Лекція Механічні властивості металів і сплавів

Ім'я файлу: 6. Механічні властивості металів і сплавів.docx
Розширення: docx
Розмір: 140кб.
Дата: 15.04.2021
скачати
Пов'язані файли:
Артерии и вены.doc
4_курс_ОртодонтІя_КТП_практичних_занять_Весняний_семестр_21_22_н

Лекція 6. Механічні властивості металів і сплавів.

Поведінка металів під дією зовнішніх навантажень характеризується їх механічними властивостями. Характеристики механічних властивостей дозволяють визначити границі навантаження для кожного конкретного матеріалу, здійснити порівняльну оцінку різних матеріалів і провести контроль якості металу в заводських і лабораторних умовах.

Найбільше поширення мають такі види механічних випробувань:

1. Статичні короткочасні випробування однократним навантаженням на одновісне розтягнення – стискання, твердість, вигин і кручення.

2. Динамічні випробування з визначенням ударної в'язкості і її складових - питомої роботи зародження і розвитку тріщини.

3. Випробування змінним навантаженням з визначенням границі витривалості матеріалу.

4. Випробування на термічну втому.

5. Випробування на повзучість і тривалу міцність.

6. Випробування на опір розвитку тріщини з визначенням параметрів в'язкості руйнування.

7. Випробування матеріалів в умовах складного напруженого стану, а також випробування деталей, вузлів і готових конструкцій.

Статичні випробування

Найбільш простим методом випробування властивостей є вимірювання твердості. Твердістю називають властивість матеріалу чинити опір деформації в поверхневому шарі під час місцевого контактного впливу. Розрізняють методи визначення твердості: за Брінелем (за діаметром відбитку кульки); за Роквеллом (за глибиною вдавлення алмазного конуса або загартованої кульки); за Віккерсом (для деталей малої товщини або тонких поверхневих шарів твердість визначають за діагоналлю відбитка алмазної піраміди). Схеми цих методів наведено на рис. 6.1. У деяких випадках визначають мікротвердість окремих ділянок металу. Цей метод використовують для вимірювання твердості окремих зерен або дуже тонких шарів.

Рис. 6.1. Схеми визначення твердості:

а – за Брінеллем; б – за Роквеллом: в – за Віккерсом

Число твердості за Бринеллем НВ є відношення навантаження Р до плоші поверхні F відбитка кульки

(Н/мм²)
Значення твердості за Бринеллем можна використати для приблизної оцінки границі міцності металу за формулою

Найбільш часто проводять випробування на розтяг (ГОСТ 1497-73). Зазвичай застосовують малий п'ятикратний зразок круглого перетину (діаметр 5, розрахункова довжина 25 мм). На рис. 6.2 наведені два види діаграм розтягу: з майданчиком і без площадки плинності .F₀, l₀ – початкова площа перерізу і довжина зразка до випробування.

Діаграма розтягання складається з трьох ділянок: пружної деформації ОА, рівномірної пластичної деформації АВ і зосередженої деформації шийки ВС.

Рис. 6.2. Діаграми розтягання: а - з майданчиком текучості (м’яка маловуглецева сталь), б – без майданчика текучості (тверда високовуглецева сталь);

Ділянка пружної деформації має прямолінійний вигляд і характеризує жорсткість матеріалу. Чим меншу пружну деформацію зазнає матеріал під дією навантаження, тим вище його жорсткість, яка характеризується модулем пружності Е.

Модуль пружності – структурно нечутлива характеристика, що визначається силами міжатомних взаємодії, є константою матеріалу.

Пружні властивості залежать від температури металу. При зниженні температури міжатомні відстані зменшуються, кристали стискаються, що призводить до збільшення модуля пружності. Основне зростання модуля пружності відбувається до 77 К, нижче температур рідкого азоту зростання сповільнюється, а поблизу абсолютного нуля модуль пружності стає температурно-незалежним.

Найменше напруження, при якому зразок деформується без помітного збільшення навантаження («тече»), називається фізичною границею текучості G_т. Якщо немає майданчика текучості, то визначається умовна границя текучості G_0.2, при якому зразок отримує залишкове подовження, рівне 0,2% початкової розрахункової довжини.

G_т = P_т/F₀ МПа

Границя текучості – основний показник міцності в розрахунках допустимих напружень, що характеризує опір малим пластичним деформаціям.

Напруження, відповідне найбільшому навантаженню, яке передує руйнуванню, називається тимчасовим опором або границею міцності:

G_в = P_в/F₀ МПа

Величина пластичної деформації до моменту руйнування характеризує пластичність матеріалу. Розрізняють дві характеристики пластичності: відносне видовження b і відносне звуження w

b = (l–l₀) / l₀ · 100%

де l – довжина зразка після розриву; l₀ – початкова довжина зразка;

w = (F–F₀) / F₀ · 100%

де F – площа перерізу зруйнованого зразка в місці розриву; F₀ – початкова площа перерізу зразка.

Умовно прийнято вважати метал надійним при b більше 15%, w більше 45%.

Ударна в’язкість КС – це здатність металу чинити опір динамічному (ударному) навантаженню. Характеристикою цієї властивості є робота А, Дж, затрачена при динамічному зруйнуванні надрізаного зразка і віднесена до площі його поперечного перерізу F, см², у місці надрізу:

(Дж/м²)

У позначенні ударної в’язкості вводять третю літеру , яка зазначає вид надрізу (U – , V–, T– подібний): КСU, КСV, КСT

Рис. 6.3. Схема маятникового копра випробування на удар і зразки для випробування
скачати