1 Цель работы: Изучение факторов влияющих на характер разрушения материалов. Теоретическое и экспериментальное иссле­дование чувствительности различных материалов к над­резу. Определение

Лаба №4

1 Цель работ ы: Изучение факторов влияющих на характер разрушения материалов. Теоретическое и экспериментальное иссле­дование чувствительности различных материалов к над­резу. Определение характеристик прочности у образцов из различных материалов имеющих, надрез и без надреза

2 Причины перехода металлов из пластического состояния б хруп­кое и наоборот заключается в том, что возможность начала пластиче­ской деформации и возможность хрупкого разрушения не связанны между собой, они совершаются разными механизмами и зависят от разных внешних и внутренних факторов.

К факторам, влияющим на характер разрушения любого материала относятся; изменение температуры и скорости нагружения напряженное состояние материала, наличие надрезов, дефекты кристаллической решетки

3 Известно, что пластическое течение начинается при напряжении, равном пределу текучести σ_т. Если при нагружении образца растущее

напряжение достигнет значения σ_т раньше, чем σ_отр, начнется пла­стическая деформация, которая и определит пластическое состояние материала,

4 хрупкое разрушение происходит при напряжении соответствующем напряжению отрыва σ_отр. Если же при нагружении образца раньше достигнется на­пряжение отрыва, то материал разрушится, так и не достигнув значе­ния σ_т,, т.е. происходит хрупкое разрушение

5 Переход материала из пластичного состояния в хрупкое при по­нижении температуры называется хладноломкостью

6 Температура, при которой начинается переход из пластического состояния в хрупкое называют критической температурой хруп кости

Т.

7 Зависимость сопротивления отрыву σ_отр и предела текучести σ_т от температуры можно изобразить графически

Из графиков видно, что σ_отр от температуры практически не зави­сит, а σ_т при повышении Т снижается
8 К хладноломким материалам, способным при низких Т становит­ся хрупкими относится, прежде всего, металлы с ОЦК решеткой (желе­зо, некоторые стали, вольфрам, молибден) и ГПУ решеткой (кадмий.магний). Эти металлы при Т < Т_кр разрушаются хрупко, а при Т > Т_кр перед разрушением материала будут пластически деформиро­ваться (рис. а).

Металлы с ГЦК решеткой (медь, алюминий, никель, аустенитные стали) не проявляют признаков хладноломкости. Т.е. у этих металлов при понижении температуры σ_т меняется слабо, а значение σ_отр дос­таточно большое. В результате кривые σ_т(Т) и σ_отр (Т) не пересека­ются (рис б).

9 Изменяя напряженное состояние тела так же можно вызвать пере­ход из пластического разрушения к хрупкому и наоборот.

Ус ловие перехода из одного состояния в другое выразится сле­дующими неравенствами α > α₁, - пластическое поведение материала;

α < α₁, - хрупкое поведение материала; где (α - жесткость напряженного состояния;,

τ_max- максимальное касательное напряжение, т.к. пластическая де­формация вызывается касательными напряжениями, а не нормальны­ми;

σ₁- главное напряжение; α₁= τ_max /σ_отр - предельная жесткость напряженного состояния;

τ_т = σ_т - предел текучести σ_отр- напряжение отрыва. Если τ_max достигнет τ_т раньше чем σ₁ станет равным σ_отр в материале возникает пластическая деформация и наоборот

10 Чувствительность материалов к надрезу является важной характе­ристикой их работоспособности.Разные материалы обладают разной чувствительностью к концен­траторам напряжения. Зависит это от многих факторов, в том числе от пластичности материалов и от соотношения характеристик τ_т/ σ_отр

11 Чувствительность к надрезу с повышением прочности материалов увеличивается. Это объясняется увеличением отношения τ_т/ σ_отр, т.к.

с увеличением прочности величина τ_т растет, а σ_отр меняется мало или совсем не меняется

12 В пластичных материалах при достижении напряжения σ_max= σ_т на поверхности надрезанного сечения возникает пластиче­ская деформация, с ростом нагрузки она постепенно распространится по всему сечению. Разрушение произойдет, когда значение σ_ном будет

близко к σ_в, для надрезанного образца.

13 Хрупкие однородные материалы чувствительны к концентраторам напряжений. Гладкий образец из хрупкого материала разрушится, когда напряжение σ_ном=F/A (где А - площадь сечения) достигнет значение предела прочности σ_в, т.е. при σ_ном = σ_в. В надрезанном об­разце из хрупкого материала разрушение произойдет, когда σ_max дос­тигнет σ_в. Величина σ_ном при этом будет значительно ниже σ_в

Под влиянием надреза прочность хрупкого материала снижается.

15 Материал, из которого изготавливают детали, содержит огромное количество дефектов присущих как самому материалу (поры, включе­ния, вакансии и т.д.), так и дефекты, возникающие в процессе произ­водства (царапины, сварочные швы, следы механической обработки). Все это также влияет на характер разрушения.

16 Если хрупкий материал является явно неоднородным (чугун), то он мало чувствителен к надрезу. Это можно объяснить тем, что неод­нородность материала является уже сама по себе причиной появления очагов концентрации, по сравнению с которым внешние концентрато­ры теряют значение.

Лаба №5

1 Цель работ ы: Изучение механических свойств металлов при из­менении температуры.

Изучение влияния различных скоростей деформи­рования на механические свойства материалов

2 Зависимость сопротивления пластической деформации от темпе­ратуры и скоростных изменений будет различной для материалов с разной кристаллической структурой. Установлено, что металлы с ОЦК решеткой (железо, хром, молибден), а также керамические материалы гораздо более чувствительны к изменениям температуры Т и скорости Е. чем металлы с ГЦК решеткой (алюминий, медь, золото, никель). Наибольшую чувствительность проявляет кристаллические полимеры.

3 В общем случае кривая пластического течения выглядит следую­щим образом.

Повышение температуры (рис. а) приводит, как правило, к сни­жению сопротивления пластической деформации, т.е. характеристики прочности (предел прочности σ_в и предел текучести σ_т,) и упругости (модуль упругости Е) уменьшаются, а характеристики пластичности (относительное остаточное удлинение ε и сужение ψ) увеличивают­ся.Такой характер изменения механических свойств зависит от типа кристаллической решетки, температуры плавления металлов Т_пл и структурных превращений, инициируемых температурой. Падение предела текучести в металлах с решеткой ОЦК с повышением Т тем медленнее, чем выше Т_пл. По этой причине металлы с высокой Т_пл широко применяют в жаропрочных сплавах.

4 Зависимость сопротивления пластической деформации от темпе­ратуры определяется температурной зависимостью термодинамическо­го состояния сплавов (амплитуда тепловых колебаний сплава), т.е. свя­зана с изменениями сил, препятствующих движения дислокаций.

5 Когда дислокация при действии постоянного напряжения затор­маживается перед препятствием, помощь в перемещении атомов, свя­занном с преодолением препятствия, могут оказывать тепловые коле­бания атомов. Переходы атомов за счет тепловых колебаний называют термоакт иви рованными.

6 Препятствия можно разделить на две группы: близкодействующие с силой F₆ и дальнодействующие с силой F_д. Естественно, что для преодоления близкодействующих препятствий нужна работа, существенно меньшая, чем для преодоления дальнодействующих препятст­вий. Таким образом, напряжение, двигающее дислокацию, состоит из двух компонент: τ= τ_б+ τ_д, где τ_б - термическая компонента, непо­средственно зависящая от интенсивности термоактивированных про­цессов, а, следовательно, и от Т, τ_д - атермическая компонента, кото­рая зависит от Т лишь косвенно, через зависимости от Т модуля сдвига

7 Дислокация — линейный дефект кристаллической структуры твёрдых тел

8 С повышением скорости нагружения (см. рис. 136) сопротивление пластическому деформированию растет, а пластические характеристи­ки материала падают

9 Изменение сопротивления пластической деформации с увеличени­ем скорости нагружения зависит от плотности материала. Передел прочности тем выше, чем больше плотность материала По этой при­чине прочность свинца (например, при > 100 м/с) практически достигает прочности железа.С увеличением скорости деформации число эффективных флук­туации будет уменьшаться, т.е. будет уменьшаться помощь тепловых колебаний атомов как движущей силы дислокации. А это автоматиче­ски увеличивает необходимую для движения дислокации силу, т.е. де­формирующее напряжение.

10 Фл уктуация - это дополнительная энергия время от времени полу­чаемая атомами в результате случайного совпадения однонаправлен­ных толчков от соседних хаотически колеблющихся атомов

11 Анализ экспериментальных данных и сравнение теоретических ре­зультатов показывает, что температура значительно сильнее действует на сопротивление пластической деформации, чем скорость

Лаба №6

1 Твердость - сопротивление материала местной пластической де­формации, возникающей при внедрении в него более твердого тела (индентора).

2 Твердость можно измерить разными способами: вдавливанием на­конечника под действием статических и динамических нагрузок, цара­паньем поверхности. Различают два способа определения твердости вдавливанием: из­мерение макротвердости и микротвердости

3 Так как твердость измеряется в поверхностных слоях металла, то большое значение при испытаниях имеет состояние его поверхности. Поверхность образца для измерения, твердости должна представлять горизонтальную шлифованную площадку, а для измерения микротвер­дости - полированную, т.к. наличие неровностей и выступов металла приводит к неточностям измерений из-за сопротивления деформиро­ванию

4 Индентор - представляет собой твердое малодеформируюшееся тело (алмаз, твердый сплав, закаленная сталь) определенной геометри­ческой формы (шар, пирамида, конус, игла), вдавливаемое в поверх­ность образца или изделия.

5 Твердость по Бринелю,Роквелу,Виккерсу.

6 Существует примерная количественная зависимость между числом твердости НВ и пределом прочности σ_в:

Для стали с НВ 120 -175 - σ_в ≈ 0,34 • НВ НВ 175 -450 - σ_в ≈0,35·НВ Для меди, латуни, бронзы - σ_в ≈0,4 -: 0,55 • НВ Для алюминия и сплавов с НВ 20-45 - σ_в ≈0,33 - 0,36 • НВ Для серого чугуна - σ_в ≈ (НВ - 40)/6

7 Число твердости по Бринелю (МПа) Отношение нагрузки к площади поверхности отпечатка При измерении твердости шариком D = 10 мм под нагрузкой F = 3000 кг с выдержкой t = 10 С число твердости по Бринеллю обозначается символом НВ (например НВ 400). При других услови­ях измерений обозначение НВ дополняется индексом, указывающим условие измерения в таком порядке: диаметр шарика, нагрузка и про­должительность выдержки (например НВ 5/250/30 - 200).

8 Для определения твердости по Бринеллю используют стальные за­каленные шарики диаметром 2,5, 5 и 10 мм. Диапазон измеряемой твердости от 8 до 450 НВ. Диаметр отпечатка измеряют специальным отсчетным микроско­пом МПБ-2, на окуляре которого нанесена шкала с делениями, соот­ветствующими десятым долям миллиметра.

Диаметр отпечатка следует измерять с "очностью до 0,05 мм при вдавливании шарика диаметром 10 и 5 мм.

При измерении твердости по Бринеллю необходимо выполнять следующие условия:Постоянство приложенной нагрузки F в течение установленного времени.Плавное возрастание нагрузки до необходимого значения.Приложение действующих усилий перпендикулярно к поверхно­сти испытуемого образца.После чего считают по формуле HB=2F/π·D·(D- ),где F-нагрузка,D-диаметр шарика,d-диаметр отпечатка

9 Твердость по Бринеллю не измеряют для материалов с твердостью более НВ 450, (при НВ > 450 происходит пластическая деформа­ция шарика), а также для тонких изделий

10 Бринель и Викслер (Число твердости по Бринеллю измеряют в единицах напряжения (Па), однако в соответствии со стандартом (ГОСТ 9012-59) их не пи­шут) Роквел (Твердость по Роквеллу измеряется в условных единицах. За еди­ницу твердости принята величина, соответствующая осевому переме­щению наконечника на 0,002 мм.Величины твердости по Роквеллу не имеет точного метода пере­вода их на другие величины твердости или прочности при растяжении.)

11 Для определения твердости по Бринеллю используют стальные за­каленные шарики диаметром 2,5, 5 и 10 мм. Диапазон измеряемой твердости от 8 до 450 НВ. Диаметр отпечатка измеряют специальным отсчетным микроско­пом МПБ-2, на окуляре которого нанесена шкала с делениями, соот­ветствующими десятым долям миллиметра.Диаметр отпечатка следует измерять с "очностью до 0,05 мм при вдавливании шарика диаметром 10 и 5 мм

13 Простота метода, не требующая сложного оборудования, возмож­ность без разрушения изделия судить о его свойствах вследствие су­ществования количественной зависимости между твердостью пластич­ных материалов и другими механическими свойствами (главным обра­зом пределом прочности) делают испытания на твердость незамени­мым производственным методом массового контроля металла.

Дата добавления: 2015-08-29