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

Tema 3: Investigarea 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:

„Lustru metalic” (reflexivitate bună);
plastic;
conductivitate termică ridicată;
conductivitate electrică ridicată.

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

Metode de cercetare.

Metalele și aliajele au o varietate de proprietăți. Folosind o singură metodă de cercetare a metalelor, este imposibil să obțineți informații despre toate proprietățile. Se folosesc mai multe metode de analiză.

1. Determinarea compoziţiei chimice.

2. Se folosesc metode de analiză cantitativă.

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

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

Se aprinde un arc, un fascicul de lumină printr-o prismă intră în ocular pentru analiza spectrului. Culoarea și concentrația liniilor spectrului fac posibilă determinarea conținutului de elemente chimice. Se folosesc steeloscoape staționare și portabile.

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

Se efectuează pe microanalizatoare. Vă permite să determinați compoziția fazelor aliajului, caracteristicile mobilității de difuzie a 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/m2), deformari (in%), lucrari specifice de deformare si distrugere (de obicei in kgf․m/cm2 sau MJ/m2), 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 / kciclu). Domnișoară. m sunt determinate prin testarea mecanică a probelor de diferite forme.

V caz general materialele din structuri pot fi supuse la o mare varietate de sarcini: lucru în tensiune , compresiune, încovoiere, torsiune, forfecare etc., sau să fie supus acțiunii combinate a mai multor tipuri de sarcini, cum ar fi tensiune și încovoiere. Condițiile de funcționare ale materialelor sunt variate și în ceea ce privește temperatura, mediul înconjurător, rata de aplicare a sarcinii și legea schimbării acesteia în timp. În conformitate cu aceasta, există mulți indicatori ai M. de pagină. m. şi multe metode de încercare mecanică. Pentru metale și materiale plastice de inginerie, cele mai frecvente teste sunt la tracțiune, duritate, îndoire la impact; materialele structurale fragile (de exemplu, ceramică, cermet) sunt adesea testate pentru compresie și îndoire statică; Este important să se evalueze proprietățile mecanice ale materialelor compozite, în plus, în timpul încercărilor de forfecare.

3) Metode de încercări standard pentru determinarea proprietăților fizice și mecanice și indicatorii tehnologici ai materialelor și produselor finite de inginerie, metode standard de proiectare a acestora.

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

Comportarea metalelor sub influența sarcinilor externe se caracterizează prin acestea proprietăți mecanice, care vă permit să determinați limitele de încărcare pentru fiecare material specific, pentru a face o evaluare comparabilă diverse materialeși să efectueze controlul calității metalului în condiții de fabrică și de laborator.

Există o serie de cerințe pentru testarea proprietăților mecanice. Condițiile de temperatură-forță ale încercărilor trebuie să fie cât mai apropiate de condițiile de funcționare a materialelor în mașini și structuri reale. În același timp, metodele de testare ar trebui 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 computațională în proiectarea mașinilor și structurilor. Cele mai frecvente sunt următoarele tipuri de teste mecanice.

1. Încercări statice de scurtă durată cu încărcare unică pentru tensiune uniaxială - compresie, duritate, încovoiere și torsiune.

2. Incercari dinamice cu determinarea tenacitatii la impact si a componentelor acesteia - lucrari specifice de initiere si propagare a fisurii.

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

4. Teste de oboseală termică.

5. Teste pentru fluaj și rezistență pe termen lung.

6. Încercări de rezistență la propagarea fisurilor cu determinarea parametrilor de duritate la rupere.

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

3.2. Proprietățile materialelor

Principalele proprietăți mecanice includ rezistența, ductilitatea, duritatea, rezistența la impact și elasticitatea. Majoritatea indicatorilor proprietăților mecanice sunt determinați experimental prin întinderea probelor standard pe mașini de testare.

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 influența forțelor externe și interne fără distrugere.

Duritate- capacitatea unui metal de a rezista la pătrunderea unui corp mai solid în el. Duritatea se determină folosind testere de duritate prin introducerea unei bile de oțel întărit în metal (pe un dispozitiv Brinell) sau prin introducerea unei piramide de diamant într-o suprafață de probă bine pregătită (pe un dispozitiv Rockwell). Cu cât dimensiunea indentării este mai mică, cu atât duritatea metalului testat este mai mare. De exemplu, oțelul carbon are o duritate de 100 înainte de călire. ... ... 150 HB (conform lui Brinell), iar după stingere - 500. ... ... 600 HB.

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

Elasticitate- capacitatea metalului de a-și restabili forma și volumul după încetarea forțelor externe. Această valoare este caracterizată de modulul de elasticitate E(MPa sau kgf / mm 2), care este egal cu raportul de stres și a deformarea elastică cauzată de aceasta. Otelurile si aliajele pentru fabricarea arcurilor si arcurilor trebuie sa aiba o elasticitate mare.

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 rezistența la rupere (ductilitate, tenacitate și capacitatea unui metal de a nu se rupe în prezența fisurilor).

În urma încercărilor mecanice se obțin valori numerice ale proprietăților mecanice, adică valorile tensiunilor sau deformațiilor la care apar modificări ale stărilor fizice și mecanice ale materialului.

Evaluarea proprietății

La evaluarea proprietăților mecanice ale materialelor metalice se disting mai multe grupuri de criterii.

Criterii determinate indiferent de caracteristicile de proiectare și de natura serviciului produselor. Aceste criterii se găsesc prin încercări standard de tracțiune, compresiune, încovoiere, duritate (încercări statice) sau de impact crestat ale probelor netede (încercări dinamice).
Rezistența și proprietățile plastice determinate în timpul încercărilor statice pe specimene 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. Ele pot fi utilizate numai pentru un număr limitat de produse de formă simplă care funcționează în condiții de încărcare statică la temperaturi apropiate de normal.
Criterii de evaluare a 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 pentru rezistența structurală a materialelor metalice pot fi împărțite în două grupe:

criterii care determină fiabilitatea materialelor metalice împotriva fracturilor bruște (rezistență la fractură, lucru absorbit în timpul propagării fisurilor, supraviețuire etc.). Aceste tehnici, folosind principiile de bază ale mecanicii ruperii, se bazează pe încercări statice sau dinamice ale epruvetelor cu fisuri ascuțite, care au loc în piese și structuri reale de mașini în condiții de funcționare (crestături, găuri traversante, incluziuni nemetalice, microgoluri etc. .). Fisurile și micro-discontinuitățile modifică foarte mult comportamentul metalului la sarcină, deoarece acestea sunt concentratoare de tensiuni;
criterii care determină durabilitatea produselor (rezistența la oboseală, rezistența la uzură, rezistența la coroziune etc.).

Criterii de evaluare

Criterii de evaluare a rezistenței structurii în ansamblu (rezistența structurală), determinate în timpul testelor pe banc, la scară completă și operaționale. Aceste teste relevă influența asupra rezistenței și durabilității structurii unor factori precum distribuția și amploarea tensiunilor reziduale, defectele în tehnologia de fabricație și proiectarea produselor metalice etc.

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

Proprietăți mecanice se manifestă ca capacitatea unui material de a rezista tuturor tipurilor de influențe mecanice externe.

Influenţele mecanice caracterizează după direcție, duratăși domeniul de aplicare.În direcția acțiunii mecanice poate fi considerată ca liniar(întinde și strânge) și colţ(îndoire și răsucire). După durata lor, ele sunt împărțite în staticși dinamic, prin domeniul de aplicare - prin volumetrice și superficiale.

Proprietățile mecanice determină modificarea formei, mărimii și continuității substanțelor și materialelor supuse solicitărilor mecanice și, în consecință, rezultatul aproape oricărei acțiuni mecanice asupra substanțelor și materialelor care are loc în timpul producerii și exploatării (utilizarii) acestora.

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

Elasticitate- proprietatea materialelor de a-si reface spontan forma si volumul (solidele) sau numai volumul (lichidele si gazele) atunci cand influentele externe inceteaza. Elasticitatea se datorează interacțiunii dintre atomii (moleculele) substanței și mișcarea lor termică.

Ca măsură a capacității materialelor sau produselor de a-și schimba dimensiunea și forma sub un anumit tip de sarcină, conceptele "elasticitate" și "rigiditate".

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

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

Elasticitate- capacitatea materialelor solide de a-și păstra forma și volumul schimbat fără discontinuități microscopice după îndepărtarea sarcinilor mecanice care au provocat 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, extinde posibilitățile de a crea structuri cu o greutate minimă.

Putere mecanică solide - proprietatea de a rezista la distrugere, separarea în părți), precum și la schimbarea ireversibilă a formei sub presiune mecanică. Rezistența solidelor este determinată în cele din urmă de forțele de interacțiune dintre unitățile structurale constitutive ale acestora (atomi, ioni etc.).

Fragilitate- proprietatea solidelor de a se prăbuși sub presiune mecanică fără modificări preliminare semnificative de formă și volum.

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

V solide- propagarea unei fisuri ascuțite existente (distrugere);

În lichide și gaze - curgere.

Duritate - proprietatea materialelor de a rezista la acțiunea de contact în stratul de suprafață (îndentare sau zgâriere). Particularitatea acestei proprietăți este că se realizează numai într-un volum mic de materie. Duritatea este o proprietate complexă a unui material, care reflectă atât rezistența, cât și plasticitatea acestuia.

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

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

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

La solide, după mecanismul curgerii, se disting deformații 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 - acea parte a deformației care rămâne după îndepărtarea sarcinii, modificând ireversibil structura materialului și proprietățile acestuia.

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

Deformarea plastică în solide poate fi efectuată, de exemplu, prin alunecare, care are loc în rețeaua cristalină a unei substanțe 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.În metale, de exemplu, 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), deoarece o astfel de mișcare ar necesita încărcări externe de sute și mii de ori mai mari decât cele la care procesul se desfășoară de fapt. .

În materialele reale, alunecarea apare atât ca urmare a deplasării dislocațiilor într-un plan de alunecare, cât și prin trecerea la altele. Dislocațiile care se deplasează într-o substanță cristalină deformată dau naștere unui număr mare de atomi dislocați și vacante.

Cea mai mare parte a muncii (până la 95%) cheltuite pentru deformare se transformă în căldură (are loc încălzirea), restul energiei se acumulează sub forma unei densități crescute a defectelor rețelei (locuri libere și în principal dislocații). Acumularea de energie este evidentiata si de cresterea tensiunilor reziduale ca urmare a deformarii. În acest sens, starea materialului deformat plastic este instabilă și se poate modifica, de exemplu, în timpul tratamentului termic.

Cele mai simple elemente de deformare sunt:

alungirea relativă δ este raportul dintre creșterea lungimii (/, - / 0) a probei sub acțiunea sarcinii și valoarea sa inițială / 0:

δ = (/,-/ 0)/ / 0

constricție relativă ψ - raportul scăderii ariei secțiunii transversale a probei sub acțiunea unei sarcini (S 0 -S 1) la valoarea sa originală S 0:

ψ = (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 modificarea forțelor de interacțiune dintre particulele unei substanțe în timpul deformării sale. Tensiunea nu este măsurată direct, ci este calculată doar prin valorile forțelor care acționează asupra corpului sau este determinată indirect - de efectele acțiunii sale, de exemplu, de efectul piezoelectric.

Tensiunea este o mărime vectorială; se numesc valorile proiecției acestui vector pe planul normal și tangent normalși tensiuni de forfecare.

Sistemul de alunecare sub deformare plastică într-o anumită substanță cristalină este caracterizat de valoarea efortului de forfecare minimă, care este necesară pentru începutul alunecării. Acest efort critic de forfecare m 0, care nu depinde de orientarea planului de alunecare în raport cu sarcina aplicată și este una dintre caracteristicile fundamentale ale unui material cristalin.

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

Călirea prin muncă- o modificare a structurii și proprietăților cu creșterea densității defectelor rețelei cristaline în substanțe ca urmare a deformării plastice. În timpul călirii prin lucru, ductilitatea și rezistența la impact scad, dar duritatea și rezistența cresc. Călirea prin muncă este folosită pentru întărirea suprafeţei produse, dar trebuie avut în vedere faptul că metalele întărite prin lucru sunt mai susceptibile la coroziune și sunt predispuse la fisurarea coroziunii prin efort.

Stresurile caracterizează după sursăși în raport cu timpul de expunere.

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

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

σ = F / S,

Unde S - suprafata probei, m2.

Principalul caracteristici mecanice rezistența materialului la deformare și distrugere: Modulul Young, raportul lui Poisson, modulul de forfecare, limita proporțională, limita elastica, precum și limite de randamentși 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/m2), deformari (in%), lucrari specifice de deformare si distrugere (de obicei in kgf․m/cm2 sau MJ/m2), 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 / kciclu). Domnișoară. m sunt determinate prin testarea mecanică a probelor de diferite forme.

În general, materialele din structuri pot fi supuse unor sarcini de diferite tipuri ( orez. unu ): lucru în tensiune , compresiune, încovoiere, torsiune, forfecare etc., sau să fie supus acțiunii combinate a mai multor tipuri de sarcini, cum ar fi tensiune și încovoiere. Condițiile de funcționare ale materialelor sunt variate și în ceea ce privește temperatura, mediul înconjurător, rata de aplicare a sarcinii și legea schimbării acesteia în timp. În conformitate cu aceasta, există mulți indicatori ai M. de pagină. m. şi multe metode de încercare mecanică. Pentru metale și materiale plastice de inginerie, cele mai frecvente teste sunt la tracțiune, duritate, îndoire la impact; materialele structurale fragile (de exemplu, ceramică, cermet) sunt adesea testate pentru compresie și îndoire statică; Este important să se evalueze proprietățile mecanice ale materialelor compozite, în plus, în timpul încercărilor de forfecare.

Diagrama deformării. O sarcină aplicată specimenului provoacă deformarea acestuia (vezi Deformare). Relația dintre sarcină și deformare este descrisă de așa-numitul. diagrama deformarii ( orez. 2 ). Inițial, deformarea probei (sub tensiune - creșterea în lungime Δ l) este proporțională cu sarcina în creștere R apoi la un moment dat n această proporționalitate este încălcată, totuși, pentru a crește deformația, este necesară o creștere suplimentară a sarcinii R; la Δ l > Δ l deformarea se dezvoltă fără aplicarea unei forțe externe, cu o sarcină în scădere treptat. Forma diagramei de deformare nu se schimbă dacă tensiunea este reprezentată de-a lungul ordonatei

(F 0și l 0- respectiv aria secţiunii transversale iniţiale şi lungimea calculată a probei).

Rezistența materialelor este măsurată prin tensiuni care caracterizează sarcina pe unitate de suprafață a secțiunii transversale a probei.

v kgf / mm 2. Voltaj

la care se încalcă creșterea deformației proporțională cu sarcina se numește limită de proporționalitate. Sub sarcină R P n descărcarea probei duce la dispariţia deformaţiei apărute în aceasta sub acţiunea forţei aplicate; o astfel de deformare se numește elastică. Ușoară suprasarcină în raport cu P n poate să nu modifice natura deformării - își va păstra în continuare caracterul elastic. Cea mai mare sarcină pe care o poate suporta proba fără apariția unei deformări plastice reziduale în timpul descărcării determină limita elastică a materialului:

Proprietăți elastice.În regiunea elastică, tensiunea și deformarea sunt legate printr-un coeficient de proporționalitate. Sub tensiune σ = Еδ, unde E- așa-zisul. modulul de elasticitate normală, numeric egal cu tangentei pantei secțiunii drepte a curbei σ = σ (δ) la axa de deformare ( orez. 2 ). În încercarea de tracțiune a unei probe cilindrice sau plane, o stare de efort uniaxială (σ 1> 0; (σ 2 = σ 3 = 0) corespunde unei stări deformate triaxiale (o creștere a lungimii în direcția de acțiune a forțelor aplicate și o scăderea dimensiunilor liniare în alte două direcții reciproc perpendiculare): δ 1> 0; δ 2 = δ 3

în intervalul de elasticitate pentru principalele materiale structurale fluctuează în limite destul de înguste (0,27-0,3 pentru oțeluri, 0,3-0,33 pentru aliaje de aluminiu). Raportul lui Poisson este una dintre principalele caracteristici de proiectare. Cunoscând μ și E, este posibil să se determine modulul de forfecare prin calcul

Rezistență la deformare plastică. Sub sarcini R > P în odată cu deformarea elastică din ce în ce mai mare, apare o deformare plastică ireversibilă vizibilă care nu dispare în timpul descărcarii. Tensiunea la care deformarea relativă reziduală (în tensiune - alungire) atinge o valoare predeterminată (conform GOST - 0,2%) se numește limită de curgere condiționată și se notează

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 [creștere a ctg (90 - α) cu 25-50%] și pentru cantitatea deformației reziduale (0,003-0,05). %) și vorbesc de limite condiționate de proporționalitate și elasticitate. Curba de tracțiune a metalelor structurale poate avea un maxim (punctul b de pe orez. 2 ) sau se întrerupe când se atinge sarcina maximă P în’. Atitudine

caracterizează rezistența la rupere (rezistența la tracțiune) a materialului. În prezența unui maxim pe curba de tensiune în regiunea sarcinilor situate pe curba la stânga v, 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 unei scăderi a secțiunii transversale a probei, trebuie aplicată o sarcină tot mai mare pentru deformarea ulterioară. σ in, precum și condițional 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 în aspectul unui „gât”. O scădere a secțiunii în gât „depășește” întărirea metalelor, ceea ce provoacă 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 compresiune este practic aceeași. Pentru unele metale și aliaje (de exemplu, aliaje de magneziu, oțeluri de înaltă rezistență), diferențele vizibile în această caracteristică sunt caracteristice la întindere și comprimare. Rezistența la deformarea plastică este în special des (în timpul controlului calității produsului, modurilor standardizate de tratare termică etc.) evaluată prin rezultatele testelor de duritate prin indentarea unui vârf dur sub forma unei bile (duritate Brinell sau Rockwell), a unui con (Rockwell). duritate) sau o piramidă (duritate Vickers). Testele de duritate nu necesită ruperea integrității piesei și, prin urmare, sunt mijlocul cel mai răspândit de control al proprietăților mecanice. Duritate Brinell (HB) pentru indentarea bilei D sub sarcină R caracterizează tensiunea medie de compresiune, calculată în mod convențional pe unitate de suprafață a unei adâncituri sferice cu un diametru d:

Caracteristici de plasticitate. Ductilitatea la tracțiune a materialelor structurale se evaluează prin alungire

(Unde h 0și h k- înălțimea inițială și finală a probei), în torsiune - unghiul limitator de răsucire al părții de lucru a probei Θ, bucuros sau o deplasare relativă γ = Θ r(Unde r- raza probei). Ordonata de capăt a diagramei de deformare (punctul k pe orez. 2 ) caracterizează rezistenţa la rupere a metalului S k care este determinat

(F k este zona reală la punctul de întrerupere).

Caracteristici de distrugere. Distrugerea nu are loc instantaneu (la punctul k), dar se dezvoltă în timp, iar începutul în distrugere poate corespunde unui punct intermediar al amplasamentului VC, iar întregul proces se termină cu sarcina care scade treptat la zero. Poziția punctului k pe diagrama de deformare este determinată în mare măsură de rigiditatea mașinii de testare și de inerția sistemului de măsurare. Aceasta face amploarea S kîn mare măsură condiționată.

Multe metale structurale (oțeluri, inclusiv aliaje crom-nichel de înaltă rezistență, la temperatură înaltă, aliaje moi de aluminiu etc.) sunt distruse de tensiune 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 tracțiune. În anumite condiții (de exemplu, la testarea oțelurilor fragile la rece în azot lichid sau hidrogen, atunci când sunt expuse la tensiuni de tracțiune și la un mediu corosiv pentru metale predispuse la coroziune sub tensiune), distrugerea 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, natura sarcinii care acționează (static, dinamic cu schimbare periodică în mărime), scheme de aplicare a forțelor externe (tension uniaxiale, biaxiale, cu încovoiere etc.), temperatura de funcționare, mediu inconjurator... Dependența rezistenței și plasticității metalelor de formă este caracterizată de așa-numita. sensibilitatea crestăturii, de obicei evaluată prin raportul dintre rezistențele la tracțiune ale unui specimen crestat și cel neted

(pentru specimenele cilindrice, crestătura este de obicei realizată sub formă de șanț circular, pentru benzi - sub formă de orificiu central sau tăieturi laterale). Pentru multe materiale structurale, acest raport la o sarcină statică este mai mare decât unitatea, ceea ce este asociat cu o deformare plastică locală semnificativă în partea superioară a crestăturii. Cu cât crestătura este mai ascuțită, cu atât deformarea plastică locală este mai mică 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 eșantioanele cu secțiune transversală masivă sunt supuse la tensionare sau îndoire (cu cât este mai gros mai mult material plastic), oferind acestor mostre o fantă specială îngustă cu o fisură creată artificial ( orez. 3 ). La întinderea unui specimen lat și plat, deformarea plastică este dificilă și limitată la o zonă mică de dimensiunea 2 r y(pe orez. 3 , b umbrit), direct adiacent vârfului fisurii. O fractură dreaptă este de obicei caracteristică defecțiunilor operaționale ale elementelor structurale.

Parametrii precum factorul de intensitate a tensiunii critice pentru deformarea plană, propuși de omul de știință american J.R. Irwin ca constante pentru condițiile de fractură fragilă, au devenit larg răspândiți. K 1Cși duritatea la fractură

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

La atribuirea unei grosimi de probă t si fisura dimensiunea 2 l tr procedați de la următoarea cerință

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

(λ ține cont de geometria fisurii și a probei), 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 de a se rupe fragile în condiții de funcționare.

Pentru a evalua calitatea metalului, testele de impact la îndoirea epruvetelor prismatice cu o crestătură pe o parte sunt foarte frecvente. În același timp, se evaluează rezistența la impact (vezi Rezistența la impact) (in kgf․m/cm2 sau MJ/m2) - munca de deformare și distrugere a probei, referită în mod convențional la secțiunea transversală la crestătură. Testele de îndoire la impact ale epruvetelor cu o fisură de oboseală artificială la baza crestăturii sunt utilizate pe scară largă. Lucrarea de distrugere a unor astfel de mostre și astaîn ansamblu este în acord satisfăcător cu o astfel de caracteristică de fractură ca K 1C, și chiar mai bine cu o atitudine

Dependența de timp a puterii. Odată cu creșterea duratei sarcinii, rezistența la deformare plastică și rezistența la rupere scad. La temperatura camerei, în metale, acest lucru devine deosebit de vizibil atunci când este expus la un mediu coroziv (coroziunea la stres) sau alt mediu activ (efect Rebinder). La temperaturi ridicate, se observă fenomenul de fluaj (vezi Fluaj), adică o creștere a deformației plastice în timp la efort constant ( orez. 4 , A). Rezistența la fluaj a metalelor este estimată prin limita condiționată de fluaj - cel mai adesea prin solicitarea la care deformarea plastică este de peste 100 h ajunge la 0,2% și desemnați-l ca σ 0,2 / 100. Cu cât temperatura este mai mare t, cu atât fenomenul de fluaj este mai pronunțat și cu atât rezistența la rupere a metalului scade în timp ( orez. 4 , b). Această din urmă proprietate este caracterizată de așa-numita. rezistența finală pe termen lung, adică stresul care, la o temperatură dată, provoacă distrugerea materialului într-un timp dat (de exemplu, σ t 100, σ t 1000 etc.). Avea materiale polimerice dependența de temperatură-timp a rezistenței și deformației este mai pronunțată decât cea a metalelor. Când materialele plastice sunt încălzite, se observă o deformare reversibilă foarte elastică; pornind de la o anumită temperatură mai mare se dezvoltă o deformare ireversibilă, asociată cu trecerea materialului într-o stare de curgere vâscoasă. O altă proprietate mecanică importantă a materialelor este asociată cu fluaj - tendința de relaxare a tensiunii, adică la o scădere treptată a tensiunii în condiții în care deformarea totală (elastică și plastică) rămâne constantă la o valoare dată (de exemplu, în șuruburi strânse) . Relaxarea tensiunilor este cauzată de o creștere a proporției componentei plastice a deformației totale și de o scădere a părții sale elastice.

Dacă o sarcină acționează asupra metalului, schimbându-se periodic conform unei legi (de exemplu, sinusoidală), atunci cu o creștere a numărului de cicluri N sarcină, puterea sa scade ( orez. 4 , c) - metalul obosește. Pentru oțelul structural, o astfel de scădere a rezistenței se observă până la N= (2-5) ․10 6 cicluri. În conformitate cu aceasta, se vorbește despre limita de oboseală a oțelului structural, adică de obicei amplitudinea tensiunii

sub care oțelul nu se prăbușește sub încărcare variabilă repetată. Pentru | σ min | = | σ max | limita de oboseală se notează cu simbolul 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 dat N) limitele oboselii. Rezistența la oboseală depinde și de frecvența de aplicare a sarcinii. Rezistența materialelor în condiții de frecvență scăzută și valori ridicate de încărcare repetată (oboseală lentă sau cu ciclu scăzut) nu este asociată fără ambiguitate cu limitele de oboseală. Spre deosebire de încărcarea statică, la 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 crestăturii în oboseală este exprimată ca

caracterizează asimetria ciclului). În procesul de oboseală, este posibil să se distingă o perioadă anterioară formării unui focar de fractură de oboseală și următoarea perioadă, uneori destul de lungă, de dezvoltare a fisurilor de oboseală. Cu cât fisura se dezvoltă mai lent, cu atât materialul din structură funcționează mai fiabil. Rata de creștere a fisurilor de oboseală dl / dN asociat cu factorul de intensitate a tensiunii printr-o funcție de putere:

Lit.: Davidenkov N.N., Testarea dinamică a metalelor, ed. a II-a, L. - M., 1936; Ratner SI, Distrugerea la sarcini repetate, M., 1959; Serensen S.V., Kogaev V.P., Shneiderovich R.M., Calculele de capacitate portantă și rezistență ale pieselor de mașini, ed. a 2-a, Moscova, 1963; Probleme aplicate de tenacitate la fractură, trad. din engleză., M., 1968; Fridman Ya. B., Mechanical properties of metals, a 3-a ed., M., 1974; Metode de testare, control și cercetare a materialelor de inginerie, ed. A. T. Tumanova, t. 2, M., 1974.

S. I. Kishkina.

Orez. 3. Un specimen cu o fisură de oboseală creată special la vârful crestăturii pentru a determina K 1C. Încercări de tracțiune excentrice (a) și axiale (b).

Marea Enciclopedie Sovietică. - M .: Enciclopedia 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 utilizarea unui material. Metode de verificare a proprietăților mecanice Trebuie reținut următoarele... Wikipedia

Materiale reacția materialului la mecanica aplicată. sarcină. Principal caracteristicile mecanice proprietățile sunt stresul și deformarea. Tensiunile sunt caracteristici ale forțelor, care se referă la unitatea de secțiune a unui eșantion dintr-un material sau produs, o structură din ... ... Enciclopedie fizică

Materiale precum rezistența, rezistența la rupere, duritatea etc. sunt în multe cazuri decisive pentru a decide utilizarea unui material. Metode de verificare a proprietăților mecanice Trebuie remarcate 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 deformative: rezistență, duritate, abraziune, ... ...

Proprietățile mecanice ale rocilor- - proprietăți care caracterizează apariția, distribuția și modificarea solicitărilor și deformațiilor mecanice în rocă sub influența sarcinilor mecanice. [GOST R 50544 93] Titlu termen: Proprietăți stâncă Titluri ale enciclopediei... Enciclopedie de termeni, definiții și explicații ale materialelor de construcție

Proprietățile materialelor- Termeni de titlu: Proprietățile materialelor Agregarea materialelor Activarea materialelor Activitatea unei substanțe Analiza materialului... Enciclopedie de termeni, definiții și explicații ale 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 țineți cont de proprietățile mecanice de bază ale acestuia. Aceste proprietăți sunt determinate din rezultatele încercărilor mecanice în care materialul este supus unor forțe (încărcări) externe.

Sarcina provoacă stres și deformare în solid. Voltaj Este mărimea sarcinii raportată la unitatea de suprafață a secțiunii transversale a specimenului de încercare. Deformare- capacitatea unui material de a-și schimba forma și dimensiunea sub influența forțelor externe aplicate (încărcărilor). În direcția de acțiune a forțelor (încărcărilor) apar deformații de întindere, compresiune, încovoiere, răsucire și forfecare. În practică, de regulă, forțele acționează asupra unei piese sau produsului nu separat, ci în combinație între ele, în acest caz apar deformații complexe.

Deformarile pot fi: elastice si 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) Duritate. Duritate - capacitatea unui metal de a rezista la pătrunderea unui alt corp mai dur în el;

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

3) Vâscozitate. Duritate - capacitatea unui metal de a rezista impactului sau impactului 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 efectelor tensiunilor alternative. În procesul de oboseală, daunele materiale se acumulează treptat sub influența tensiunilor alternative, ducând la formarea de fisuri și distrugere.

6) Rezistenta. Rezistenta este capacitatea unui material de a rezista la oboseala. Limita de anduranță este solicitarea maximă pe care o poate rezista un metal fără a se rupe pentru un anumit număr de cicluri de încărcare. Limita de anduranță se determină în încovoiere și tracțiune-compresiune.

Metode de măsurare a durității.

Metode de determinare a durității	Desemnat.	Formulă	Indentor sau vârf	Note (editare)
Duritate Brinell (Brinell)	HB	HB = P / F 0	Artă. temperament. minge. D: 2,5	>6 3-6 <3	P = KD 2 K = coeff. K = 30 UI negru K = 10 culori. Pe mine. K = 2,5 materiale anti-frecare	P-load F 0 - zona de amprentare a bilei Diametrul bilei D
Duritatea Rockwell (Rockwell)	HRB HRC HRA		Pe mine. bila D = 1,58 diamant. con. Cu< при вер.120 0		100 + 900 = 1000N 100 + 1400 = 1500N 100 + 500 = 600N	P = P0 + P1 P0 = 100H-const. P - sarcina totala P 0 = 100N-const P 1 - sarcina suplimentara
Duritatea Vickers (Vickers)	HV	HV = 1,85P / D 2	Diamant. piramide. Cu< при вер.136 0		De la 5 la 120 kgf.	P-load D-media aritmetică a două diagonale ale amprentei unei piramide de diamant
Microduritate	H 0	H0 = 1,85P/D2	Piramide de diamante Cu< при вер.136 0		5 până la 500 gf.

Ar putea fi util să citiți: