В кузнечном производстве обрабатывают разнообразные металлы и сплавы. Они обладают различными механическими, физическими и технологическими свойствами. Указанные свойства имеют важное значение, знание их необходимо при выборе режимов обработки.
К основным физическим свойствам относят плотность, температуру плавления, теплоемкость и теплопроводность.
Плотность (g) - физическая величина, определяющая массу металла в единице объема (кг/м³). Большинство сталей имеет плотность 7850 кг/м³, алюминиевые сплавы - 2500, бронза - 8500 кг/м³.
Температура плавления (Tпл) - важная величина, которую необходимо знать при выборе температурного режима обработки давлением. Следует помнить, что температура плавления чистых металлов не совпадает с температурой плавления их сплавов.
Теплоемкость - отношение количества теплоты, сообщаемого телу (системе) при бесконечно малом изменении его состояния в каком-либо процессе, к соответствующему изменению температуры этого тела. Теплоемкость единицы массы вещества называется удельной теплоемкостью [ккал/(кг х град)]. Теплоемкость металлов в основном зависит от температуры. Наибольшую удельную теплоемкость сталь имеет при температуре 800 - 1100'С, она составляет 0,168 ккал/(кг х град). Чем выше удельная теплоемкость металла, тем больше требуется израсходовать тепловой энергии для нагрева до требуемой температуры.
Теплопроводность - это один из видов теплообмена, при котором перенос энергии в форме теплоты в неравномерно нагретой среде имеет атомно-молекулярный характер. Чем меньше теплопроводность металла, тем больше разница температуры различных частей заготовки и тем больше опасность появления трещин в металле. Теплоемкость сталей (особенно легированных) в пять раз меньше теплоемкости меди и алюминия.
Прочностные свойства металлов, их способность деформироваться характеризуются механическими свойствами. К основным свойствам относятся прочность, пластичность, твердость и ударная вязкость. Количественно эти свойства определяются экспериментально растяжением образцов на испытательных машинах.
Прочность - это способность материала сопротивляться разрушению от действия на него внешних сил. Количественно прочность характеризуют пределом прочности σв, который равен отношению разрушающей силы Рв к площади поперечного сечения исходного образца F₀(МПа): σв = Рв/F₀.
Пластичность - это способность металла изменять форму под действием внешних и внутренних сил без разрушения.
Твердость - способность металла сопротивляться внедрению в него более твердого тела. Определяют твердость на твердомерах внедрением стального закаленного шарика в металл (на приборе Бринелля) или внедрением алмазной пирамиды в хорошо подготовленную поверхность образца (на приборе Роквелла). Чем меньше величина отпечатка, тем больше твердость. испытуемого металла. Например, углеродистая сталь имеет твердость НВ 100 - 150 (по Бринеллю), а после закалки - НВ 500 - 600.
Ударная вязкость - это способность металла поглощать механическую энергию в процессе деформации и разрушения под действием ударной нагрузки. Величина этой характеристики металла определяется отношением затраченной механической работы на разрушение образца при ударном изгибе к площади поперечного сечения образца (Дж/м²): ан = А/F₀.
Ударная вязкость - одна из важнейших характеристик, определяющая работоспособность материала при эксплуатации.
К технологическим свойствам относят ковкость, объемную и линейную усадку, свариваемость, закаливаемость, обрабатываемость резанием, жидкотекучесть и др: В кузнечном производстве особое значение имеют первые четыре свойства.
Ковкость определяет способность металла пластически деформироваться в больших пределах при небольшом сопротивлении деформированию. Это одно из основных свойств для обработки давлением.
Объемная и линейная усадка - это уменьшение объема и линейных размеров заготовки в процессе охлаждения после ковки или после термической обработки. Приближенно можно считать, что размеры стальных заготовок при охлаждении с ковочной температуры до цеховой уменьшаются на 1,2 - 1,3%. Усадку учитывают при проектировании рабочей полости штампов, так как при усадке заготовка может заклиниться на инструменте и т. д.
Свариваемость - способность металлов образовывать высококачественные сварные соединения при кузнечной и других спосабах сварки. Хорошо свариваются стали с малым содержанием углерода, плохо - легированные и высокоуглеродистые. Также имеют плохую свариваемость алюминий и его сплавы и другие цветные металлы и сплавы.
Закаливаемость - способность металлов приобретать в результате закалки высокую твердость. Хорошо закаливаются стали с содержанием углерода от 0,4 до 0,7. Как правило, при закалке стали уменьшаются ее пластичность и ударная вязкость, увеличивается прочность.
