Файл: Лачинов, Н. В. Клепка и чеканка стальных конструкций учеб. пособие.pdf

Для правильного выбора металла или сплава надо не только исследовать их свойства, но еще и знать усло­ вия, при которых эти свойства изменяются.

Исследования позволили установить, что изменения свойств металлов и сплавов происходят в результате из­ менения их внутреннего строения или, как говорят, в ре­ зультате изменения структуры.

Свойства металлов разделяются на четыре группы: физические, химические, механические, технологические.

Ф и з и ч е с к и е с в о й с т в а м е т а л л о в

К физическим свойствам металлов относятся: цвет (блеск), плотность, плавкость, тепловое расширение, теплопроводность, теплоемкость, электропроводность, способность намагничиваться.

Перечисленные свойства называются физическими, потому что они обнаруживаются в явлениях, не сопро­ вождающихся изменением химического состава вещест­ ва; металлы остаются неизменными по составу при на­ гревании, прохождении через них тока или тепла, при их намагничивании и плавлении.

Цв е т . Металлы непрозрачны. Даже тонкие листоч­ ки металлов не пропускают световых лучей. Однако ме­ таллы имеют в отраженном свете внешний блеск, причем каждый из металлов отличается своим особым оттенком этого блеска, или, как говорят, цветом. Медь имеет крас­ ный цвет, олово — блестяще-белый, цинк — серый и т. д.

металла расплавляться, т. е. при нагревании переходить из твердого состояния в жидкое; характеризуется тем­ пературой плавления. В литейном деле, когда произво­ дится расплавление металла и заполнение им специаль­ ных форм, а также во время паяния, плавления и нагре­ вания металлических деталей qt трения необходимо знать температуру плавления этих металлов. Без знания температуры плавления нельзя успешно вести названные и многие другие работы, сопровождающиеся нагревом металла.

Т е п л о в о е р а с ш и р е н и е . Все металлы при на­ гревании расширяются, т. е. увеличивают свои размеры.

10

Способность металлов расширяться при нагревании ха­ рактеризуется коэффициентами линейного и объемного расширения — степенью увеличения первоначальной дли­ ны (объема) при изменении температуры на 1°С.

В строительстве учитывается изменение при различ­ ной температуре длины мостовых ферм, рельсов и пр.; при горячей ^овке учитывается уменьшение заготовки при охлаждении (чтобы она не оказалась меньше тре­ буемых размеров); при точных измерениях учитывается, что показания измерительных приборов при разной тем­ пературе окружающей среды не являются одинаковыми, и т. д.

Величина теплового расширения у различных метал­ лов неодинакова.

Т е п л о п р о в о д н о с т ь . Теплопроводностью назы­ вается свойство металлов проводить тепло при нагрева­ нии (охлаждении); это свойство характеризуется интен­ сивностью перехода тепла от одной частицы тела к дру­ гой, т. е. коэффициентом теплопроводности — количест­ вом теплоты, проходящим за 1 с через площадку в 1 см2 при разности температур 1° С на 1 см, и выражается в кал/см • с-град.

Э л е к т р о п р о в о д н о с т ь и э л е к т р о с о п р о ­ т и в л е н и е — способность металлов хорошо проводить электрический ток или, наоборот, противодействовать прохождению тока. Электросопротивление характери­ зуется удельным сопротивлением, т. е. сопротивлением проводника сечением 1 мм2 и длиной 1 м. Электропровод­

намагничиваться или притягиваться магнитом называет­ ся магнитностью. Наиболее заметно магнитные свойства выражены у железа, никеля, кобальта и их сплавов, называемых ферромагнитными сплавами. Особенно вы­ сокими магнитными свойствами отличаются некоторые стали. Из таких сталей изготовляют элементы трансфор­ маторов, электромагниты и детали электрических ма­ шин.

Х и м и ч е с к и е с в о й с т в а м е т а л л о в

Химические явления, в отличие от физических, сопро- /вождаются всегда изменением вещества. В повседнев­ ной жизни химические свойства меди проявляются ее

11

способностью поглощать кислород воздуха и покрывать­ ся зеленым слоем окиси. Железо, поглощая влагу, ржа­ веет, а свинец на открытом воздухе тускнеет, так как его поверхность окисляется. Эти явления химических соеди­ нений поверхностного слоя металла с кислородом, вла­ гой и др. называются к о р р о з и е й.

Знание химических свойств металлов и сплавов поз­

граммах, действующую на образец (растягивающую его), разделить на площадь поперечного сечення образца в квадратных миллиметрах, то получим нагрузку, прихо­ дящуюся на единицу площади — на один квадратный миллиметр (на 1 мм2); такая нагрузка называется на­ пряжением растяжения и измеряется в кГ/мм2.

Отношение наибольшей нагрузки Р, предшествующей разрыву образца, к площади первоначального попереч­

Р — кГ; Р 0— мм2; ов — кГ/мм2.

12

Твердость является одним из важнейших механичес­ ких свойств металлов. От степени твердости зависит возможность использования металла для изготовления, различных деталей или инструментов. Твердость также влияет на обрабатываемость металла: чем тверже ме­ талл, тем больше усилий требуется для его обработки.

Испытание на твердость производятся вдавливанием в тело испытуемого образца шарика из твердой стали, вершины алмазного конуса или острия алмазной пира­ миды.

Если при этих способах испытания вдавливание про­ изводить одним и тем же усилием, то о твердости метал­ лов можно судить по величине поверхности отпечатка, оставляемого шариком на металле, или по глубине по­ гружения в металл алмазного острия.

У п р у г о с т ь — способность металла восстанавли­ вать свою форму после прекращения действия внешних сил, вызывавших изменение формы (деформацию).

При растяжении на разрывной машине образца ме­ талла наблюдаются три этапа поведения его под на­ грузкой.

Первый этап — сначала образец удлиняется пропор­ ционально нагрузке, т. е. при определенной нагрузке образец увеличивается на определенную длину; если увеличить нагрузку вдвое, то и удлинение образца уве­ личится в два раза. Если растяжение прекратить, то образец примет прежнюю длину, т. е. под нагрузкой он

чальной длины.

Деформации, проявляющиеся под нагрузкой и исче­ зающие полностью после ее снятия, называются упруги­ ми. Этим характеризуется первый этап поведения образца.

Упругие деформации низкоуглеродистых сталей про­ являются при напряжениях до 18—20 кГ/мм2.

Второй этап поведения образца характеризуется тем, что при некоторой определенной нагрузке образец вдруг

13

начинает увеличиваться в длине, несмотря на to, что на­ грузка не возрастает.

■Такое явление для гшзкоуглеродистых сталей наблю­ дается, когда напряжение достигнет 19—21 кГ/мм2; в это время образец начинает удлиняться при постоянной на­ грузке, как говорят, он «течет». Удлинение без увеличе­ ния нагрузки продолжается до того, как прирост длины достигнет 3—3,5%. Далее образец не изменяет своей длины, если не увеличивать нагрузку. Если же нагрузку снять полностью, то удлинение образца не исчезнет и он не примет свою исходную длину, как это было в иачаль-

• ном этапе испытания; оставшееся удлинение 3—3,5% на­

19—21 кГ/мм2), называют началом текучести или, как принято, пределом текучести. Это напряжение прини­ мается в расчет при изготовлении всех изделий с тем, чтобы не допустить в конструкции остаточных деформа­ ций, которые нарушат их нормальную работу.

Третий этап поведения образца под нагрузкой харак­ теризуется тем, что удлинившись пластически, он, при дальнейшем увеличении нагрузки, будет давать прирост длины не пропорционально, как это было в первом этапе, а значительно больше: например, при увеличении нагруз­ ки на 10% удлинение увеличится на 15 или 20%.

В дальнейшем образец будет уменьшаться в диамет­ ре в одном каком-либо месте (рис. 2,6), т. е. на нем бу­ дет появляться шейка, а затем в этом месте произойдет разрыв образца. Для низкоуглеродистых сталей разрыв происходит, когда напряжение достигнет 38—47 кГ/мм2; это напряжение, как указывалось выше, называется пре­

эти измененные (деформированные) размеры после сня­ тия нагрузки.

Пластичность весьма важное свойство, так как позво­ ляет металлу выдерживать, не разрушаясь, случайные перегрузки конструкций и без особых затруднений об­ наружить следы таких перегрузок в виде остаточных

14