофизическими свойствами. Так, из всех конструкционных материалов, применяемых в машиностроении, магний обладает наиболее высокой обрабатываемостью. Однако он склонен к возгоранию в процессе механической обработки, поэтому при резании требуется соблюдение специальных мер техники безопасности.

Способность объемной заготовки принимать необходимую форму под влиянием внешней нагрузки без разрушения и при наименьшем сопротивлении нагрузке оценивается деформируемостью. Это технологическое свойство определяется сопротивлением деформированию и пластичностью, которые, в свою очередь, зависят от строения атома, атомно-кристаллического строения, химического состава, макро- и микроструктуры материала, а также от условий деформирования. Наиболее широкое применение в процессах обработки давлением получили заготовки из стали, алюминиевых, магниевых, медных и титановых сплавов.

К литейным свойствам металлов относят такие технологические свойства, которые проявляются при заполнении литейной формы и кристаллизации отливок в форме. Наиболее важные литейные свойства — жидкотекучесть, усадка (объемная и линейная), склонность сплавов к ликвации, образованию трещин, усадочных раковин и пористости, поглощению газов и др. На литейные свойства влияют химический состав расплава, температура его заливки, скорость охлаждения сплава в форме, масса, конструкция отливки и литейной формы. Так, серый чугун обладает высокими литейными свойствами, и отливки из этого сплава могут быть получены как в песчаных, оболочковых, так и в металлических формах. Он имеет высокую жидкотекучесть, которая позволяет изготавливать отливки с минимальной толщиной стенки 3. 4 мм, и малую усадку (0,9. 1,3 %), обеспечивающую получение отливок без усадочных раковин, пористости и трещин.

Свариваемость — технологическое свойство материалов или их сочетаний при установленной технологии сварки образовывать соединения, отвечающие конструктивным требованиям и условиям эксплуатации изделия. Свариваемость зависит, с одной стороны, от материала, технологии сварки, конструктивного оформления соединения, а с другой — от требуемых эксплуатационных свойств сварной конструкции. Если требования к эксплуатационным свойствам сварных соединений выполняются, то свариваемость материала считается хорошей. При пониженной свариваемости образуются горячие и холодные трещины в шве и зоне термического влияния. К таким дефектам склонны высокоуглеродистые и легированные стали, магниевые и алюминиевые сплавы.

Технологические свойства часто определяют выбор материала для изготовления конструкции. Разрабатываемые материалы могут быть внедрены в производство только в том случае, если их технологические свойства удовлетворяют необходимым требованиям. Например, широкому внедрению композиционных материалов препятствуют их низкие технологические свойства.

Эксплуатационные свойства характеризуют способность материала работать в конкретных условиях:

износостойкость — способность материала оказывать сопротивление изнашиванию в определенных условиях трения, оцениваемое величиной, обратной скорости изнашивания или интенсивности изнашивания;

коррозионная стойкость — способность материала сопротивляться воздействию агрессивных (кислотных, щелочных) сред;

жаростойкость — это способность материала сопротивляться окислению в газовой среде при высокой температуре;

жаропрочность — это способность материала сохранять свои свойства при высоких температурах;

хладостойкость — способность материала сохранять пластические свойства при отрицательных температурах;

антифрикционность — способность материала обеспечивать низкий коэффициент трения скольжения.

Эти и другие эксплуатационные свойства определяют в ходе специальных испытаний в зависимости от условий работы изделий. При выборе материала для создания конструкции необходимо полностью учитывать механические, физико-химические, технологические и эксплуатационные свойства.

Источник

Эксплуатационные свойства.

Эксплуатационные свойства характеризуют способность материала работать в конкретных условиях.

1. Износостойкость – способность материала сопротивляться поверхностному разрушению под действием внешнего трения.

2. Коррозионная стойкость – способность материала сопротивляться действию агрессивных кислотных, щелочных сред.

3. Жаростойкость – это способность материала сопротивляться окислению в газовой среде при высокой температуре.

4. Жаропрочность – это способность материала сохранять свои свойства при высоких температурах.

5. Хладостойкость – способность материала сохранять пластические свойства при отрицательных температурах.

6. Антифрикционность – способность материала прирабатываться к другому материалу.

7. Герметичность – способность изделия (корпуса), отдельных её элементов и соединений препятствовать газовому или жидкостному обмену между средами, разделёнными этой оболочкой

Эти свойства определяются специальными испытаниями в зависимости от условий работы изделий.

При выборе материала для создания конструкции необходимо полностью учитывать механические, технологические и эксплуатационные свойства.

Эти свойства оп­ределяют в зависимости от условий работы ма­шины специальными испытаниями. Одним из важнейших эксплуатационных свойств является износостойкость.

Износостойкость — свойство материала оказывать сопротивление износу, т. е. постепен­ному изменению размеров и формы тела вслед­ствие разрушения поверхностного слоя изделия при трении. Испытание металлов на износ проводят на образцах в лабораторных условиях, а деталей — в условиях реальной эксплуатации. При испытаниях образцов моделируются условия трения, близкие к реальным. Величину износа об­разцов или деталей определяют различными спо­собами: измерением размеров, взвешиванием об­разцов и другими методами.

На герметичность или плотность испытывают емкости для хранения жидкостей, сосуды и трубопроводы, работающие при избыточном давлении, путем гидравли­ческого и пневматического нагружений, с помощью течеискателей и керо­сином.

При гидравлическом испытании емкости наполняют водой, а в сосу­дах и трубопроводах создают избыточное давление жидкости, превышаю­щее в 1,5-2 раза рабочее давление. В таком состоянии изделие выдержива­ют в течение 5-10 мин. Изделие осматривают в целях обнаружения течи, ка­пель и отпотеваний. При пневматическом испытании в сосуды нагнетают сжатый воздух под давлением, которое на 0,01-0,02 МПа превышает атмо­сферное. Соединение смачивают мыльным раствором или опускают в воду. Наличие неплотности в изделии определяют по мыльным или воздушным пу­зырькам.

При испытании с помощью течеискателей внутри сосуда создают ва­куум, а снаружи изделие обдувают смесью воздуха с гелием. При наличии неплотностей гелий проникает в сосуд, откуда отсасывается в течеискатель со специальной аппаратурой для его обнаружения.

5. НЕРАЗРУШАЮЩИЙ КОНТРОЛЬ

В зависимости от физических явлений, положенных в основу неразрушающего контроля подразделяет его на виды (ГОСТ 18353-79 «Контроль неразрушающий. Классификация видов и методов»):

Вид контроля – это условная группировка методов неразрушающего контроля, объединенная общностью физических принципов, на которых они основаны. Методы каждого вида неразрушающего контроля классифицируются по определенным признакам:

— характеру взаимодействия физических полей с объектом;

— первичным информативным параметрам;

— способам получения первичной информации.

5.1. Визуально-оптический контроль (ВОК)

Задачи ВОК

Глаз человека исторически являлся основным контрольным прибором в дефектоскопии (РД 03-606-03. ИНСТРУКЦИЯ ПО ВИЗУАЛЬНОМУ И ИЗМЕРИТЕЛЬНОМУ КОНТРОЛЮ). Глазом контролируют исходные материалы, полуфабрикаты, готовую продукцию, обнаруживают отклонения формы и размеров, изъяны поверхности и другие дефекты в процессе производства и эксплуатации: остаточную деформацию, пористость поверхности, крупные трещины, подрезы, риски, надиры, следы наклёпа, раковины и т.д.

Однако возможности глаза ограничены, например, при осмотре быстро перемещающихся объектов или удалённых объектов, находящихся в условиях малой освещённости. Даже при осмотре предметов, находящихся в покое на расстоянии наилучшего зрения в условиях нормальной освещённости, человек может испытывать трудности из-за ограниченной разрешающей способности и контрастной чувствительности зрения.

Для расширения возможностей глаза используют оптические приборы. Они увеличивают угловой размер объекта, при этом острота зрения и разрешающая способность глаза увеличиваются примерно во столько же раз, во сколько увеличивает оптический прибор (ГОСТ 23479-79 Контроль неразрушающий. Методы оптического вида.). Это позволяет увидеть мелкие дефекты, невидимые невооружённым взглядом, или их детали. Однако при этом существенно сокращается поле зрения и глубина резкости, поэтому обычно используются оптические приборы с увеличением не более 20-30Х.

Оптические приборы эндоскопы позволяют осматривать детали и поверхности элементов конструкции, скрытые близлежащими деталями и недоступные прямому наблюдению (Рис.5.1.).

Рис.5.1. Внешний вид эндоскопа

Визуальный контроль с использованием оптических приборов называют визуально-оптическим.

Визуально-оптический контроль и визуальный осмотр – наиболее доступный и простой метод обнаружения поверхностных дефектов деталей.

Основные преимущества этого метода – простота контроля, несложное оборудование, сравнительно малая трудоёмкость.

К недостаткам следует отнести низкую достоверность и чувствительность, поэтому такой метод контроля применяют в следующих случаях: для поиска поверхностных дефектов (трещин, пор, открытых раковин и т.п.) при визуально-оптическом контроле деталей, доступных для непосредственного осмотра, а также более мелких трещин при цветном, капиллярном, люминесцентном, магнитопорошковом и рентгенографическом контроле; для обнаружения крупных трещин, мест разрушения конструкций, течей, загрязнений, посторонних предметов внутри закрытых конструкций; для анализа характера и определения типа поверхностных дефектов, обнаруженных при контроле каким-либо другим методом дефектоскопии (акустическим, токовихревым, и т.д.).

Следует помнить, что дефекты даже относительно больших размеров, невидимые невооружённым глазом из-за малого контраста с фоном, при использовании оптических приборов, как правило, не обнаруживаются.

Современные методы оптического контроля основаны на взаимодействии светового излучения с поверхностью контролируемого объекта. При этом рассматриваются такие спектральные характеристики, как:

– коэффициент спектрального излучения и поглощения;

Спектральный коэффициент поглощения α(λ) является отношением потока излучения, поглощенного внутри оптически прозрачной среды, к падающему потоку излучения.

– спектральный коэффициент пропускания;

Спектральный коэффициент пропускания τ(λ) представляет собой отношение потока излучения, прошедшего через среду, к потоку энергии, упавшему на ее поверхность.

Спектральный коэффициент отражения ρ(λ) определяют для составляющих светового потока с параллельными и перпендикулярными колебаниями по отношению к плоскости падения

и показатель преломления.

Показатель преломления является отношением скорости распространения монохроматического электромагнитного излучения в вакууме к зависимой от длины волны скорости распространения его в какой-либо среде.

Спектральный коэффициент отражения, спектральный коэффициент пропускания и спектральный коэффициент поглощения связаны соотношением:

Источник

Эксплуатационные свойства материалов

Эксплуатационные свойства материала – это свойства, которые определяют длительность рабочего ресурса и надежность изделий в соответствии с их функциональным назначением и условиями эксплуатации. Отличительной особенностью эксплуатационных свойств является то, что для их оценки часто используют показатели ресурса или длительности работы материала – часы, циклы, термосмены, либо удельные показатели изменения массы или размеров образца (изделия) – г/час, мм 2 /час, мм/час и т. п.

Жаростойкость – это свойство материалов сопротивляться окислению и химической коррозии в газовой среде при высоких температурах. Жаростойкость зависит от интенсивности поверхностного (наружного) и объемного (внутреннего) окисления металлов и сплавов. Наружное окисление приводит к образованию поверхностного оксидного слоя – окалины. Внутреннее окисление вызывает фазовые превращения, порообразование и формирование микротрещин, что приводит к необратимому увеличению размеров и объема изделий – росту. Поэтому согласно ГОСТ 6130-71 жаростойкость оценивают по показателям окалиностойкости и ростоустойчивости.

Коррозионная стойкость – это свойство материала сопротивляться разрушению в результате химического или электрохимического взаимодействия с окружающей средой. В зависимости от характера взаимодействия материала с коррозионно-активной средой и особенностей нагружения изделий при эсплуатации проводят следующие виды испытания материалов на стойкость против:

а) общей коррозии (ГОСТ 9908-85);

б) межкристаллитной коррозии (ГОСТ 6032-84);

в) коррозионного растрескивания (ГОСТ 6032-84).

Износостойкость – это свойство поверхностных слоев деталей противостоять изнашиванию в условиях трения. Износостойкость является одной из основных характеристик, определяющих долговечность деталей и машин. Она оценивается либо потерей массы на единице площади поверхности в единицу времени, г/(м 2 ×ч), либо уменьшением размеров образца (детали) в единицу времени, мм/ч, мм/год (ГОСТ 23.002-78).

Хладостойкость – или отсутствие хладноломкости, это основное требование к материалам, работающим в условиях низких температур. Особенностью низкотемпературной службы является ужесточение требований по пластичности, т.к. с понижением температуры прочность возрастает, а пластичность резко падает. Поэтому, при выборе сплава испытания на прочность проводят при максимальной температуре эксплуатации (обычно комнатной), а испытания и пластичность – при минимальной. Одним из критериев минимальной рабочей температуры служит порог хладноломкости – температура вязко-хрупкого перехода. Сложность количественной оценки влияния различных факторов на работоспособность материала при низких температурах затрудняет создание нормативных рекомендаций.

Радиационно-стойкими называют материалы, сохраняющие стабильность структуры и свойств в условиях нейтронного облучения. При облучении резко снижается коррозионная стойкость металлов и сплавов, снижается пластичность, повышается прочность, а главным образом, повышается сопротивление малой пластической деформации (s_0,2), т. е. растет вероятность хрупких разрушений. Радиационное воздействие сильнее сказывается на металлах с ГЦК решеткой, чем с ОЦК и ГПУ решетками.

Глубокий вакуум способствует интенсивному испарению с рабочей поверхности деталей. Приемлемыми материалами для работы в высоком вакууме являются тугоплавкие металлы кобальт, ниобий, тантал, молибден, вольфрам, а так же керамические материалы на основе оксидов алюминия, бериллия, хрома, кремния, титана.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Эксплуатационные свойства

Выбор материала для какой-либо детали, обладающего заданными физическими, химическими, механическими и технологическими свойствами должен обеспечить и соответствующие эксплуатационные свойства, чтобы эта деталь работала в машине, механизме или конструкции надёжно и долговечно и не сломалась в самый неподходящий момент. К эксплуатационным свойствам относятся: износостойкость, жаростойкость, хладностойкость, жаропрочность и антифрикционность. Исходя из условий эксплуатации проводят испытания образцов из материала детали для измерения того или другого свойства. На специальных испытательных машинах – механических стендах создают условия работы для образца, близкие к реальным для детали и через определённые промежутки времени измеряют проверяемый параметр. По результатам испытаний рассчитывают срок службы детали.

Износостойкость – сопротивление изнашиванию, то есть изменению размеров и формы детали вследствие разрушения поверхностного слоя материала при трении. Процесс изнашивания приводит к поломке детали, так как её размер становится меньше и деталь не выдерживает нагрузки. Следует отметить, что износ – это величина изношенного слоя материала (мм). Чем ниже коэффициент трения (резина – 0,5; текстолит – 0,25; сталь – 0,15; бронза – 0,1; капрон – 0,055; алмаз – 0,02) и выше твёрдость материала детали (у закалённой стали выше, чем у незакалённой), тем выше износостойкость поверхности.

Хладностойкость – сохранение материаломдеталиработоспособности при низких температурах (качественная сталь – минус 30 °С, легированные стали – минус 150 °С, алюминиевые и медные сплавы – минус 200 °С. фторопласт-4 и полиэтилен – минус 70°С, специальные резины – минус 70 °С).

Жаропрочность –сохранение материаломпрочности на достаточном для эксплуатации уровне при высоких температурах (сплавы «нихром» – 700. 1000 °С, жаропрочные легированные стали – 500. 750 °С).

Антифрикционность – сохранение низкого сопротивления трению в заданных условиях эксплуатации. Это свойство взаимосвязано с износостойкостью, но оба они относятся к различным критериям работы поверхностей трущихся деталей: антифрикционность (баббиты, фторопласт-4) позволяет не снижать эксплуатационные характеристики машины в целом, а износостойкость предохраняет трущиеся поверхности деталей от разрушения истиранием (трением).

Источник

Физические, химические и эксплуатационные свойства материалов

К физическим свойствам материалов относится плотность, тем­пература плавления, электропроводность, теплопроводность, магнит­ные свойства, коэффициент температурного расширения и др.

Плотностью называется отношение массы однородного матери­ала к единице его объема.

Это свойство важно при использовании материалов в авиационной и ракетной технике, где создаваемые кон­струкции должны быть легкими и прочными.

Температура плавления — это такая температура, при которой металл переходит из твердого состояния в жидкое. Чем ниже темпе-

ратура плавления металла, тем легче протекают процессы его плав­ления, сварки и тем они дешевле.

Электропроводностью называется способность материала хоро­шо и без потерь на выделение тепла проводить электрический ток. Хорошей электропроводностью обладают металлы и их сплавы, осо­бенно медь и алюминий. Большинство неметаллических материалов не способны проводить электрический ток, что также является важ­ным свойством, используемом в электроизоляционных материалах.

Теплопроводность — это способность материала переносить теплоту от более нагретых частей тел к менее нагретым. Хорошей теплопроводностью характеризуются металлические материалы.

Магнитными свойствами т.е. способностью хорошо намагничи­ваться обладают только железо, никель, кобальт и их сплавы.

Коэффициенты линейного и объемного расширения характеризу­ют способность материала расширяться при нагревании. Это свой­ство важно учитывать при строительстве мостов, прокладке желез­нодорожных и трамвайных путей и т.д.

Химические свойства характеризуют склонность материалов к взаимодействию с различными веществами и связаны со способнос­тью материалов противостоять вредному действию этих веществ. Способность металлов и сплавов сопротивляться действию различ­ных агрессивных сред называется коррозионной стойкостью (см. раз­дел 5.2), а аналогичная способность неметаллических материалов — химической стойкостью.

К эксплуатационным (служебным) свойствам относятся жаро­стойкость, жаропрочность, износостойкость, радиационная стойкость, коррозионная и химическая стойкость и др.

Жаростойкость характеризует способность металлического ма­териала сопротивляться окислению в газовой среде при высокой температуре.

Жаропрочность характеризует способность материала сохранять механические свойства при высокой температуре.

Износостойкость — это способность материала сопротивлять­ся разрушению его поверхностных слоев при трении.

Радиационная стойкость характеризует способность материала сопротивляться действию ядерного облучения.

Источник