Инженер начинается в школе

Свойства металлов и их испытание

Свойства металлов делятся на физические, химические, механические и технологические. К физическим свойствам относят: цвет, удельный вес (плотность), плавкость, элект­ропроводность, теплопроводность, магнитные свойства, теп­лоемкость, расширяемость при нагревании. К химическим свойствам — окисляемость, растворимость, стойкость про­тив коррозии (окисления). К механическим — прочность, твердость, упругость, вязкость, пластичность. К техноло­гическим — прокаливаемость, жидкотекучесть, ковкость, свариваемость, обработку резанием.

В машиностроении — да и в технике вообще — перво­степенное значение придается прочности и долговечности изделия. Именно поэтому при выборе материала для своей конструкции инженер прежде всего обращает внимание на его механические свойства. Для того же, чтобы определить, соответствуют ли свойства материала требованиям, предъ­являемым к готовому изделию, инженер подвергает мате­риал испытаниям — в первую очередь механическим ис­пытаниям.

Наиболее точные, полные и всесторонние испытания материала инженер проводит в лаборатории на испытатель­ных машинах и приборах. Металл вначале испытывают на прочность—выясняют его способность сопротивляться действию внешних сил без разрушения. Из двух одинако­вых по форме и размерам кусков тот, который выдержит большую нагрузку, и будет считаться более прочным. Затем стальным закаленным шариком металлы испытывают на твердость: чем глубже вдавливается шарик в испытываемый образец, тем металл мягче — ведь нагрузка на шарик каж­дый раз берется одна и та же. Потом специальным ножом — гильотиной,— пускаемым с размаху с определенной высо­ты, испытываемые образцы металлов подвергают разру­шению. Тот металл, который потребует больших усилий ножа, признается более вязким, а разрушающийся легко и быстро называют хрупким. Ну и, наконец, металлы ис­пытывают на упругость или пластичность — два противо­положных свойства. Упругий металл легко восстанавливает форму после снятия нагрузки, пластичный — легко форму­ется под действием этой нагрузки.

Все результаты испытаний заносят в таблицы и графики. Инженеру в дальнейшем уже не придется испытывать ме­талл заново: ему достаточно убедиться в том, что взятый им для изготовления детали металл соответствует (по сос­таву, по «характеру», по сорту) тому, который уже испы - тывался в лаборатории, и, заглянув в таблицу, узнать его механические свойства. Точно так же поступают и с дру­гими характеристиками металлов: проведя испытания, за­носят полученные данные в таблицы, которыми и поль­зуется инженер в процессе конструирования и изготовления деталей и машин.

Правда, порою инженеру по какой-либо причине бы­вает неизвестен вид металла, взятого для изготовления де­тали. Тогда уж приходится поневоле испытывать образцы этого неведомого металла. Это отнимает много времени, но зато служит гарантией надежной, безопасной и точной работы будущего изделия.

Юные техники нередко тоже оказываются в затрудни­тельном положении. У них под рукой не оказывается того металла, который им нужен, или же они работают с ме­таллом, свойства которого им почти неизвестны. Машин и приборов для всесторонних испытаний металла у юных техников нет, а если даже и есть, стоит ли тратить время на эти нудные процедуры, думают они. В результате оказы­вается, что использованный в конкретной конструкции ма­териал непригоден для этой конструкции. Но обнаружи­вается это тогда, когда на конструкцию уже затрачено много времени, труда и сил. Конструкция получается нера­ботоспособной. При применении неизвестного металла для ответственных деталей модели необходимо провести хотя бы технологические пробы металла, позволяющие опреде­лить его пригодность для использования в конкретной кон­струкции. Технологические пробы не могут дать полного представления обо всех свойствах испытываемого металла, но они позволяют избегнуть хотя бы грубых ошибок.

Проба на внешний вид всегда важна при работе с незна­комым металлом. По цвету образца, по виду его на изломе, по форме и размерам микрокристалликов нужно не торо­пясь определить вид металла и его сорт. Сталь это или чугун? Олово или алюминий? Опытный инженер умеет по первому взгляду безошибочно отгадывать даже, к какому классу относится образец стали — мягкая она или твердая, закаленная или нет. А это немаловажно в некоторых слу­чаях.

Проба на искру должна проводиться только под наблю­дением старших. Она позволяет с помощью простейшего шлифовального круга определить путем обтачивания об­разца не только вид металла, но даже его сорт и примерный состав. Например, сталь с содержанием 0,5% углерода дает длинный светло-желтый сноп искр, быстрорежущая сталь Р-18 — короткий сноп темно-красных искр без звез­
дочек, сталь Р-9 — такой же сноп, но с более свет­лыми искрами. Сталь с большим содержанием уг­лерода образует сноп бе­лых искр — звездочек. Каждой марке стали соот­ветствует свой сноп искр. При некоторой тренировке (тренироваться можно на заточке сверл из разных марок стали) удается при­обрести достаточный навык

ДЛЯ быстрого И надежного рис. 26. Проба на выдавливание: угадывания марок стали 1 — лист материала, 2 — пуансон, по искрам.

Проба на загиб есть разновидность проверки пласти­ческих свойств металла. Проба может проводиться в холод­ном и горячем состоянии. Пробу ведут так: берут плоский кусок металла и гнут его — либо до определенного угла, либо до получения V-образного (или П-образного) про­филя, либо до соприкосновения его сторон. Например, если требуется определить пригодность заготовки для из­готовления дверных петель, проводят пробу на загиб. У об­разца, который выдержит пробу, не должно быть после загиба трещин, надломов, надрывов.

Проба на перегиб служит для определения способности металла (в виде листа, полосы, проволоки или прутка) вы­держивать многократные перегибы.

Проба на выдавливание предназначена для определения способности тонкого листового металла к холодной штам­повке и вытягиванию (рис. 26): в пластинке, зажатой ка - ким-либо кольцом, выдавливают лунку головкой сферичес­кого пуансона до появления первой же трещинки. Такую же пробу применяют в том случае, если хотят определить при­годность термопластичной пластмассы для изготовления объемных деталей сложной формы.

Пробе на осадку подвергают, например, материал, иду­щий на изготовление заклепок. Берут образец металла в виде цилиндрика (высота которого должна быть равна двум его диаметрам) и «осаживают» до некоторой, заранее условлен­ной, высоты в холодном состоянии. Металл считается вы­
державшим пробу (то есть пригодным для осадки), если в нем не образуется трещин, надрывов или изломов.

Проба труб на обжатие позволяет определить качество трубы и пластичность металла, способность трубы без по­вреждения выдерживать «вколачивание» (загонку) в кони­ческое гнездо, диаметр которого меньше диаметра трубы.

Проба на жидкотекучесть определяет способность рас­плавленного металла заполнять литейную форму. Взятый для пробы расплавленный металл выливают на поверхность кирпича поставленного под углом. Жидкотекучесть ме­талла показывает длина его струи до застывания (кстати сказать, рост температуры расплава повышает текучесть металла).