Фізічныя ўласцівасці сталі і металаў Яны вызначаюць, як матэрыял паводзіць сябе пад уздзеяннем тэмпературы, электрычных палёў, магнітных палёў, акустычных хваль і выпраменьвання. Яны таксама апісваюць яго шчыльнасць, крышталічную структуру, а таксама пераходы паміж станамі і структурамі. Гэтыя параметры маюць прамое значэнне для выбару канструкцыйных, нержавеючых, цеплаўстойлівых, дуплексных і звышдуплексных сталей, а таксама нікелевых сплаваў, якія выкарыстоўваюцца ў энергетычнай, хімічнай, вымяральнай і машынабудаўнічай прамысловасці.
Прыдатнасць маркі вызначаецца не толькі трываласцю. Цеплаабменнік патрабуе адпаведнай цеплаправоднасці, устаноўка, якая працуе пры зменных тэмпературах, патрабуе ведаў аб цеплавым пашырэнні, а магнітны элемент патрабуе ведаў аб пранікальнасці, каэрцытыўнай сіле і тэмпературы Кюры. Нават матэрыялы з падобным хімічным складам могуць адрознівацца па ўласцівасцях з-за адрозненняў у мікраструктуры і стане пастаўкі.
Асноўнае правіла: варта заўсёды звяртацца да значэнняў фізічных уласцівасцей канкрэтны клас, тэмпература і стан матэрыялуЗначэнні пры 20°C могуць быць няправільнымі для 500°C, а дадзеныя для адпаленага матэрыялу могуць не адпавядаць халодназагартаванаму вырабу.
Падзел фізічных уласцівасцей металаў – найважнейшыя групы
У інжынернай практыцы фізічныя ўласцівасці апісваюцца сямю асноўнымі групамі. Некаторыя паняцці, такія як цеплавая ўстойлівасць, з'яўляюцца параметрамі эксплуатацыйных характарыстык, якія вынікаюць з камбінацыі некалькіх уласцівасцей, а не з адной канстанты матэрыялу.
| група | Найважнейшыя велічыні і з'явы | Тэхнічнае значэнне |
|---|---|---|
| Асноўныя і структурныя | Шчыльнасць, удзельны аб'ём, плаўленне, структуры BCC/FCC/HCP, алатрапія і фазавыя пераходы | Вага вырабу, ліццё, тэрмічная апрацоўка, структурная стабільнасць |
| Тэрмальны | Праводнасць, дыфузійнасць, удзельная цеплаёмістасць, каэфіцыент пашырэння, эмісійнасць, цепла ператварэння | Цеплаабменнікі, печы, перапады тэмператур і цеплавыя напружанні |
| Электрычны | Удзельнае супраціўленне, праводнасць, тэмпературны каэфіцыент супраціўлення, тэрмаэлектрычныя эфекты | Рэзістыўны нагрэў, датчыкі, праваднікі і электрамагнітная ізаляцыя |
| Магнітны | Кюры, Нэль, пранікальнасць, успрымальнасць, прымус, рэманентнасць, насычэнне, гістэрэзіс | Рухавікі, стрыжні, датчыкі, сепаратары і абсталяванне |
| Акустычны | Хуткасць гуку, імпеданс, ультрагук і затуханне вібрацыі | УТ-выпрабаванні, дыягностыка, вібрацыі канструкцый |
| Аптычны | Адбівальная здольнасць, паглынанне выпраменьвання, уласцівасці паверхні | Лазеры, цеплавізійныя здымкі, бескантактавыя вымярэнні |
| Транспарт і вадкія металы | Дыфузія, глейкасць вадкага металу, павярхоўнае нацяжэнне, змочвальнасць і ўсаджванне пры зацвярдзенні | Ліцейная вытворчасць, злучэнне, пакрыцці і дыфузійныя працэсы |
Найважнейшыя фізічныя параметры – сімвалы і адзінкі вымярэння
Адзінкі вымярэння найлепш за ўсё выражаць у сістэме СІ. У тэхнічных дадзеных вытворцаў таксама пазначаны г/см³ для шчыльнасці, мкОм см для ўдзельнага супраціўлення, мкм/(м К) для цеплавога пашырэння і тэмпература ў °C. Пры пераўтварэнні вынікаў важна захоўваць паслядоўнасць адзінак вымярэння, якія выкарыстоўваюцца ў формулах.
| Параметр | сімвал | Адзінасць | Што яно апісвае? |
|---|---|---|---|
| Шчыльнасць | ρ | кг/м³; г/см³ | Маса на адзінку аб'ёму |
| Удзельны аб'ём | v | м³/кг | Аб'ём адзінкі масы: v = 1/ρ |
| Тэмпература плаўлення / солідус / ліквідус | Tm, ТS, ТL | °C або K | Межы цвёрдых і вадкіх фаз |
| Цеплаправоднасць | λ | Вт / (м · К) | Перадача цеплавога патоку |
| Цеплаправоднасць | a | м²/с | Хуткасць змены тэмпературы ўнутры матэрыялу |
| Удзельная цеплаёмістасць пры пастаянным ціску | cp | Дж/(кг·К) | Колькасць энергіі на адзінку масы і тэмпературы |
| Каэфіцыент лінейнага пашырэння | αL | К⁻¹ | Адносная змена даўжыні на адзінку тэмпературы |
| Павярхоўная выпраменьвальная здольнасць | ε | без адзінкі | Эфектыўнасць цеплавога выпраменьвання |
| Электрычнае супраціўленне | ρe | Ω·м | Удзельнае супраціўленне матэрыялу |
| Электраправоднасць | σ | С/м | Здольнасць праводзіць электрычнасць |
| Адносная магнітная пранікальнасць | μr | без адзінкі | Магнітны водгук пры пэўных умовах |
| Магнітная ўспрымальнасць | χ | без адзінкі | Сувязь паміж намагнічанасцю і магнітным полем |
| Магнітная індукцыя | B | T | Шчыльнасць магнітнага патоку |
| Напружанасць магнітнага поля | H | А/м | Намагнічвальнае поле |
| Прымус | Hc | А/м | Значэнне поля, неабходнае для кампенсацыі пэўнага кампанента намагнічанасці |
| Рэманентнасць | Br | T | Астатняя індукцыя пасля пэўнага цыклу намагнічвання |
| Тэмпература Кюры / Ніла | TC, ТN | °C або K | Межы канкрэтных станаў магнітнага ўпарадкавання |
| Хуткасць гукавой хвалі | c | м / с | Хуткасць распаўсюджвання хвалі пэўнага тыпу |
| Акустычны імпеданс | Z | кг/(м² с) | Залежнасць гукавога ціску і хуткасці часціц |
| Каэфіцыент дыфузіі | D | м²/с | Хуткасць перамяшчэння кампанентаў у матэрыяле |
Фізічныя ўласцівасці варта адрозніваць ад механічныя ўласцівасці, такіх як трываласць на расцяжэнне, мяжа цякучасці, ударная вязкасць і цвёрдасць. Некаторыя разлікі, такія як тыя, што ўключаюць цеплавое напружанне і хуткасць гуку, патрабуюць ведаў як фізічных, так і Модуль Юнга.
Шчыльнасць, удзельны аб'ём і маса сталі
Шчыльнасць ρ = м/В — гэта дзель масы і аб'ёму. Яна неабходная для разліку масы пруткоў, лістоў, труб, поковак і вытворчых запасаў. У залежнасці ад хімічнага складу і структуры значэнні для сталі адрозніваюцца; рэкамендацыя 7,85 г/см³ для ўсіх сплаваў няправільная.
У сплавах, багатых нікелем і малібдэнам, шчыльнасць можа быць значна вышэйшай, чым у тыповых вугляродзістых сталей. Для параўнання ў тэхнічных дадзеных матэрыялаў прыведзены асобныя значэнні для сплаў 625, сплаў 718 і нержавеючай сталі 1.4301Шчыльнасць таксама залежыць ад тэмпературы, парыстасці і магчымых фазавых пераходаў.
Прыклад разліку масы: ліст металу памерамі 1000 × 500 × 10 мм мае аб'ём 0,005 м³. заснаваны шчыльнасць 8000 кг/м³ яго маса будзе 40 кгУ камерцыйным заказе павінна выкарыстоўвацца значэнне, якое адпавядае канкрэтнаму віду.
Тэмпература плаўлення, солідус, ліквідус і фазавыя пераходы
Чысты элемент мае характэрную тэмпературу плаўлення пры пэўных умовах ціску. Сталі і шматкампанентныя металічныя сплавы звычайна плавяцца ў пэўным дыяпазоне. Салідус абазначае мяжу, ніжэй за якую сплаў цалкам цвёрды, у той час як ліквідус – вышэй за якую яна цалкам вадкая. Паміж імі суіснуюць цвёрдая і вадкая фазы.
Дыяпазон цвёрдацельных тэмператур (солідус-ліквідус) уплывае на зацвярдзенне, сегрэгацыю складу, з'явы ліцця і схільнасць да гарачых расколін. Пры зварцы або ліцці дадзеныя аб цвёрдацельных тэмпературах і ліквідусе нельга замяніць адной агульнапрынятай тэмпературай. Табліцы для асобных металаў даступныя ў... Табліца тэмператур плаўлення Alfa-Tech.
Крышталічная структура і алатропія жалеза
Металы ўтрымліваюць, сярод іншага, сеткі BCC (рэгулярныя прасторава-цэнтраваныя), FCC (звычайная сцяна па цэнтры) і ПВК (шасцігранны кампакт). У сталях важныя ферыт з ОЦК-рашоткай і аўстэніт з ГЦК-рашоткай. Крышталічная структура ўплывае на дыфузію, дэфармавальнасць, магнетызм і цеплавое пашырэнне.
Для чыстага жалеза Пераход α (BCC) ↔ γ (FCC) адбываецца каля 912°C, а γ-жалеза пераходзіць у фазу δ (BCC) пры яшчэ больш высокай тэмпературы. У сталях тэмпературы пераходу залежаць ад утрымання вугляроду і легіруючых элементаў; іх нельга непасрэдна перадаць з дыяграмы чыстага жалеза.
Тэмпературы Ac₁, Ac₃, Ar₁, Ar₃, Ms і Mf
Маркіроўка Ac спасылацца на змены, зарэгістраваныя падчас награвання, і Ar – падчас астуджэння; лічбы і індэксы паказваюць адпаведныя характэрныя кропкі пераўтварэння. Ms i Mf вызначыць тэмпературы пачатку і заканчэння мартэнсітнага ператварэння ў зададзеных умовах. Іх фактычныя значэнні залежаць ад складу, а таксама ад гісторыі награвання і астуджэння.
Структурныя змены могуць суправаджацца дылатаметрычнымі, цеплавымі і магнітнымі эфектамі. Аднак нельга атаясамліваць кожную кропку структурнага пераходу з тэмпературай Кюры: страта ферамагнітнага парадку не абавязкова азначае змену тыпу крышталічнай рашоткі.
Цеплавыя ўласцівасці - праводнасць, каэфіцыент дыфузіі і ўдзельная цеплаёмістасць
Цеплаправоднасць λ і цеплаправоднасць a
Цеплаправоднасць апісвае, наколькі эфектыўна матэрыял перадае цеплавую энергію пры тэмпературным градыенце. Яна важная для цеплаабменнікаў, інструментаў, кампанентаў печаў і астуджаных дэталяў. Аўстэнітныя сталі, як правіла, маюць значна ніжэйшую праводнасць, чым многія тыповыя вугляродзістыя сталі, таму награванне і астуджэнне дэталі могуць адрознівацца, нягледзячы на падобныя памеры.
Цеплаправоднасць вызначае хуткасць распаўсюджвання змены тэмпературы ў матэрыяле. Калі выкарыстаць адпаведныя значэнні і адзінкі вымярэння, яе можна разлічыць па формуле a = λ/(ρ cp)Матэрыял з высокай цеплаправоднасцю не абавязкова павінен мець гэтак жа высокі каэфіцыент дыфузіі, калі ён таксама мае высокую шчыльнасць або цеплаёмістасць.
Удзельная цеплаёмістасць, цеплаёмістасць і цеплапераход
Удзельная цеплаёмістасць cp вызначае энергію, неабходную для павышэння тэмпературы адзінкі масы на 1 К пры пастаянным ціску. Прыблізна, калі cp у разгляданым дыяпазоне застаецца нязменнай, слушная залежнасць Q = m cp ΔTДля дакладнага праектавання неабходна ўлічваць суадносіны cp ад тэмпературы, а ў раёне фазавых зменаў — таксама іх цеплавыя эфекты.
Прыклад разліку энергіі: для 10 кг матэрыялу, з меркаваным cp = 500 Дж/(кг К) і павышэнні тэмпературы на 100 К, атрымліваем Q = 500 000 Дж, г.зн. 0,5 МДжВынік не ўлічвае страты цяпла або магчымыя фазавыя змены.
Цеплавое пашырэнне і ўстойлівасць да цеплавых удараў
Каэфіцыент лінейнага пашырэння αL апісвае адноснае змяненне даўжыні з тэмпературай. Для невялікага дыяпазону тэмператур, у якім можна выкарыстоўваць пастаянны сярэдні каэфіцыент, формула ΔL = αL · Л0 ΔTДля большых дыяпазонаў варта выкарыстоўваць дадзеныя, якія залежаць ад тэмпературы, і ўлічваць магчымыя фазавыя пераходы.
Напрыклад, элемент даўжынёй 1000 мм з меркаваным сярэднім αL = 16 × 10-6 K-1 і павышэнне тэмпературы на 100 K, яно падоўжыцца прыблізна на 1,6 ммНевялікія адрозненні ў каэфіцыентах могуць выклікаць значныя напружанні ў сістэмах, якія спалучаюць розныя матэрыялы. Сплавы Інвар і Ковар Ён выкарыстоўваецца, сярод іншага, калі важны спецыяльны кантроль памераў пры зменных тэмпературах.
Цеплавая ўстойлівасць не з'яўляецца адной фундаментальнай фізічнай канстантай. Яна з'яўляецца вынікам узаемадзеяння цеплаправоднасці, пашырэння, пругкасці, трываласці, геаметрыі кампанента і ўмоў астуджэння або нагрэву.
Эмісіўнасць, паглынанне і цеплавое выпраменьванне
Выпраменьвальная здольнасць ε Звычайна ён вагаецца ў дыяпазоне ад 0 да 1 і апісвае здольнасць паверхні выпраменьваць цеплавое выпраменьванне ў параўнанні з абсалютна чорным целам пры адпаведных умовах. Гэта залежыць не толькі ад тыпу матэрыялу, але і ад шурпатасці, акіслення, тэмпературы і даўжыні хвалі. Паліраваная і апрацаваная алускай паверхня можа даваць розныя паказанні пірометра.
Па гэтай прычыне вымярэнне тэмпературы цеплавізарам патрабуе правільнага меркавання аб эмісійнай здольнасці паверхні. У балансе цеплавога выпраменьвання таксама неабходна адрозніваць эмісійную здольнасць ад паглынальнай здольнасці і адбівальнай здольнасці.
Электрычныя ўласцівасці металаў
Супраціўленне, праводнасць і тэмпературны каэфіцыент супраціву
Электрычнае супраціўленне ρe выражае ўдзельнае супраціўленне правадніка і электраправоднасць σ = 1/ρe — яго адваротная велічыня. Для прамога аднароднага правадніка даўжынёй L і плошчай папярочнага сячэння A супраціўленне вызначаецца суадносінамі R = ρe · Л/АУ адрозненне ад удзельнага супраціўлення, супраціўленне R таксама залежыць ад геаметрыі элемента.
Для многіх металаў супраціўленне павялічваецца з павышэннем тэмпературы, але значэнне і форма гэтай залежнасці залежаць ад сплаву і дыяпазону тэмператур. Лінейная формула для тэмпературнага каэфіцыента супраціўлення з'яўляецца толькі прыбліжэннем, сапраўдным для пэўнага дыяпазону. Гэта важна пры рэзістыўным награванні, вымярэнні тэмпературы і праектаванні праваднікоў і электронных кампанентаў.
Эфекты Зеебека, Пельцье і Томсана
Эфект Зеебека заключаецца ў генерацыі тэрмаэлектрычнага напружання з-за рознасці тэмператур у адпаведнай матэрыяльнай сістэме; гэта аснова працы тэрмапар. Эфект Пельцье адносіцца да паглынання або выдзялення цяпла ў месцы злучэння пры праходжанні току, і Эфект Томсана – цеплаперадача ў правадніку з градыентам тэмпературы, праз які працякае ток. Тэрмаэлектрычныя ўласцівасці залежаць ад складу і тэмпературы.
Віхравыя токі, скін-эфект і звышправоднасць
Зменлівае магнітнае поле можа індукаваць у праводным метале віхравыя токіІх інтэнсіўнасць залежыць, сярод іншага, ад электраправоднасці, магнітнай пранікальнасці, геаметрыі і частаты. Пры больш высокіх частотах ток канцэнтруецца бліжэй да паверхні правадніка, што апісваецца скін-эфектам. Гэтыя з'явы выкарыстоўваюцца падчас індукцыйнага нагрэву і неразбуральнага кантролю.
Звышправоднасць — гэта спецыфічная з'ява, якая ўзнікае ў асобных матэрыялах пры дастаткова нізкіх тэмпературах і ўмовах магнітнага поля. Звычайныя маркі канструкцыйнай або нержавеючай сталі не павінны лічыцца звышправаднікамі пры тыповых рабочых тэмпературах.
Магнітныя ўласцівасці - тэмпература Кюры і характарыстыкі сталі
Паводзіны матэрыялу ў магнітным полі залежаць ад тыпу размяшчэння магнітных момантаў, крышталічнай структуры, хімічнага складу, тэмпературы і гісторыі апрацоўкі. Таму сцвярджэнне «нержавеючая сталь немагнітная» з'яўляецца занадта агульным: ферытныя і мартенсітныя сталі звычайна ферамагнітныя, у той час як аўстэнітныя сталі праяўляюць слабую магнітную рэакцыю ў пэўных станах.
Дыямагнетызм, парамагнетызм, ферамагнетызм і антыферамагнетызм
Дыямагнетыкі праяўляюць слабую рэакцыю, процілеглую знешняму полю; парамагнетыкі яны дрэнна рэагуюць у залежнасці ад поля. У ферамагнетыкі адбываецца спантаннае размяшчэнне магнітных момантаў, што дазваляе ўтварыць моцную намагнічанасць. антыферамагнітны моманты падрашоткі ўпарадкаваны ў супрацьлеглым парадку такім чынам, што ў ідэальным выпадку чыстая намагнічанасць роўная нулю; ферымагнетызм таксама ўключае падсеткі, якія круцяцца ў процілеглых напрамках, але з некампенсуючымі момантамі.
Тэмпература Кюры TC — што гэта такое і што гэта азначае?
Тэмпература Кюры — тэмпература пераходу паміж фера- або ферымагнітным станам парадку і станам без гэтага далёкага парадку пры дадзеных умовах. Для тыповых ферамагнетыкаў гэта азначае страту спантаннай намагнічанасці. Матэрыял вышэй за TC не становіцца фізічна «размагнічаным» ні ў якім сэнсе: ён усё яшчэ можа праяўляць парамагнітную рэакцыю.
| матэрыял | Тэмпература Кюры - прыблізна | Важная заўвага |
|---|---|---|
| Чыстае жалеза (Fe) | каля 770°C | Датычыцца чыстага жалеза; значэнні сплаваў жалеза залежаць ад складу і фаз. |
| Чысты нікель (Ni) | каля 358°C | Гэты нумар не варта прысвойваць усім нікелевым сплавам. |
У чыстым жалезе магнітны пераход адбываецца пры тэмпературы каля 770°C. без змены структуры BCC на FCCГэты другі пераход мае іншую тэмпературу. Гэта адна з найважнейшых прычын, чаму тэмпература Кюры і тэмпературы Ac₁/Ac₃ не аднолькавыя.
У сплавах жалеза, нікеля і кобальту тэмпература Кюры залежыць ад прапорцый кампанентаў і структуры. У матэрыялах са складанай фазавай структурай не заўсёды можна прызначыць адну простую тэмпературу, якая апісвае ўсю магнітную рэакцыю прадукту.
Тэмпература Нееля TN
Тэмпература Нэеля асацыюецца са знікненнем антыферамагнітнага парадку. Яна не з'яўляецца заменай тэмпературы Кюры. Для правільнага апісання неабходна ідэнтыфікаваць тып магнітнага парадку і фаз, якія прысутнічаюць у матэрыяле.
Пранікальнасць, успрымальнасць, каэрцытыўная сіла і пятля гістэрэзісу
Магнітная пранікальнасць μ i χ2-успрымальнасць апісваюць рэакцыю на магнітнае поле. Для ферамагнетыкаў яны звычайна не пастаянныя: яны залежаць ад напружанасці поля, частаты, кірунку намагнічанасці і гісторыі матэрыялу. Індукцыя насычэння адносіцца да мяжы росту намагнічанасці, рэманентнасць да рэшткаў пасля выдалення поля, і прымус да памеру поля, неабходнага для належнага размагнічвання.
петля гістэрэзісу паказвае залежнасць магнітнага стану ад гісторыі поля. Яго форма важная для страт энергіі пры цыклічным перамагнічванні. Магнітна-мяккія матэрыялы, напрыклад, належным чынам падрыхтаваныя Чыстае жалеза Armco і ногі Пермалой, выбіраюцца па іншых крытэрыях, чым сталі, прызначаныя для пастаянных магнітаў.
Магнітная анізатрапія і магнітастрыкцыя
Магнітная анізатрапія азначае залежнасць уласцівасцей ад кірунку поля адносна структуры або кірунку качэння. Магнетрон заключаецца ў змене памераў, звязанай са змяненнем магнітнага стану; гэта можа быць важна ў трансфарматарах, пераўтваральніках і дакладных прыладах, сярод іншага, як крыніца вібрацыі і шуму.
Ці з'яўляецца сталь 304, 316L або дуплексная сталь магнітнай?
Аўстэнітныя сталі 1.4301 / 304 i 1.4404 / 316L У правільным аўстэнітным стане яны часта маюць нізкую магнітную пранікальнасць. Пасля моцнай дэфармацыі некаторыя з іх могуць утрымліваць дэфармацыйны мартэнсіт і праяўляць большую рэакцыю на магніт; таксама магчымы ўплыў ферыту, які застаецца пасля працэсу. дуплекс 1.4462 i супердуплекс 1.4410 утрымліваюць ферыт і аўстэніт, таму іх паводзіны нельга ідэнтыфікаваць з аднафазнай аўстэнітнай сталлю.
Магнітныя выпрабаванні самі па сабе не з'яўляюцца надзейным метадам вызначэння канкрэтнага класа або пацверджання каразійнай устойлівасці. Калі патрабуюцца магнітныя параметры, неабходна ўказаць пранікальнасць, умовы і метад вымярэння.
Акустычныя і ультрагукавыя ўласцівасці
Хуткасць распаўсюджвання пругкіх хваль у метале залежыць, сярод іншага, ад яго шчыльнасці і пругкіх уласцівасцей. Падоўжныя і папярочныя хвалі маюць розныя хуткасці; у анізатропных матэрыялах яны таксама залежаць ад кірунку распаўсюджвання. Акустычны імпеданс мае важнае значэнне для адлюстравання і перадачы хваль на мяжы асяроддзяў.
Згасанне ультрагуку можа быць большым у матэрыялах з буйназярністай або складанай структурай, што ўплывае на эфектыўнасць неразбуральнага кантролю. Для поковак і адлівак з некаторых аўстэнітных сталей або нікелевых сплаваў параметры ультрагукавых выпрабаванняў павінны быць выбраны адпаведна. Згасанне механічнай вібрацыі — яшчэ адна важная ўласцівасць для шуму, рэзанансу і працы машыны; яе варта адрозніваць ад магнітнай пранікальнасці і цвёрдасці.
Аптычныя і паверхневыя ўласцівасці
Паверхня металу адлюстроўвае і паглынае выпраменьванне ў залежнасці ад даўжыні хвалі, вугла падзення, аздаблення, тэмпературы і аксіднага пласта. Адбівальная здольнасць i паглынанне важныя падчас лазернай рэзкі і зваркі, прамяністага нагрэву і аптычных вымярэнняў. Змена шурпатасці або акіслення можа паўплываць на вынік нават без змены маркі сталі.
У лабараторнай практыцы неабходна адрозніваць спектральныя каэфіцыенты ад сярэдніх значэнняў, а пры цеплавых вымярэннях — правільна вызначаць эмісійную здольнасць у дыяпазоне даўжынь хваль, які выкарыстоўваецца прыборам.
Дыфузія, уласцівасці вадкага металу і зацвярдзенне
Каэфіцыент дыфузіі D апісвае хуткасць пераносу атамаў або іншых кампанентаў у матэрыяле пры пэўных умовах. Яна моцна залежыць ад тэмпературы, дыфузійнага элемента і фазы. Дыфузія важная для цэментацыі, азатавання, гамагенізацыі, працэсаў дыфузійнага пакрыцця, а таксама для ўтварэння або растварэння асадкаў.
Вязкасць вадкага металу уплывае на цякучасць падчас ліцця, павярхоўнае нацяжэнне i змочвальнасць пра паводзіны вадкага металу на паверхнях і фазавых межах, а таксама згусальнасць скарачэнне магчымасць усаджвальных паражнін і дэфектаў адліўкі. Гэтыя параметры залежаць ад тэмпературы і складу; у выпадку адлівак іх неабходна ўлічваць разам з цеплавым патокам і працэсам зацвярдзення.
Параўнанне фізічных уласцівасцей груп сталей і сплаваў
У наступнай табліцы паказаны тыповыя тэндэнцыі і праблемы, якія патрабуюць праверкі. Гэта не табліца гарантаваных значэнняў: уласцівасці павінны быць правераны ў дакументацыі для абранай маркі, з указаннем тэмпературы і ўмоў пастаўкі.
| Група матэрыялаў | Фізічныя ўласцівасці, важныя пры выбары | Практычнае прымяненне або заўвага |
|---|---|---|
| Вугляродзістыя і нізкалегіраваныя сталі (напрыклад, C45, 42CrMo4) | Шчыльнасць, праводнасць і цеплавое пашырэнне; ферамагнетызм у тыповых станах | Валы, карпусы, канструкцыі і награвальныя прылады; уласцівасці залежаць ад тэрмічнай апрацоўкі |
| Аўстэнітныя сталі 1.4301, 1.4404 | Адносна нізкая цеплаправоднасць, значнае пашырэнне і часта нізкая магнітная пранікальнасць | Хімічнае абсталяванне, цеплаабменнікі, дэталі з абмежаваным магнітным водгукам |
| Ферытныя сталі (Напрыклад. 1.4016) | Ферамагнетызм і іншае пашырэнне, чым у многіх аўстэнітных сталях | Корпусы, кампаненты прылад і прымяненне, якія патрабуюць кантролю пашырэння |
| Мартэнсітныя сталі (Напрыклад. 1.4021, 1.4057) | Магнітны водгук і ўплыў тэрмічнай апрацоўкі на структуру | Элементы машын і арматура; ацэнка стану канструкцый |
| Дуплекс 1.4462 | Двухфазная ферытна-аўстэнітная структура, магнетызм і праводнасць, уласцівыя сплаву | Элементы каразійных установак і абсталявання пад ціскам |
| Супердуплекс 1.4410 | Уплыў тэрмічнага цыклу на фазавую долю і функцыянальныя ўласцівасці | Хімічныя, марскія ўстаноўкі; не замяняйце дадзеныя для сталі 304/316 |
| Цеплатрывалыя сталі (Напрыклад. 1.4841, 1.4845) | Пашырэнне, эмісійная здольнасць акісленай паверхні, цеплавыя ўласцівасці пры высокай тэмпературы | Печы і элементы для гарачай апрацоўкі |
| Нікелевыя сплавы сплаў 625, сплаў 718 | Шчыльнасць, цеплаправоднасць, удзельная цеплаёмкасць і змены, звязаныя са складам і станам | Хімічнае, энергетычнае і высокатэмпературнае абсталяванне |
| Спецыяльныя сплавы Інвар, Ковар, Пермалой | Нізкае пашырэнне ў зададзеных дыяпазонах або кантраляваная магнітная рэакцыя | Вымяральнае абсталяванне, электроніка, магнітныя стрыжні |
Уплыў тэмпературы, умоў дастаўкі і мікраструктуры
Дадзеных па пакаёвай тэмпературы звычайна недастаткова, калі прадукт падвяргаецца цыклічнаму награванню. Цеплаправоднасць, каэфіцыент цеплаправоднасці, удзельная цеплаёмістасць, супраціўленне, магнітная пранікальнасць і каэфіцыент пашырэння могуць змяняцца нелінейна і праяўляць характэрныя змены паблізу пераходаў.
У халоднадэфармаваных металах дэфармацыя, тэкстура і ўтварэнне новых фаз могуць змяніць магнітныя і электрычныя ўласцівасці. рэкрышталізацыйны адпал і тэрмічная апрацоўка змяняюць структуру і, адпаведна, фізічныя ўласцівасці. Такім чынам, вынік вымярэння ўзору, зацвярдзелага на раствор, не заўсёды можа быць непасрэдна звязаны з вымярэннем халоднакатанага ўзору.
У некаторых сталях і сплавах высокая тэмпература можа прывесці да пераўтварэнняў, выпадзенняў або структурных змен, якія важныя для фізічных уласцівасцей. У сплавах, умацаваных дысперсійным метадам, такіх як сплаў 718, стан пасля тэрмічнай апрацоўкі неабходна ўлічваць пры інтэрпрэтацыі вынікаў.
Метады выпрабаванняў і стандарты вымярэння фізічных уласцівасцей
У тэхнічнай дакументацыі варта адрозніваць стандарты, якія вызначаюць метад вымярэння па стандартах якасці і патрабаваннях да прадукцыі. Ніжэй прыведзены прыклады метадаў, якія выкарыстоўваюцца для праверкі выбраных параметраў. Кожны метад мае пэўную сферу прымянення, патрабаванні да ўзору і ўмовы выпрабаванняў.
| Метад або дакумент | Вымераная маёмасць | Аб'ём і заўвагі |
|---|---|---|
| ASTM E1461 | Цеплаправоднасць | Метад флэш-выпарвання для прыдатных цвёрдых матэрыялаў. |
| ASTM E1225 | Цеплаправоднасць | Метад параўнання цеплавых патокаў у стацыянарным рэжыме. |
| ASTM E1269 | Удзельная цеплаёмістасць | Дыферэнцыяльная сканіруючая каларыметрыя ДСК. |
| ASTM E228 | Лінейнае пашырэнне | Дылатаметр штурхача; вымярэнне даўжыні і тэмпературы. |
| ASTM B193 | Электрычнае супраціўленне | Металы з'яўляюцца электраправоднымі матэрыяламі; варта праверыць дыяпазон. |
| ASTM E1004 | Электраправоднасць | Метад віхравых токаў у асноўным для немагнітных матэрыялаў. |
| Серыя IEC 60404 | Магнітныя ўласцівасці | Метады для канкрэтных магнітных матэрыялаў і вырабаў; выбар адпаведнай дэталі. |
| Гідрастатычныя/пікнаметрычныя метады | Шчыльнасць | Выбар метаду залежыць ад сітаватасці, формы і тыпу матэрыялу. |
| Сістэма СІ – BIPM | Адзінкі вымярэння | Прынцыпы запісу, пераўтварэння і ідэнтыфікацыі фізічных адзінак. |
Для прымянення, якія ахопліваюцца патрабаваннямі да праектавання, неабходна праверыць бягучую рэдакцыю згаданага стандарту, яго прыдатнасць да матэрыялу, які выпрабоўваецца, і ўмовы вымярэння. Напрыклад, метад віхравых токаў для апісання праводнасці немагнітных матэрыялаў не можа аўтаматычна лічыцца універсальным метадам вымярэння ўсіх ферамагнітных сталей.
Як выбраць матэрыялы, зыходзячы з фізічных уласцівасцей?
Інжынерная задача павінна пачынацца з вызначэння дамінуючай фізічнай з'явы і рэальных умоў эксплуатацыі, а затым параўнання пацверджаных значэнняў уласцівасцей матэрыялу. Асабліва важныя тэмпературныя ўмовы, тып нагрузкі, навакольнае асяроддзе і зменлівасць эксплуатацыі.
| Патрабаванне | Асноўныя параметры | Навошта яны патрэбныя? |
|---|---|---|
| Невялікая змена памераў пры награванні | αL(T), дыяпазон тэмператур | Гранічныя зазоры, тэрмічныя напружанні і адхіленні пашырэння |
| Хуткае рассейванне цяпла | λ(T), a(T), cp(Т) | Цеплавы баланс і хуткасць нагрэву або астуджэння |
| Нізкі магнітны водгук | μr, стан структуры, поле і тэмпература | Вымяральнае абсталяванне, дакладныя прыборы |
| Цыклічная аперацыя ў зменным полі | Б–Г, Гc, страты, частата | Выбар стрыжня і зніжэнне цепластрат |
| Рэгуляванне нагрэву рэзістам | ρe(Т), σ(Т) | Выбар магутнасці і памераў награвальнага элемента |
| Ультрагукавыя выпрабаванні буйных вырабаў | Хуткасць хваль, затуханне і структура | Налада абсталявання і надзейнасць выяўлення дэфектаў |
| Вытворчасць адлівак і зварных швоў | TS, ТL, глейкасць, змочвальнасць, ўсаджванне | Запаўненне формы, зацвярдзенне і рызыка дэфектаў |
| Піраметрычныя вымярэнні | ε, стан паверхні, даўжыня хвалі | Правільная інтэрпрэтацыя паказанняў тэмпературы без кантакту |
Выбар нержавеючай сталі або нікелевага сплаву патрабуе балансу фізічных параметраў з хімічнай устойлівасцю, механічнымі патрабаваннямі, стандартам прадукту і меркаванымі ўмовамі пастаўкі. Цеплаправоднасць або пазначэнне класа не гарантуюць адпаведнасці агульнай канструкцыі.
Часта задаваныя пытанні – FAQ
Чым фізічныя ўласцівасці адрозніваюцца ад механічных уласцівасцей?
Фізічныя ўласцівасці апісваюць, сярод іншага, шчыльнасць, цепла- і электраправоднасць, магнетызм і структурныя змены. Механічныя ўласцівасці тычацца рэакцыі на нагрузку, такіх як мяжа цякучасці, трываласць, цвёрдасць і ўдарная вязкасць. Гэтыя дзве групы ўзаемазвязаны.
Якая тэмпература Кюры ў жалеза?
Для чыстага жалеза гэта прыблізна 770°C. Для сталей і жалезных сплаваў няма адзінага агульнага значэння, незалежнага ад складу і фазавага стану.
Ці азначае тэмпература Кюры, што сталь плавіцца?
Не. Пераход Кюры ўключае магнітнае ўпарадкаванне і не з'яўляецца тэмпературай плаўлення або аўтаматычна тэмпературай пераходу ОЦК-ГЦК.
Ці нержавеючая сталь немагнітная?
Не заўсёды. Ферытныя і мартэнсітныя сталі звычайна ферамагнітныя, у той час як аўстэнітныя сталі ў адпаведным стане звычайна дэманструюць нізкую магнітную рэакцыю. Дэфармацыйнае ўмацаванне або прысутнасць іншых фаз могуць змяніць гэта.
Ці маюць 304 і 316L аднолькавыя цеплавыя ўласцівасці?
Не варта гэтага меркаваць. Розніца ў складзе, тэмпературы і ўмовах пастаўкі можа паўплываць на пашырэнне, праводнасць і ўдзельную цеплаёмістасць. Для разлікаў неабходна выкарыстоўваць дадзеныя для адпаведнай маркі.
Што азначае цеплавая дыфузійнасць?
Апісвае хуткасць выраўноўвання тэмпературы ўнутры матэрыялу; пры адпаведных умовах гэта a = λ/(ρ cₚ). Гэта не тое ж самае, што цеплаправоднасць.
Чаму аўстэнітная сталь падаўжаецца пры награванні інакш, чым ферытная сталь?
Розніца ўзнікае з-за фазавай структуры, хімічнага складу і тэмпературы. Таму пры злучэнні розных матэрыялаў неабходна праверыць каэфіцыенты пашырэння ва ўсім рабочым дыяпазоне.
Ці дастаткова вымярэння магнітам для вызначэння маркі сталі?
Не. Магнітнае прыцягненне залежыць ад структуры і не з'яўляецца пацвярджэннем канкрэтнага віду або хімічнай сумяшчальнасці.
Як вылічыць масу ліставога металу па вядомай шчыльнасці?
Неабходна памножыць аб'ём ліста на шчыльнасць, уласцівую для матэрыялу: m = ρ V, захоўваючы пры гэтым аднастайнасць адзінак вымярэння.
Ці з'яўляецца эмісійная здольнасць сталі пастаяннай?
Не. Гэта залежыць ад тэмпературы, даўжыні хвалі і стану паверхні, напрыклад, паліроўкі, акіслення або наяўнасці пакрыцця.
Што азначаюць словы «солідус» і «ліквідус»?
Солідус — гэта тэмпература або фазавая мяжа, ніжэй за якую сплаў цалкам цвёрды; вышэй за ліквідус сплаў цалкам вадкі. Паміж гэтымі межамі могуць суіснаваць вадкая і цвёрдая фазы.
Якія дадзеныя патрэбныя для выбару матэрыялу з фізічнага пункту гледжання?
Патрабуюцца наступныя дадзеныя: клас, стан пастаўкі, дыяпазон тэмператур, неабходныя фізічныя параметры, геаметрыя, асяроддзе эксплуатацыі і адпаведныя стандарты і метады выпрабаванняў.
Выбар матэрыялу для праекта: У вашым запыце ў кампанію «Альфа-Тэх» варта ўказаць марку, тып вырабу, памеры, тэмпературны рэжым і неабходныя фізічныя параметры. Гэта дазволіць вам вызначыць аб'ём пошуку матэрыялу і неабходную тэхнічную дакументацыю.