Proprietăți mecanice ce. Abilitate tehnică. Clasificarea metodelor de cercetare a materialelor

Tema 3: Studiul proprietăților materialelor structurale.

Clasificarea metodelor de cercetare a materialelor

Proprietățile de bază ale metalelor și metodele de studiu ale acestora.

Metalele sunt una dintre clasele de materiale structurale caracterizate printr-un anumit set de proprietăți:

„Luciu metalic” (reflectivitate bună);
plastic;
conductivitate termică ridicată;
conductivitate electrică ridicată.

Aceste proprietăți se datorează caracteristicilor structurale ale metalelor. Conform teoriei stării metalice, un metal este o substanță formată din nuclee pozitive, în jurul cărora electronii se rotesc în orbitali. La ultimul nivel, numărul de electroni este mic și sunt slab legați de nucleu. Acești electroni au capacitatea de a se deplasa pe întregul volum al metalului, adică aparțin unui întreg set de atomi.

Metode de cercetare.

Metalele și aliajele au o varietate de proprietăți. Folosind o metodă de cercetare a metalelor, este imposibil să se obțină informații despre toate proprietățile. Sunt utilizate mai multe metode de analiză.

1. Determinarea compoziției chimice.

2. Se utilizează metode de analiză cantitativă.

3. Dacă nu este necesară o precizie ridicată, utilizați analiza spectrală.

Analiza spectrală bazat pe descompunerea și studiul spectrului unui arc electric sau scântei, excitat artificial între un electrod de cupru și metalul studiat.

Un arc este aprins, un fascicul de lumină printr-o prismă intră în ocular pentru analiza spectrului. Culoarea și concentrația liniilor spectrului vă permit să determinați conținutul elementelor chimice. Se folosesc oțelcoape staționare și portabile.

4. Informații mai exacte despre compoziție sunt date de analiza spectrală cu raze X.

Se efectuează pe microanalizatori. Permite determinarea compoziției fazelor aliajului, caracteristicile mobilității difuziei atomilor.

caracteristici generale proprietăți mecanice.

Acesta este un set de indicatori care caracterizează rezistența unui material la o sarcină care acționează asupra acestuia, capacitatea sa de a se deforma în acest caz, precum și caracteristicile comportamentului său în procesul de distrugere. În conformitate cu aceasta, tensiunile sunt măsurate (de obicei în kgf / mm 2 sau Mn / m 2), deformări (în%), lucrări specifice de deformare și distrugere (de obicei în kgf․m / cm 2 sau MJ / m 2), rata de dezvoltare a procesului de distrugere sub încărcare statică sau repetată (cel mai adesea în mm pentru 1 sec sau pentru 1000 de cicluri de repetări ale sarcinii, mm / kcycle). Domnișoară. m sunt determinate de testarea mecanică a probelor de diferite forme.

LA caz general materialele din structuri pot fi supuse unei varietăți de sarcini: lucrează în tensiune , comprimare, îndoire, torsiune, forfecare etc. sau să fie supus acțiunii combinate a mai multor tipuri de sarcină, cum ar fi tensiunea și îndoirea. Condițiile de funcționare a materialelor sunt, de asemenea, variate în ceea ce privește temperatura, mediul, rata de aplicare a sarcinii și legea schimbării în timp. În conformitate cu aceasta, există mulți indicatori ai M. de pagină. m. și multe metode teste mecanice... Pentru metale și materiale plastice tehnice, cele mai frecvente teste sunt întinderea, duritatea, îndoirea prin impact; materialele structurale fragile (de exemplu, ceramica, cermetele) sunt adesea testate pentru comprimare și îndoire statică; Este important să se evalueze proprietățile mecanice ale materialelor compozite, în plus, în încercările de forfecare.

3) Metode de teste standard pentru a determina proprietățile fizice și mecanice și indicatorii tehnologici ai materialelor și produselor finite de inginerie, metode standard pentru proiectarea acestora.

În timpul funcționării, piesele mașinii sunt supuse tipuri diferite încărcături. Pentru a determina performanța aliajelor în diferite condiții de încărcare, acestea sunt testate pentru tensiune, compresie, îndoire, torsiune etc.

Comportamentul metalelor sub acțiunea sarcinilor externe se caracterizează prin proprietățile lor mecanice, care permit determinarea limitelor de sarcină pentru fiecare material specific, pentru a face o evaluare comparabilă diverse materiale și să efectueze controlul calității metalului în fabrică și în condiții de laborator.

Există o serie de cerințe pentru testarea proprietăților mecanice. Condițiile de temperatură și forță ale testelor trebuie să fie cât mai apropiate de condițiile de service pentru funcționarea materialelor în mașini și structuri reale. În același timp, metodele de testare trebuie să fie suficient de simple și adecvate pentru controlul calității în masă a produselor metalurgice. Deoarece este necesar să se poată compara calitatea diferitelor materiale de construcție, metodele de testare a proprietăților mecanice trebuie să fie strict reglementate de standarde.

Rezultatele determinării proprietăților mecanice sunt utilizate în practica de proiectare în proiectarea mașinilor și structurilor. Cele mai frecvente sunt următoarele tipuri de teste mecanice.

1. Încercări statice pe termen scurt cu încărcare simplă pentru tensiune uniaxială - compresie, duritate, îndoire și torsiune.

2. Încercări dinamice cu determinarea rezistenței la impact și a componentelor sale - lucrări specifice de inițiere și dezvoltare a fisurilor.

3. Încercări cu sarcină variabilă cu determinarea limitei de oboseală a materialului.

4. Teste de oboseală termică.

5. Teste pentru fluare și rezistență pe termen lung.

6. Teste de rezistență la creșterea fisurilor cu determinarea parametrilor de rezistență la fractură.

7. Testarea materialelor în condiții de solicitare complexă, precum și testarea la scară completă a pieselor, ansamblurilor și structurilor finite.

3.2. Proprietățile materialului

Principalele proprietăți mecanice includ rezistența, plasticitatea, duritatea, duritatea și elasticitatea. Majoritatea indicatorilor de proprietăți mecanice sunt determinați experimental prin întinderea probelor standard pe mașinile de testat.

Putere - capacitatea unui metal de a rezista distrugerii atunci când acționează asupra acestuia forțe externe.

Plastic - capacitatea unui metal de a-și schimba ireversibil forma și dimensiunea sub acțiunea forțelor externe și interne fără distrugere.

Duritate - capacitatea unui metal de a rezista pătrunderii unui corp mai solid în el. Duritatea este determinată folosind testere de duritate prin introducerea unei bile de oțel călit în metal (pe dispozitivul Brinell) sau prin introducerea unei piramide diamantate pe o suprafață bine pregătită a probei (pe dispozitivul Rockwell). Cu cât dimensiunea de indentare este mai mică, cu atât duritatea metalului de testare este mai mare. De exemplu, oțelul carbon are o duritate de 100 înainte de stingere. ... ... 150 HB (conform lui Brinell), iar după stingere - 500. ... ... 600 HB.

Puterea impactului - capacitatea metalului de a rezista la sarcini de impact. Această cantitate, notată KS (J / cm 2 sau kgf m / cm), determinat de raportul de lucru mecanic ȘI,cheltuit pentru distrugerea eșantionului la îndoirea impactului, în zonă secțiune transversală probă .

Elasticitate - capacitatea metalului de a restabili forma și volumul după încetarea forțelor externe. Această valoare se caracterizează prin modulul de elasticitate E (MPa sau kgf / mm 2), care este egal cu raportul de solicitare și a deformarea elastică provocată de aceasta. Oțelurile și aliajele pentru fabricarea arcurilor și arcurilor trebuie să aibă o elasticitate ridicată.

Proprietățile mecanice ale metalelor

Proprietățile mecanice sunt înțelese ca caracteristici care determină comportamentul unui metal (sau alt material) sub acțiunea forțelor mecanice externe aplicate. Proprietățile mecanice includ, de obicei, rezistența unui metal (aliaj) la deformare (rezistență) și rezistență la fractură (ductilitate, rezistență și capacitatea metalului de a nu se fractura în prezența fisurilor).

Ca rezultat al testelor mecanice, se obțin valori numerice ale proprietăților mecanice, adică valori ale tensiunilor sau deformărilor la care au loc modificări ale stărilor fizice și mecanice ale materialului.

Evaluarea proprietății

Atunci când se evaluează proprietățile mecanice ale materialelor metalice, se disting mai multe grupuri de criterii.

Criterii stabilite indiferent de caracteristicile de proiectare și de natura serviciului produselor. Aceste criterii se regăsesc prin testele standard de tracțiune, compresie, îndoire, duritate (teste statice) sau teste de impact crestate ale eșantioanelor netede (teste dinamice).
Rezistența și proprietățile plastice determinate în timpul încercărilor statice pe probe netede, deși sunt importante (sunt incluse în formulele de calcul), în multe cazuri nu caracterizează rezistența acestor materiale în condiții reale de funcționare a pieselor și structurilor mașinii. Acestea pot fi utilizate numai pentru un număr limitat de produse cu formă simplă care funcționează în condiții de încărcare statică la temperaturi apropiate de cele normale.
Criterii pentru evaluarea rezistenței structurale a materialului, care sunt în cea mai mare corelație cu proprietățile de serviciu ale acestui produs și caracterizează performanța materialului în condiții de funcționare.

Rezistența structurală a metalelor

Criteriile de rezistență structurală pentru materialele metalice pot fi împărțite în două grupe:

criterii care determină fiabilitatea materialelor metalice împotriva fracturilor bruște (rezistența la rupere, lucrarea absorbită în timpul propagării fisurilor, supraviețuirea etc.). Aceste tehnici, utilizând principiile de bază ale mecanicii fracturilor, se bazează pe teste statice sau dinamice ale eșantioanelor cu fisuri ascuțite, care au loc în piese și structuri reale ale mașinii în condiții de funcționare (crestături, găuri prin trecere, incluziuni nemetalice, microvoide etc.) Fisurile și micro-discontinuitățile modifică foarte mult comportamentul metalului sub sarcină, deoarece sunt concentratori de stres;
criterii care determină durabilitatea produselor (rezistență la oboseală, rezistență la uzură, rezistență la coroziune etc.).

Criterii de evaluare

Criterii pentru evaluarea rezistenței structurii în ansamblu (rezistența structurală), determinată în timpul testelor pe bancă, la scară completă și operaționale. În timpul acestor teste, se relevă influența asupra rezistenței și durabilității structurii unor factori precum distribuția și amploarea tensiunilor reziduale, defectele tehnologiei de fabricație și proiectarea produselor metalice etc.

Pentru soluții sarcini practice Metalurgia este necesară pentru a determina atât proprietățile mecanice standard, cât și criteriile de rezistență structurală.

Proprietăți mecanice se manifestă ca abilitatea unui material de a rezista la toate tipurile de influențe mecanice externe.

Stresul mecanic caracterizează după direcție, durată și scop. În direcția acțiunii mecanice poate fi considerat ca. liniar (întindeți și strângeți) și colţ(îndoire și răsucire). După durata lor, acestea sunt împărțite în static și dinamic, după domeniu - de volumetric și superficial.

Proprietățile mecanice determină schimbarea formei, mărimii și continuității substanțelor și materialelor sub solicitări mecanice și, în consecință, rezultatul aproape oricărei acțiuni mecanice asupra substanțelor și materialelor care are loc în timpul producției și funcționării lor (utilizare).

Principalele proprietăți mecanice ale substanțelor și materialelor includ elasticitate, rigiditate, elasticitate, plasticitate, rezistență, fragilitate, duritate și duritate.

Elasticitate - proprietatea materialelor de a-și reface spontan forma și volumul (solidele) sau doar volumul (lichide și gaze) atunci când încetează influențele externe. Elasticitate - datorită interacțiunii dintre atomii (moleculele) substanței și mișcarea lor termică.

Ca o măsură a capacității materialelor sau produselor de a-și schimba dimensiunea și forma pentru un anumit tip de încărcare, conceptele "elasticitate"Și "rigiditate".

Elasticitate - capacitatea unui material sau produs de a suferi modificări semnificative în dimensiune și formă fără distrugere cu o forță de acțiune relativ mică.

Duritate - capacitatea unui material sau produs de a-și schimba dimensiunile și forma mai puțin sub un anumit tip de sarcină. Cu cât rigiditatea este mai mare, cu atât schimbarea este mai mică.

Elasticitate - capacitatea materialelor solide de a-și păstra forma și volumul modificate fără discontinuități microscopice după îndepărtarea sarcinilor mecanice care au cauzat aceste modificări.

Deformarea plastică este asociată cu ruperea unor legături interatomice și formarea altora noi. Luând în considerare plasticitatea vă permite să determinați marjele de siguranță, deformabilitatea și stabilitatea, extindeți posibilitățile de creare a structurilor cu o greutate minimă.

Putere mecanică solide - proprietatea de a rezista distrugerii, separării în părți), precum și schimbării ireversibile a formei sub solicitări mecanice. Puterea solidelor este determinată în cele din urmă de forțele de interacțiune dintre unitățile lor structurale constitutive (atomi, ioni etc.).

Fragilitate - proprietatea solidelor de a se prăbuși sub solicitări mecanice fără modificări preliminare semnificative în formă și volum.

Vâscozitate (frecare internă) - capacitatea materialelor de a rezista la acțiunea forțelor externe, ceea ce determină:

LA solide - propagarea unei fisuri ascuțite deja existente (distrugere);

În lichide și gaze - curge.

Duritate - proprietatea materialelor de a rezista la acțiunea de contact a stratului de suprafață (indentare sau zgâriere). Particularitatea acestei proprietăți este că este realizată doar într-un volum mic de materie. Duritatea este o proprietate complexă a unui material, reflectând atât rezistența, cât și plasticitatea acestuia.

În absența acțiunii mecanice, atomii din cristal se află în poziții de echilibru. Sub solicitare mecanică, apare deformarea obiectului material.

Deformare - o modificare a poziției relative a multor particule dintr-o substanță, care duce la o schimbare a formei și dimensiunii corpului sau a părților sale și provoacă o schimbare a forțelor de interacțiune dintre ele. Toate substanțele sunt deformabile.

Dacă se aplică o sarcină de compresie, atunci particulele structurii substanței (de exemplu, atomii) se vor apropia una de cealaltă la o astfel de distanță la care forțele interne de respingere vor echilibra forțele de compresie externe. Când este întinsă, distanța dintre particulele structurale crește până când forțele gravitaționale echilibrează sarcina externă.

La solide, în funcție de mecanismul de curgere, se disting deformări elastice și plastice. Deformare elastică se numește deformare, al cărei efect asupra formei, structurii și proprietăților materialului este eliminat după încetarea acțiunii forțelor externe și plastic - o astfel de parte a deformării care rămâne după îndepărtarea sarcinii, schimbând ireversibil structura materialului și proprietățile acestuia.

Toate solidele reale, chiar și la deformări mici, au proprietăți plastice, care predetermină mecanisme mixte de deformare - deformare elastoplastică.Deci, în diferite părți și structuri, deformările plastice acoperă, de regulă, un volum mic de material, restul suferă doar deformări elastice. Dacă cantitatea de deformare depinde în mod clar de timp, de exemplu, crește cu o sarcină constantă, dar este reversibilă, se numește viscoelastic.

Deformarea plastică în solide poate fi efectuată, de exemplu, prin alunecare, care are loc în rețeaua cristalină a substanței de-a lungul planurilor și direcțiilor cu cea mai densă împachetare de atomi. Se formează planuri de alunecare și direcții de alunecare situate în aceste planuri sistem de alunecare. De exemplu, în metale, unul sau mai multe sisteme de alunecare pot funcționa simultan.

Prezentarea procesului de alunecare ca mișcare simultană a unei părți a cristalului în raport cu alta este pur schematică (Fig.), Întrucât o astfel de mișcare ar necesita valori de încărcare externe de sute și mii de ori mai mari decât cele la care se desfășoară efectiv procesul.

În materialele reale, alunecarea are loc atât ca urmare a deplasării luxațiilor într-un plan de alunecare, cât și prin tranziția la altele. Luxațiile care se mișcă într-o substanță cristalină deformată generează un număr mare de atomi și locuri libere dislocate.

Cea mai mare parte a muncii (până la 95%) cheltuită pentru deformare este transformată în căldură (are loc încălzirea), restul energiei se acumulează sub forma unei densități crescute de defecte de rețea (locuri libere și în principal luxații). Acumularea de energie este evidențiată și de creșterea tensiunilor reziduale ca urmare a deformării. În acest sens, starea materialului deformat plastic este instabilă și se poate schimba, de exemplu, în timpul tratamentului termic.

Cele mai simple elemente de deformare sunt:

alungirea δ este raportul dintre creșterea lungimii (/, - / 0) a eșantionului sub acțiunea sarcinii la valoarea inițială / 0:

δ = (/,-/ 0)/ / 0

constricție relativă ψ - raportul dintre scăderea secțiunii transversale a eșantionului sub acțiunea unei sarcini (S 0 -S 1) până la valoarea inițială S 0:

ψ \u003d (S 0 -S 1) / S 0

Rezistența la deformare este determinată de rezistența la forfecare a unui strat atomic față de altul, adiacent. Pentru a estima amploarea acestei rezistențe, conceptul „ voltaj".

Voltaj - o măsură a forțelor interne care decurg din deformarea unui material, care caracterizează schimbarea forțelor de interacțiune dintre particulele unei substanțe în timpul deformării sale. Tensiunea nu se măsoară direct, ci se calculează numai prin valorile forțelor care acționează asupra corpului sau este determinată indirect - de efectele acțiunii sale, de exemplu, de efectul piezoelectric.

Tensiunea este o cantitate vectorială; se numesc valorile proiecției acestui vector pe planul normal și tangent normal și solicitări de forfecare.

Sistemul de alunecare sub deformare plastică într-o anumită substanță cristalină se caracterizează prin valoarea solicitării minime de forfecare, care este necesară pentru începutul alunecării. aceasta stres critic de forfecare m 0, care nu depinde de orientarea planului de alunecare față de sarcina aplicată și este una dintre caracteristicile fundamentale ale unui material cristalin.

Dacă alunecarea în acest sistem începe când solicitarea de forfecare atinge valoarea critică m 0, atunci continuarea deformării necesită o creștere continuă a efortului de forfecare, adică deformarea este însoțită de întărire continuă ( întărirea tulpinii, sau nituire).

Întărirea muncii - modificări ale structurii și proprietăților cu o creștere a densității defectelor de rețea cristalină în substanțe ca urmare a deformării plastice. În timpul întăririi muncii, plasticitatea și rezistența la impact scad, dar duritatea și rezistența cresc. Pentru întărirea muncii se folosește întărirea suprafeței produse, dar trebuie avut în vedere faptul că metalele prelucrate la rece sunt mai susceptibile la coroziune și sunt predispuse la cracarea prin coroziune prin stres.

Stresurile se caracterizează după sursă și în raport cu timpul de expunere.

Sursa de tensiune este împărțită la mecanic -sub solicitare mecanică, termic - datorită unui gradient de temperatură, de exemplu în timpul încălzirii sau răcirii rapide între straturi de suprafață și interioare și structural (fază) - în timpul diferitelor procese fizico-chimice care apar într-o substanță, de exemplu, o modificare a volumului cristalitelor individuale în timpul transformărilor de fază.

Mărimea eforturilor mecanice dintr-o probă de material σ este direct proporțională cu magnitudinea forței externe F, Pa:

σ \u003d F / S,

unde S - suprafață eșantion, m 2.

Principalul caracteristici mecanice rezistența materialului la deformare și distrugere: Modulul lui Young, raportul lui Poisson, modulul de forfecare, limita proporțională, limita elastică, și limite de randament și putere.

Proprietățile mecanice ale materialelor

un set de indicatori care caracterizează rezistența unui material la o sarcină care acționează asupra acestuia, capacitatea sa de a se deforma în acest caz, precum și caracteristicile comportamentului său în procesul de distrugere. În conformitate cu acest M. s. m sunt măsurate prin tensiuni (de obicei în kgf / mm 2 sau Mn / m 2), deformări (în%), lucrări specifice de deformare și distrugere (de obicei în kgf․m / cm 2 sau MJ / m 2), rata de dezvoltare a procesului de distrugere sub încărcare statică sau repetată (cel mai adesea în mm pentru 1 sec sau pentru 1000 de cicluri de repetări ale sarcinii, mm / kcycle). Domnișoară. m sunt determinate de testarea mecanică a probelor de diferite forme.

În general, materialele din structuri pot fi supuse unor sarcini de diferite tipuri ( fig. 1 ): lucrați în tensiune , comprimare, îndoire, torsiune, forfecare etc. sau să fie supus acțiunii combinate a mai multor tipuri de sarcină, cum ar fi tensiunea și îndoirea. Condițiile de funcționare a materialelor sunt, de asemenea, variate în ceea ce privește temperatura, mediul, rata de aplicare a sarcinii și legea schimbării în timp. În conformitate cu aceasta, există mulți indicatori ai M. de pagină. m. și multe metode de testare mecanică. Pentru metale și materiale plastice tehnice, cele mai frecvente teste sunt întinderea, duritatea, îndoirea prin impact; materialele structurale fragile (de exemplu, ceramica, cermetele) sunt adesea testate pentru comprimare și îndoire statică; Este important să se evalueze proprietățile mecanice ale materialelor compozite, în plus, în încercările de forfecare.

Diagrama de deformare. O sarcină aplicată specimenului provoacă deformarea acestuia (vezi Deformare). Relația dintre sarcină și deformare este descrisă de așa-numitul. diagrama de deformare ( fig. 2 ). Inițial, deformarea eșantionului (sub tensiune - creșterea în lungime Δ l) este proporțională cu sarcina în creștere R, apoi la punct n această proporționalitate este încălcată, cu toate acestea, pentru a crește deformarea, este necesară o creștere suplimentară a sarcinii R; la Δ l > Δ l deformarea se dezvoltă fără aplicarea forței externe, cu o sarcină în scădere treptată. Forma diagramei de deformare nu se modifică dacă tensiunea este reprezentată de-a lungul ordonatei

(F 0 și l 0 - respectiv aria secțiunii transversale inițiale și lungimea calculată a eșantionului).

Rezistența materialelor se măsoară prin solicitări care caracterizează sarcina pe unitate de secțiune transversală a probei

la kgf / mm 2. Voltaj

la care se încalcă creșterea deformării proporțională cu sarcina se numește limită de proporționalitate. Sub sarcină R P n descărcarea probei duce la dispariția deformării care a apărut în ea sub acțiunea forței aplicate; o astfel de deformare se numește elastică. Supraîncărcare ușoară față de P n s-ar putea să nu schimbe natura deformării - își va păstra în continuare caracterul elastic. Cea mai mare sarcină pe care o poate rezista proba fără apariția deformării plastice reziduale în timpul descărcării determină limita elastică a materialului:

Proprietăți elastice.În regiunea elastică, tensiunea și tensiunea sunt legate de un coeficient de proporționalitate. Sub tensiune σ \u003d Еδ, unde E - asa numitul. modul de elasticitate normală, egal numeric cu tangenta pantei secțiunii drepte a curbei σ \u003d σ (δ) la axa de deformare ( fig. 2 ). În testarea la tracțiune a unui specimen cilindric sau plat, o stare de tensiune uniaxială (σ 1\u003e 0; (σ 2 \u003d σ 3 \u003d 0) corespunde unei stări deformate triaxiale (o creștere a lungimii în direcția de acțiune a forțelor aplicate și o scădere a dimensiunilor liniare în alte două direcții reciproc perpendiculare): \u003e 1\u003e 0; δ 2 \u003d δ 3

în limitele elasticității pentru principalele materiale structurale variază în limite destul de înguste (0,27-0,3 pentru oțeluri, 0,3-0,33 pentru aliaje de aluminiu). Raportul Poisson este una dintre principalele caracteristici de proiectare. Cunoscând μ și E, modulul de forfecare poate fi determinat și prin calcul

Rezistența la deformarea plastică. Sub sarcini R > P în Odată cu deformarea elastică din ce în ce mai mare, apare o deformare plastică ireversibilă care nu dispare în timpul descărcării. Stresul la care deformarea relativă reziduală (în tensiune - alungire) atinge o valoare predeterminată (conform GOST - 0,2%) se numește rezistența convențională a randamentului și este notată

Precizie practică metode moderne testul este astfel încât σ p și σ e sunt determinate cu toleranțe specificate, respectiv, pentru abaterea de la legea proporționalității [creșterea ctg (90 - α) cu 25-50%] și pentru cantitatea de deformare reziduală (0,003-0,05%) și vorbesc de condițional limite de proporționalitate și elasticitate. Curba de întindere a metalelor structurale poate avea un maxim (punctul b pe fig. 2 ) sau întrerupeți-vă când se atinge sarcina maximă P în '. Atitudine

caracterizează rezistența la tracțiune (rezistența la tracțiune) a materialului. În prezența unui maxim pe curba de tensiune în regiunea sarcinilor situate pe curba din stânga la, proba este deformată uniform pe toată lungimea calculată l 0, scăzând treptat în diametru, dar păstrând forma inițială cilindrică sau prismatică. În timpul deformării plastice, metalele sunt întărite; prin urmare, în ciuda scăderii secțiunii transversale a eșantionului, trebuie aplicată o sarcină din ce în ce mai mare pentru deformarea ulterioară. σ în, la fel ca condiționalele σ 0.2, σ n și σ e, caracterizează rezistența metalelor la deformarea plastică. În secțiunea diagramei de deformare din dreapta, forma specimenului întins se modifică: începe o perioadă de deformare concentrată, care se exprimă prin apariția unui „gât”. O scădere a secțiunii din gât „depășește” întărirea metalelor, ceea ce determină o scădere a sarcinii externe în secțiune P în - P k.

Pentru multe materiale structurale, rezistența la deformarea plastică în regiunea elastic-plastică sub tensiune și compresie este practic aceeași. Unele metale și aliaje (de exemplu, aliaje de magneziu, oțeluri de înaltă rezistență) se caracterizează prin diferențe notabile în această caracteristică sub tensiune și compresie. Rezistența la deformarea plastică este deosebit de des evaluată (în timpul controlului calității produsului, modurilor standardizate de tratament termic etc.) prin rezultatele testelor de duritate prin indentarea unui vârf dur sub formă de bilă (duritate Brinell sau Rockwell), un con (duritate Rockwell) sau o piramidă (Duritatea Vickers). Testarea durității nu necesită ruperea integrității piesei și, prin urmare, este cel mai răspândit mijloc de control al proprietăților mecanice. Duritatea Brinell (HB) pentru indentarea bilelor D sub sarcină R caracterizează tensiunea medie la compresiune, calculată convențional pe unitatea de suprafață a unei indentări sferice cu un diametru d:

Caracteristicile de plasticitate. Ductilitatea la tracțiune a materialelor structurale este evaluată prin alungire

(Unde h 0 și h k - înălțimea inițială și finală a probei), în torsiune - unghiul limitativ de răsucire a părții de lucru a probei Θ, bucuros sau o schimbare relativă γ \u003d Θ r (Unde r - raza eșantionului). Ordonată finală a diagramei de deformare (punctul k pe fig. 2 ) caracterizează rezistența la distrugerea metalului S kcare este determinat

(F k este aria reală la punctul de pauză).

Caracteristici de distrugere. Distrugerea nu este instantanee (la momentul respectiv k), dar se dezvoltă în timp, iar începutul distrugerii poate corespunde unui punct intermediar de pe sit vC, iar întregul proces se termină cu încărcarea scăzând treptat la zero. Poziția punctului k pe diagrama de deformare este în mare măsură determinată de rigiditatea mașinii de testat și de inerția sistemului de măsurare. Aceasta face valoarea S k în mare măsură condiționată.

Multe metale structurale (oțeluri, inclusiv aliaje de crom-nichel rezistente la căldură, rezistente la căldură, aliaje moi de aluminiu etc.) sunt distruse prin întindere după o deformare plastică semnificativă cu formarea unui gât. Adesea (de exemplu, în aliajele de aluminiu de înaltă rezistență), suprafața de rupere este situată la un unghi de aproximativ 45 ° față de direcția forței de întindere. În anumite condiții (de exemplu, atunci când se testează oțeluri fragile la rece în azot lichid sau hidrogen, atunci când sunt expuse la solicitări de tracțiune și la un mediu coroziv pentru metalele predispuse la coroziune la solicitare), fractura are loc de-a lungul secțiunilor perpendiculare pe forța de tracțiune (fractură dreaptă), fără deformare macroplastică.

Rezistența materialelor realizate în elemente structurale depinde nu numai de proprietățile mecanice ale metalului în sine, ci și de forma și dimensiunea piesei (așa-numitele efecte de formă și scară), de energia elastică acumulată în structura încărcată, de natura sarcinii de acționare (statică, dinamică schimbarea periodică a amplorii), scheme pentru aplicarea forțelor externe (tensiune uniaxială, biaxială, cu îndoire etc.), temperatura de funcționare, mediu inconjurator... Dependența rezistenței și plasticității metalelor de formă este caracterizată de așa-numita. sensibilitatea la crestătură, de obicei evaluată prin raportul dintre rezistențele la tracțiune ale unui eșantion crestat și neted

(pentru exemplarele cilindrice, crestătura se face de obicei sub formă de tăietură circulară, pentru benzi - sub formă de gaură centrală sau tăieturi laterale). Pentru multe materiale structurale, acest raport la o sarcină statică este mai mare decât unitatea, care este asociată cu o deformare plastică locală semnificativă la vârful crestăturii. Cu cât crestătura este mai ascuțită, cu atât este mai mică deformarea plastică locală și proporția de fractură directă în secțiunea fracturată este mai mare. O fractură dreaptă bine dezvoltată poate fi obținută la temperatura camerei în majoritatea materialelor structurale în condiții de laborator, dacă exemplarele cu secțiune transversală masivă sunt supuse la tensiune sau la îndoire (cu cât materialul este mai gros, cu atât este mai plastic), prin furnizarea acestor exemplare cu o fantă îngustă specială, cu o fisură creată artificial ( fig. 3 ). Când se întinde un specimen larg și plat, deformarea plastică este dificilă și limitată la o zonă mică de dimensiunea 2 r y (pe Fig. 3 , umbrit b), direct adiacent vârfului fisurii. O fractură dreaptă este de obicei tipică pentru eșecul operațional al elementelor structurale.

Parametrii precum factorul intensității critice a stresului pentru deformarea planului, propus de omul de știință american J.R. Irwin ca constante pentru condiții de fractură fragilă, au devenit răspândiți. K 1C și rezistența la fractură

În acest caz, procesul de distrugere este luat în considerare în timp și în indicatori K 1C(G 1C) se referă la acel moment critic în care propagarea fisurilor este întreruptă; o fisură devine instabilă și se propagă spontan când energia necesară pentru a-și mări lungimea este mai mică decât energia de deformare elastică furnizată vârfului fisurii din zonele metalice adiacente tensionate elastic.

La atribuirea unei grosimi a eșantionului t și dimensiunea fisurii 2 l tr procedați de la următoarea cerință

Factorul de intensitate a stresului LA ia în considerare nu numai valoarea sarcinii, ci și lungimea fisurii în mișcare:

(λ ia în considerare geometria fisurii și a specimenului), se exprimă în kgf / mm 3/2 sau Mn / m 3/2. De K 1C sau G 1C Este posibil să se judece tendința materialelor structurale la fracturi fragile în condiții de funcționare.

Pentru a evalua calitatea metalului, testele pentru îndoirea impactului exemplarelor prismatice cu o crestătură pe o parte sunt foarte frecvente. În același timp, este evaluată rezistența la impact (a se vedea Forța la impact) (în kgf․m / cm 2 sau MJ / m 2) - opera de deformare și distrugere a probei, menționată în mod convențional la secțiunea transversală de la crestătură. Sunt utilizate pe scară largă teste pentru îndoirea prin impact a exemplarelor cu o fisură de oboseală artificială la baza crestăturii. Opera de distrugere a unor astfel de probe și asta este în general în acord satisfăcător cu o astfel de caracteristică de fractură ca K 1C, și chiar mai bine cu atitudine

Dependența de timp de forță. Odată cu creșterea duratei sarcinii, rezistența la deformarea plastică și rezistența la fracturi scad. La temperatura camerei, acest lucru devine deosebit de vizibil în metale atunci când este expus la un mediu coroziv (coroziune la stres) sau alt mediu activ (efect Rebinder). La temperaturi ridicate, se observă fenomenul de fluare (vezi Fluirea), adică o creștere a deformării plastice în timp la o solicitare constantă ( fig. 4 , și). Rezistența la fluare a metalelor este estimată de limita condițională de fluare - cel mai adesea de stresul la care deformarea plastică este peste 100 hatinge 0,2% și o notează cu σ 0,2 / 100. Cu cât temperatura este mai mare t, cu cât fenomenul de fluare este mai pronunțat și rezistența la fractură a metalului scade în timp ( fig. 4 , b). Această din urmă proprietate este caracterizată prin așa-numita. rezistența finală pe termen lung, adică stresul care, la o anumită temperatură, determină distrugerea materialului pentru un anumit timp (de exemplu, σ t 100, σ t 1000 etc.). Avea materiale polimerice dependența temperatură-timp de rezistență și deformare este mai pronunțată decât cea a metalelor. Când plasticele sunt încălzite, se observă o deformare reversibilă foarte elastică; pornind de la o temperatură mai ridicată, se dezvoltă o deformare ireversibilă, asociată cu trecerea materialului la o stare de curgere vâscoasă. O altă proprietate mecanică importantă a materialelor este asociată cu fluirea - tendința de relaxare la stres, adică la o scădere treptată a stresului în condiții în care deformarea totală (elastică și plastică) rămâne constantă la o anumită valoare (de exemplu, în șuruburile strânse). Relaxarea la stres este cauzată de o creștere a proporției componentei plastice a deformării totale și de o scădere a părții sale elastice.

Dacă o sarcină acționează asupra metalului, schimbându-se periodic în conformitate cu o anumită lege (de exemplu, sinusoidală), atunci cu o creștere a numărului de cicluri N sarcina, puterea sa scade ( fig. 4 , c) - metalul obosește. Pentru oțelul structural, o astfel de scădere a rezistenței este observată până la N \u003d (2-5) ․10 6 cicluri. În conformitate cu aceasta, ei vorbesc despre limita de oboseală a oțelului structural, înțelegând de obicei amplitudinea stresului

sub care oțelul nu se defectează la încărcări variabile repetate. Pentru | σ min | \u003d | σ max | limita de oboseală este notată cu σ -1. Curbele de oboseală ale aliajelor de aluminiu, titan și magneziu nu au de obicei o secțiune orizontală; prin urmare, rezistența la oboseală a acestor aliaje este caracterizată prin așa-numita. limitat (corespunzător unui anumit N) limite ale oboselii. Rezistența la oboseală depinde și de frecvența de aplicare a sarcinii. Rezistența materialelor în condiții de frecvență scăzută și valori ridicate ale încărcării repetate (oboseală lentă sau cu ciclu mic) nu este legată fără echivoc de limitele de oboseală. Spre deosebire de încărcarea statică, sub sarcini alternative, sensibilitatea crestăturii se manifestă întotdeauna, adică limita de oboseală în prezența unei crestături este sub limita de oboseală a unui specimen neted. Pentru comoditate, sensibilitatea la crestătură la oboseală este exprimată ca

caracterizează asimetria ciclului). În procesul de oboseală, este posibil să se distingă perioada care precedă formarea unui centru de fractură de oboseală și perioada ulterioară, uneori destul de lungă, de dezvoltare a fisurilor de oboseală. Cu cât fisura se dezvoltă mai lent, cu atât funcționează mai fiabil materialul din structură. Rata de creștere a oboselii dl / dN asociat cu factorul de intensitate a stresului de o funcție de putere:

Lit.: Davidenkov N. N., Testarea dinamică a metalelor, ediția a II-a, L. - M., 1936; Ratner SI, Distrugerea la sarcini repetate, M., 1959; Serensen S.V., Kogaev V.P., Shneiderovich R.M., Capacitatea portantă și calculele de rezistență ale pieselor mașinilor, ediția a II-a, Moscova, 1963; Întrebări aplicate de rezistență la rupere, trans. din engleză, M., 1968; Fridman Ya. B., Proprietăți mecanice ale metalelor, ediția a III-a, M., 1974; Metode de testare, control și cercetare a materialelor tehnice, ed. A. T. Tumanova, t. 2, M., 1974.

S. I. Kishkina.

Figura: 3. Un specimen cu o fisură de oboseală special creată la vârful crestăturii pentru a determina K 1C. Încercări de tracțiune excentrică (a) și axială (b).

Marea Enciclopedie Sovietică. - M.: Enciclopedie sovietică. 1969-1978 .

Vedeți ce este „Proprietățile mecanice ale materialelor” în alte dicționare:

Proprietățile mecanice ale materialelor, cum ar fi rezistența, rezistența la rupere, duritatea etc., sunt, în multe cazuri, decisive pentru a decide cu privire la utilizarea unui material. Metode de verificare a proprietăților mecanice Trebuie menționate următoarele ... Wikipedia

Reacția materialului materialului la mecanicul aplicat. sarcină. Principal caracteristicile mecanice. proprietățile sunt stresul și tensiunea. Stresurile sunt caracteristici ale forțelor, care se referă la unitatea de secțiune a unui eșantion de material sau produs, o structură din ... Enciclopedie fizică

Materialele, cum ar fi rezistența, rezistența la rupere, duritatea etc. sunt, în multe cazuri, decisive pentru a decide cu privire la utilizarea unui material. Metode de verificare a proprietăților mecanice Trebuie menționate următoarele metode principale ... ... Wikipedia

Proprietăți mecanice - - reflectă capacitatea unui material de a rezista la putere, termică, contracție sau alte solicitări interne fără a perturba structura stabilită. Proprietățile mecanice includ proprietăți de deformare: rezistență, duritate, abraziune, ... ...

Proprietățile mecanice ale rocilor - - proprietăți care caracterizează apariția, distribuția și schimbarea tensiunilor și deformărilor mecanice în rocă sub influența sarcinilor mecanice. [GOST R 50544 93] Denumirea termenului: Proprietăți de rocă Denumirile enciclopediei ... Enciclopedia termenilor, definițiilor și explicațiilor materialelor de construcție

Proprietățile materialului - Termeni de titlu: Proprietățile materialelor Agregarea materialelor Activarea materialelor Activitatea materialelor ... Enciclopedia termenilor, definițiilor și explicațiilor materialelor de construcție

Proprietăți mecanice - capacitatea unui metal de a rezista forțelor și sarcinilor externe. Prin urmare, atunci când alegeți un material, este necesar, în primul rând, să se țină seama de proprietățile sale mecanice de bază. Aceste proprietăți sunt determinate de rezultatele încercărilor mecanice în care materialul este supus forțelor (sarcinilor) externe.

Sarcina provoacă stres și deformări în solid. VoltajEste magnitudinea sarcinii referită la unitatea ariei secțiunii transversale a epruvetei. Deformare - capacitatea materialului de a-și modifica forma și dimensiunea sub influența forțelor externe aplicate (sarcini). În direcția de acțiune a forțelor (sarcinilor), apar deformări de tensiune, compresie, îndoire, răsucire și forfecare. În practică, de regulă, forțele acționează asupra unei părți sau a unui produs nu separat, ci în combinație între ele, în acest caz apar deformări complexe.

Deformațiile pot fi: elastice și plastice.

Deformare elastică - după îndepărtarea sarcinii, proba revine la poziția inițială.

Deformare plastica - după îndepărtarea sarcinii, proba nu revine la poziția inițială.

Principalele proprietăți mecanice sunt:

1) Duritatea. Duritatea - capacitatea unui metal de a rezista introducerii unui alt corp mai dur în el;

2) Forța. Forța - capacitatea unui metal de a rezista distrugerii;

3) Vâscozitatea. Rezistență - capacitatea unui metal de a rezista la impact sau la impactul sarcinilor dinamice de șoc;

4) Plasticitate. Plasticitatea este capacitatea unui metal de a rezista la deformare.

5) Oboseala. Oboseala este capacitatea unui metal de a rezista la tensiuni alternative repetate. În procesul de oboseală, există o acumulare treptată de daune materiale sub influența tensiunilor alternante, ducând la formarea fisurilor și distrugerii.

6) Rezistență. Rezistența este capacitatea unui material de a rezista la oboseală. Limita de rezistență este stresul maxim pe care un metal îl poate rezista fără distrugere pentru un anumit număr de cicluri de încărcare. Limita de rezistență este determinată în îndoire și compresie-tensiune.

Metode de măsurare a durității.

Metode de determinare a durității	Desemnat.	Formulă	Indentare sau vârf	Note
Duritatea Brinell (Brinell)	HB	HB \u003d P / F 0	Artă. temperament. minge. D: 2,5	>6 3-6 <3	P \u003d KD 2 K \u003d coeff. K \u003d 30 UI negru K \u003d 10 culori. Pe mine. K \u003d 2,5 materiale antifricțiune	Sarcină P F 0 - zona de imprimare a bilei Diametrul bilei D
Duritatea Rockwell (Rockwell)	HRB HRC HRA		Pe mine. bila D \u003d 1,58 diamant. con. din< при вер.120 0		100 + 900 \u003d 1000N 100 + 1400 \u003d 1500N 100 + 500 \u003d 600N	P \u003d P 0 + P 1 P 0 \u003d 100H-const. P - sarcină totală P 0 \u003d 100N-const P 1 - sarcină suplimentară
Duritatea Vickers (Vickers)	HV	HV \u003d 1,85P / D2	Diamant. piramele. din< при вер.136 0		De la 5 la 120 kgf.	P-sarcină D-aritmetică medie a două diagonale ale amprentei unei piramide diamantate
Microhardness	H 0	H 0 \u003d 1,85P / D2	Piramide cu diamante din< при вер.136 0		5 până la 500 gauss.

Ar putea fi util să citiți: