Студопедия КАТЕГОРИИ: АвтоАвтоматизацияАрхитектураАстрономияАудитБиологияБухгалтерияВоенное делоГенетикаГеографияГеологияГосударствоДомЖурналистика и СМИИзобретательствоИностранные языкиИнформатикаИскусствоИсторияКомпьютерыКулинарияКультураЛексикологияЛитератураЛогикаМаркетингМатематикаМашиностроениеМедицинаМенеджментМеталлы и СваркаМеханикаМузыкаНаселениеОбразованиеОхрана безопасности жизниОхрана ТрудаПедагогикаПолитикаПравоПриборостроениеПрограммированиеПроизводствоПромышленностьПсихологияРадиоРегилияСвязьСоциологияСпортСтандартизацияСтроительствоТехнологииТорговляТуризмФизикаФизиологияФилософияФинансыХимияХозяйствоЦеннообразованиеЧерчениеЭкологияЭконометрикаЭкономикаЭлектроникаЮриспунденкция |
Влияние пластической деформации на свойства металлов
Процесс пластической деформации металлов сопровождается ростом числа дефектов кристаллической решетки, искривлениями плоскостей скольжения, появлением обломков кристаллитов в плоскостях скольжения, структурными превращениями по плоскостям скольжения. Все это препятствует перемещению дислокаций, способствует их накапливанию и взаимодействию друг с другом. Эта одна из причин упрочнения (наклепа) и снижения пластичности металла. На рис. 16, а показаны исходная форма отдельного зерна и микроструктура металла до деформации (рис.16,6). При пластическом деформировании в связи со скольжением зерна разбиваются на отдельные блоки (рис. 16, в) Кроме того, установлено, что кристаллическая решетка метала вблизи границ блоков и зерен искажается. Таким образом выявляются дополнительные возможности упрочнения. При наклепе растут значения прочностных характеристик металлов и уменьшаются показатели пластичности. При больших степенях деформации зерна металла вытягиваются в направлении действия приложенных сил. При этом образуется волокнистая или слоистая структура (рис.16, г). Еще большая степень деформации приводит к возникновению текстуры деформации, которая характеризуется определенной ориентацией зерен по отношению к прилагаемым нагрузками Волокнистая структура., и текстура деформации приводят к анизотропии. Металл, подвергнутый пластическому деформированию, характеризуется термодинамическим неустойчивым состоянием. Нагрев может вернуть ему исходные (до деформирования) свойства. Если температура нагрева меньше 0,2...0,3 температуры плавления, то протекает процесс возврат. При этом улучшаются структурное состояние и пластичность металла, а также уменьшается плотность дислокаций. Возврат имеет две стадии. При более низких температурах наблюдается отдых, когда уменьшается число точечных дефектов и перераспределяются дислокации в металле. Второй стадией при несколько больших температурах является полигонизация, приводящая к дроблению кристаллитов на субзерна (полигоны). Процесс полигонизации характеризуется упорядочением расположения дислокаций в плоскостях скольжения. Возврат почти не изменяет механические свойства металла. По правилу А. Л. Бочвара при температуре нагрева около 0,4 температуры плавления в металле происходит процесс рекристаллизации, при котором почти полностью снимается наклеп или нагартовка. Так называется упрочнение металла под действием пластической деформации. Вследствие тепловой активности атомов образуются новые равноосные зерна. Зародыши зерен возникают в участках с повышенной плотностью дислокаций, постепенно они увеличиваются в размере за счет перехода к ним атомов от деформированных участков металла. Новые, зерна обладают меньшей плотностью дислокаций, имеют неискаженную кристаллическую решетку. Поэтому после рекристаллизации свойства металла возвращаются к исходным. При рекристаллизации существенно снижаются прочностные характеристики, пластичность возрастает, снимаются внутренние напряжения. Сравнивая температуры деформации и рекристаллизации, можно говорить о горячей или холодной деформаций. Если температура деформации ниже температуры рекристаллизации, то деформация считается холодной. Процесс холодной деформации сопровождается наклепом металла, так как малые температуры не обеспечивают разупрочнения металлов. Механические свойства металлов при холодной деформации изменяются значительно: возрастает прочность и уменьшается пластичность. Если температура деформации выше температуры рекристаллизации, то деформацию называют горячей. Получаемое в процессе горячей деформации упрочнение тут же полностью или частично снимается за счет рекристаллизации, что снижает сопротивление деформации и повышает пластичность металлов. Сверхпластичностью называют способность металлов и сплавов к значительной равномерной деформации, при которой относительное удлинение достигает сотен и тысяч процентов.
Механические свойства К механическим свойствам металлов и сплавов относятся твердость; свойства, определяемые при статическом растяжении; ударная вязкость; предел выносливости. Твердость — это способность материала сопротивляться проникновению в него постороннего тела. Существуют различные методы определения твердости.
По методу Бринелля. Под действием силы F в испытуемое тело внедряется стальной шарик, диаметром D. Твердость по Бринеллю определяется: НВ = 0,102 ∙ 2 F (Р)/ πD (D - √D2 – d2), Когда нагрузка F выражена в Н, и НВ =2 F (Р)/ πD (D - √D2 – d2), Когда нагрузка F выражена в кгс. При испытании стали и чугуна обычно принимают D = 10 мм и F = 2943 (300) Н (кгс), при испытании алюминия, меди, никеля и их сплавов D — 10 мм и F = 9800 (1000) Н (кгс), а при испытании мягких металлов (Pb, Sn и их сплавов) D — 10 мм и F = 2450 (250) Н (кгс). Твердость по Бринеллю обозначается цифрами, характеризующими величину твердости и буквами НВ, например 185 НВ (при D =10 мм и F = 300 кгс). Твердость определяют или по приведенным формулам, или по специальным таблицам, исходя из диаметра отпечатка d. Чем меньше диаметр отпечатка, тем выше твердость. Метод Бринелля не рекомендуется применять для стали с твердостью более 450 НВ, а для цветных металлов — более 200 НВ..; По методу Роквелла. Сущность метода (ГОСТ 9013-59 (СТ СЭВ 469—77)) заключается во вдавливании наконечника с алмазным конусом с углом у вершины 120 °С (шкалы А и С) или со стальным шариком диаметром 1,58 мм (шкала В) в испытуемый образец (изделие) под действием последовательно прилагаемых предварительной F0 (Р0) Н (кгс) и основной F1 (Р1) H (кгс) нагрузок и измерений остаточного увеличения е глубины внедрения наконечника после снятия основной нагрузки и сохранения предварительной нагрузки в единицах измерения 0,002 мм. Схема определения твердости по Роквеллу приведена на рис. 17, б. Под нагрузкой F 0 (Р0) индикатор прибора вдавливается в образец на глубину h0. Затем на испытуемый образец подается полная нагрузка F = F0 + F1 (P = Ро + P1) и глубина погружения наконечника возрастает. После снятия основной нагрузки F1, (Р1) прибор показывает число твердости по Роквеллу HR. Чем меньше глубина вдавливания h, тем выше твердость испытуемого материала. Число твердости выражается формулой: HRC (HRA) = 100 — е, где е = (h — h 0)/0,002 мм (0,002 мм — цена деления шкалы индикатора прибора для испытания твердости по Роквеллу). Твердость по шкале В: HRB=130 — е Единица твердости по Роквеллу — безразмерная величина, соответствующая осевому перемещению индикатора на 0,002 мм. Пределы измерения твердости по шкалам А, В и С: шкала А: 70—85 единиц; шкала С : 22— 68 единиц, шкала В: 25—100 единиц. Твердость по Роквеллу обозначается цифрами, характеризующими величину твердости, и буквами HR с указанием шкалы твердости. Например, 61HRC (твердость 61 по шкале С). По шкале С определяют твердость материалов с высокой твердостью (>450 НВ), когда стальной шарик может деформироваться. Шкала А используется для определения твердости тонких (0,5—1 ,0 мм) поверхностных слоев и очень твердых материалов. По шкале В определяют твердость сравнительно мягких материалов (<400 НВ). Величина твердости по Роквеллу не имеет точного метода перевода в другие величины твердости или прочности при растяжении. По методу Виккерсу. Метод (ГОСТ 2999—75 (СТСЭВ470—77)) заключается во вдавливании алмазного наконечника, имеющего форму правильной четырехгранной пирамиды, в образец (изделие) под действием нагрузки F (Р) и измерении диагонали отпечатка d, оставшегося после снятия нагрузки. Нагрузка F (Р) может меняться от 9,8 (1) до 980 Н (100 кгс). Твердость по Виккерсу HV = 0,189 F/d2 если F выражена в Н, и HV = 1,854 F/d2, если F выражена в кгс. Метод используют для определения твердости деталей малой толщины и тонких поверхностных слоев, имеющих высокую твердость. Чем тоньше материал, тем меньше должна быть нагрузка. Число твердости по Виккерсу (HV) определяют по специальным таблицам по измеренной величине d (диагонали отпечатка в миллиметрах). Микротвердость ГОСТ9450—75. Определение микротвердости (твердости в микроскопически малых объемах) необходимо для тонких покрытий, отдельных структурных составляющих сплавов, а также при измерении твердости мелких деталей. Прибор для определения микротвердости состоит из механизма для вдавливания алмазной пирамиды под небольшой нагрузкой и металлографического микроскопа. В испытываемую поверхность вдавливают алмазную пирамиду под нагрузкой 0,05—5 Н. Твердость Н определяют по той же формуле, что и твердость по ]Виккерсу: H= 0,189 F/d2, если F выражена в Н. Прочность, т. е. способность материала сопротивляться разрушению под действием нагрузок, оценивается пределом прочности и пределом текучести. Важным показателем прочности материала является также удельная прочность — отношение предела прочности материала к его плотности. Предел прочности σв (временное сопротивление) — это условное напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца: σв = Pmax / F0 кгс/мм2, где Pmax — наибольшая нагрузка, кгс; F0 — начальная площадь поперечного сечения рабочей части образца, мм2. Предел текучести σт — это наименьшее напряжение, при котором образец деформируется без заметного увеличения нагрузки: σт = Pт/ F0 кгс/мм2 где Pт — нагрузка, при которой наблюдается площадка текучести, кгс. Площадку текучести имеют в основном только малоуглеродистая сталь и латуни. Другие сплавы площадки текучести не имеют. Для таких материалов определяют условный предел текучести, при котором остаточное удлинение достигает 0,2% от расчетной длины образца: σ 0,2 = P0,2/ F0 кгс/мм2
где P0,2— условная нагрузка предела текучести, кгс. Если напряжение в металле достигнет величины σт и σ 0,2 то де-таль не восстановит форму и размеры после прекращения действия нагрузки. Упругость, т. е. способность материала восстанавливать первоначальную форму и размеры после прекращения действия нагрузок, оценивают пределомупругости. Предел упругости σ0,05 -это условное напряжение, соответствующее нагрузке, при которой остаточная деформация впервые достигает 0,05% от расчетной длины образца ℓ0: σ 0,05 = P0,05/ F0 кгс/мм2
где Р0,05 — нагрузка предела упругости. Пластичность, т. е. способность материала принимать новую форму и размеры под действием внешних сил, не разрушаясь, характеризуется относительным удлинением и относительным сужением. Относительное удлинение δ — это отношение приращения (ℓк - ℓ0) расчетной длины образца после разрыва к его первоначальной длине ℓ0, выраженное в процентах: δ=(ℓк - ℓ0)/ ℓ0 ∙100% Относительное сужение ψ —это отношение разности начальной и минимальной площадей (F0—FK) поперечного сечения образца после разрыва к начальной площади F0 поперечного сечения, выраженное в процентах: ψ = (F0—FK) / F0 ∙100%. Чем больше значения относительного удлинения и сужения для материала, тем он более пластичен (пластичность — свойство, обратное упругости). У хрупких материалов эти значения близки к нулю. Хрупкость конструкционного материала является отрицательным свойством. Ударная вязкость, т. е. способность материала сопротивляться динамическим нагрузкам, определяется как отношение затраченной на излом образца работы А к площади его поперечного сечения F в месте надреза: an = А / F
Для испытания (ГОСТ 9454—60) изготовляют специальные стандартные образцы, имеющие форму квадратных брусочков с надрезом. Испытывают образец на маятниковых копрах. Свободно падающий маятник копра ударяет по образцу со стороны, противоположной надрезу. При этом фиксируется работа А. Определение ударной вязкости особенно важно для некоторых металлов и сплавов, работающих при минусовых температурах и проявляющих склонность к хладноломкости. Чем больше ударная вязкость материала, тем ниже порог хладноломкости, т. е. температура, при которой вязкое разрушение материала переходит в хрупкое, и больше запас вязкости материала. Постепенное накопление повреждений в металле, возникающее при действии циклических нагрузок, приводит к образованию трещин и разрушению. Это явление называется усталостью. Свойство же металлов противостоять усталости называется выносливостью. Контрольные вопросы по теме 3. 1. Что называют напряжением и деформацией? Дать определение терминам: упругая и пластическая деформация. 2. Как влияет пластическая деформация на текстуру металла? 3. Сущность метода определения твердости по Бринеллю, Роквеллу и Виккерсу. 4. Дать определение терминам : прочность, пластичность, упругость и ударная вязкость. Что характеризует каждый из этих механических свойств?
|
||
Последнее изменение этой страницы: 2018-06-01; просмотров: 298. stydopedya.ru не претендует на авторское право материалов, которые вылажены, но предоставляет бесплатный доступ к ним. В случае нарушения авторского права или персональных данных напишите сюда... |