Шпаргалки к экзаменам и зачётам

студентам и школьникам

  • Increase font size
  • Default font size
  • Decrease font size

Шпаргалки по материаловедению - Механические свойства металлов и методы их определения

Cмотрите так же...
Шпаргалки по материаловедению
Особенности атомно-кристаллического строения металлов
Кристаллизация металлов
Механизм процесса кристаллизации металлов
Сплавы – механические смеси
Методика построения 2х компонентных диаграмм состояния
Сплавы – твердые растворы
Диаграмма состояния сплавов с неограниченной растворимостью
Диаграмма состояния сплавов с ограниченной растворимостью
Правило отрезков
Закон Курнакова
Механические свойства металлов и методы их определения
Сплавы железа с углеродом
Диаграмма состояния железо – углеродистых сплавов
Процессы при структурообразовании железоуглеродистых сплавов
Чугуны. Химический состав, классификация и назначение серых чугунов
Влияние скорости охлаждения на процесс графитизации в серых чугунах
Ковкие чугуны и высокопрочные чугуны
Первое основное превращение стали (перлит -> аустенит)
Второе основное превращение стали (аустенит ->перлит)
Мартенситное превращение и его особенности
Четвертое основное превращение (превращение мартенсита при отпуске)
Отжиг стали, виды отжига, режим, назначение
Нормализация сталей
Закалка стали. Условия полной закалки сталей.
Отпуск углеродистых сталей
Определение критических точек в стали методом пробных закалок.
Легированные стали, особенность химического состава
Классификация легированных сталей
Особенности термической обработки инструментальных быстрорежущих сталей
Цементация стали
Термическая обработка после цементации
Азотирование
Закалка токами высокой частоты
Отпускная хрупкость легированных сталей
Инструментальные стали
Штамповые стали для холодного и горячего деформирования металла
Полимеры и их классификация
All Pages

Механические свойства металлов и методы их определения.

 

Основными механическими свойствами являются прочность, упругость, вязкость, твердость. Зная механические свойства, конструктор обоснованно выбирает соответствующий материал, обеспечивающий надежность и долговечность конструкций при их минимальной массе.

Механические свойства определяют поведение материала при деформации и разрушении от действия внешних нагрузок.

В зависимости от условий нагружения механические свойства могут определяться при:

1.    статическом нагружении – нагрузка на образец возрастает медленно и плавно.

2.    динамическом нагружении – нагрузка возрастает с большой скоростью, имеет ударный характер.

3.    повторно, переменном или циклическим нагружении – нагрузка в процессе испытания многократно изменяется по величине или по величине и направлению.

Для получения сопоставимых результатов образцы и методика проведения механических испытаний регламентированы ГОСТами.

При статическом испытании на растяжение: ГОСТ 1497 получают характеристики прочности и пластичности.

Прочность – способность материала сопротивляться деформациям и разрушению.

Испытания проводятся на специальных машинах, которые записывают диаграмму растяжения, выражающую зависимость удлинения образца clip_image047(мм) от действующей нагрузки Р, т.е. clip_image048.

Но для получения данных по механическим свойствам перестраивают: зависимость относительного удлинения clip_image047[1]от напряжения clip_image049

clip_image050

Рис. 6.7. Диаграмма растяжения: а – абсолютная, б – относительная; в – схема определения условного предела текучести

Проанализируем процессы, которые происходят в материале образца при увеличении нагрузки.

Участок оа на диаграмме соответствует упругой деформации материала, когда соблюдается закон Гука. Напряжение, соответствующее упругой предельной деформации в точке а, называется пределом пропорциональности.

Предел пропорциональности (clip_image051) – максимальное напряжение, до которого сохраняется линейная зависимость между деформацией и напряжением.

clip_image052

При напряжениях выше предела пропорциональности происходит равномерная пластическая деформация (удлинение или сужение сечения).

Каждому напряжению соответствует остаточное удлинение, которое получаем проведением из соответствующей точки диаграммы растяжения линии параллельной оа.

Так как практически невозможно установить точку перехода в неупругое состояние, то устанавливают условный предел упругости, – максимальное напряжение, до которого образец получает только упругую деформацию. Считают напряжение, при котором остаточная деформация очень мала (0,005…0,05%).

В обозначении указывается значение остаточной деформации clip_image053.

clip_image054

Предел текучести характеризует сопротивление материала небольшим пластическим деформациям.

В зависимости от природы материала используют физический или условный предел текучести.

Физический предел текучести clip_image055– это напряжение, при котором происходит увеличение деформации при постоянной нагрузке (наличие горизонтальной площадки на диаграмме растяжения). Используется для очень пластичных материалов.

clip_image056

Но основная часть металлов и сплавов не имеет площадки текучести.

Условный предел текучести clip_image057– это напряжение вызывающее остаточную деформацию clip_image058

clip_image059

Физический или условный предел текучести являются важными расчетными характеристиками материала. Действующие в детали напряжения должны быть ниже предела текучести.

Равномерная по всему объему пластичная деформация продолжается до значения предела прочности.

В точке в в наиболее слабом месте начинает образовываться шейка – сильное местное утомление образца.

Предел прочности clip_image060 напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, которую выдерживает образец до разрушения (временное сопротивление разрыву).

clip_image061

Образование шейки характерно для пластичных материалов, которые имеют диаграмму растяжения с максимумом.

Предел прочности характеризует прочность как сопротивления значительной равномерной пластичной деформации. За точкой В, вследствие развития шейки, нагрузка падает и в точке С происходит разрушение.

Истинное сопротивление разрушению – это максимальное напряжение, которое выдерживает материал в момент, предшествующий разрушению образца (рис. 6.8).

clip_image062

Истинное сопротивление разрушению значительно больше предела прочности, так как оно определяется относительно конечной площади поперечного сечения образца.

clip_image063

Рис. 6.8. Истинная диаграмма растяжения

 

clip_image064- конечная площадь поперечного сечения образца.

Истинные напряжения clip_image065определяют как отношение нагрузки к площади поперечного сечения в данный момент времени.

clip_image066

При испытании на растяжение определяются и характеристики пластичности.

Пластичность –– способность материала к пластической деформации, т.е. способность получать остаточное изменение формы и размеров без нарушения сплошности.

Это свойство используют при обработке металлов давлением.

Характеристики:

·  относительное удлинения. clip_image067

clip_image068

clip_image069и clip_image070– начальная и конечная длина образца.

clip_image071– абсолютное удлинение образца, определяется измерением образца после разрыва.

·  относительное сужение

clip_image072

clip_image073- начальная площадь поперечного сечения

clip_image074-площадь поперечного сечения в шейке после разрыва.

Относительное сужение более точно характеризует пластичность и служит технологической характеристикой при листовой штамповке.

Пластичные материалы более надежны в работе, т.к. для них меньше вероятность опасного хрупкого разрушения.

Твердость – это сопротивление материала проникновению в его поверхность стандартного тела (индентора), не деформирующегося при испытании.

Широкое распространение объясняется тем, что не требуются специальные образцы.

Это неразрушающий метод контроля. Основной метод оценки качества термической обработке изделия. О твердости судят либо по глубине проникновения индентора (метод Роквелла), либо по величине отпечатка от вдавливания (методы Бринелля, Виккерса, микротвердости).

Во всех случаях происходит пластическая деформация материала. Чем больше сопротивление материала пластической деформации, тем выше твердость.

Наибольшее распространение получили методы Бринелля, Роквелла, Виккерса и микротвердости. Схемы испытаний представлены на рис. 7.1.

clip_image075

Рис. 7.1. Схемы определения твердости: а – по Бринеллю; б – по Роквеллу; в – по Виккерсу

 

Твердость по Бринеллю ( ГОСТ 9012)

 

Испытание проводят на твердомере Бринелля (рис.7.1 а)

В качестве индентора используется стальной закаленный шарик диаметром D 2,5; 5; 10 мм, в зависимости от толщины изделия.

Нагрузка Р, в зависимости от диаметра шарика и измеряемой твердости: для термически обработанной стали и чугуна – clip_image076, литой бронзы и латуни – clip_image077, алюминия и других очень мягких металлов – clip_image078.

Продолжительность выдержкиclip_image079: для стали и чугуна – 10 с, для латуни и бронзы – 30 с.

Полученный отпечаток измеряется в двух направлениях при помощи лупы Бринелля.

Твердость определяется как отношение приложенной нагрузки Р к сферической поверхности отпечатка F:

clip_image080clip_image081clip_image081[1]

Стандартными условиями являются D = 10 мм; Р = 3000 кгс; clip_image079[1]= 10 с. В этом случае твердость по Бринеллю обозначается НВ 250, в других случаях указываются условия: НВ D / P / clip_image079[2], НВ 5/ 250 /30 – 80.

 

Метод Роквелла ГОСТ 9013

 

Основан на вдавливании в поверхность наконечника под определенной нагрузкой (рис. 7.1 б)

Индентор для мягких материалов (до НВ 230) – стальной шарик диаметром 1/16” (clip_image0821,6 мм), для более твердых материалов – конус алмазный.

Нагружение осуществляется в два этапа. Сначала прикладывается предварительная нагрузка clip_image083(10 ктс) для плотного соприкосновения наконечника с образцом. Затем прикладывается основная нагрузка Р1, втечение некоторого времени действует общая рабочая нагрузка Р. После снятия основной нагрузки определяют значение твердости по глубине остаточного вдавливания наконечника h под нагрузкойclip_image083[1].

В зависимости от природы материала используют три шкалы твердости (табл. 7.1)

Таблица 7.1.Шкалы для определения твердости по Роквеллу

clip_image084

 

 

 

 

Last Updated on Saturday, 23 January 2016 13:20