A technológiában nem tiszta formában, hanem ötvözetek formájában használják őket. Az ötvözetek előállítása során két vagy több fémet olvadt állapotban, pontosan meghatározott arányban kevernek össze.
A termékéhez megfelelő fém vagy ötvözet helyes kiválasztása a tulajdonságainak ismeretében történhet.
Minden fém és ötvözet bizonyos mechanikai és technológiai tulajdonságokkal rendelkezik.
A mechanikai tulajdonságok közé tartozik a szilárdság, keménység, rugalmasság, szívósság, plaszticitás.
Erő- a fém vagy ötvözet azon képessége, hogy összeomlás nélkül érzékeli a ható terhelést. Például, ha az állványhoz készített medálok nem esnek össze a súlyuktól a falra rögzítéskor, akkor kellő szilárdságúak.
Keménység- egy anyag azon tulajdonsága, hogy ellenáll egy másik, keményebb anyag bejuttatásának. Például, ha egy acél- és rézlemezen lyukakat készítünk egy középső lyukasztó segítségével, és ugyanolyan erővel ütjük kalapáccsal, akkor a rézlemez furatának mélysége nagyobb lesz, mint az acélé. Ez azt jelzi, hogy az acél keményebb, mint a réz.
Rugalmasság- a fém vagy ötvözet azon tulajdonsága, hogy az eltávolítás után visszaállítja eredeti alakját külső erők... Ha két támasztékra helyezünk egy fém vonalzót, és a közepére egy kis súlyt helyezünk, akkor az bizonyos mértékben meghajlik, és a súly eltávolítása után visszaáll eredeti helyzetébe. Ez azt mutatja, hogy a vonalzó anyaga rugalmas.
Viszkozitás- a testek azon tulajdonsága, hogy ütközéskor energiát nyeljenek el.
Műanyag- az alakváltoztatás képessége külső erők hatására összeomlás nélkül. Ezt a tulajdonságot nyersdarabok egyengetésénél, hajlításánál, hengerelésekor és sajtolásánál használják.
A technológiai tulajdonságok közé tartozik a rugalmasság, folyékonyság, megmunkálhatóság, hegeszthetőség stb.
Hajlékonyság- egy fém vagy ötvözet befogadó tulajdonsága új formaütés hatására. Ez a tulajdonság egy mechanikai tulajdonság - plaszticitás - felhasználásán alapul.
Folyékonyság- a fém azon tulajdonsága, hogy olvadt állapotban jól kitölti a formát és sűrű öntvényt kap.
Forgácsolhatóság vágással- fém vagy ötvözet azon tulajdonsága, hogy különféle szerszámokkal forgácsoljuk.
Hegeszthetőség- a fémek azon tulajdonsága, hogy képlékeny vagy olvadt állapotban egyesülnek.
Korrozióállóság- a fémek és ötvözetek korrózióálló tulajdonsága.
Minden fém és ötvözet vas- és színesfémre van felosztva. A vas és az azon alapuló ötvözetek - acél és öntöttvas - feketének minősülnek. Minden más fém és ötvözet színesfém.
Az ötvözetek gyakran jobb tulajdonságokkal rendelkeznek, mint az alkotórészeik. Például a tiszta vas nagyon alacsony szilárdságú, míg a vas-szén ötvözetek sokkal nagyobbak. Ha az ötvözet széntartalma kevesebb, mint 2%, akkor az ilyen ötvözetet acélnak nevezik. Ha a szén 2-4%, akkor öntöttvas.
Acél nem csak strapabíró, hanem műanyag is, amely jól alkalmazható mechanikai feldolgozásra. Szerkezeti acélból gép- és szerkezetalkatrészeket készítenek, króm, volfrám és egyéb fémek acélhoz való hozzáadásával nagyon kemény szerszámacélt nyernek, amelyből a fémmegmunkáláshoz szükséges forgácsolószerszámokat készítik.
Öntöttvas- rideg ötvözet, amellyel kapcsolatban olyan termékekhez használják, amelyek a későbbiekben nem lesznek kitéve ütéseknek. Az öntöttvas nagyon jó folyékonyságú, így kiváló minőségű és összetett öntvényeket nyernek belőle: gépágyak, fűtőtestek és egyéb termékek.
A színesfém ötvözetek közül a sárgaréz, a bronz és a duralumínium a legszélesebb körben alkalmazott technológia.
Sárgaréz- réz ötvözete sárga cinkkel. Nagy rugalmassággal, keménységgel és korrózióállósággal rendelkezik. Magas páratartalmú körülmények között működő alkatrészek gyártására és az elektrotechnikában használják.
Bronz- rézötvözet ólommal, alumíniummal, ónnal és egyéb elemekkel, sárga-vörös. Nagy szilárdsággal, keménységgel, jó vágási tulajdonságokkal és korrózióállósággal rendelkezik. Alkalmazható vízcsapok és fogaskerekek készítéséhez, öntéshez művészeti termékek(szobrok, ékszerek és egyéb elemek), az elektrotechnikában.
Dúralumínium- alumínium ötvözet rézzel, magnéziummal, cinkkel és egyéb elemekkel, ezüst színű. Jó feldolgozási tulajdonságok, magas korrózióállóság. A repülésben, a gépészetben és az építőiparban használják, ahol könnyű és tartós szerkezetekre van szükség.
Praktikus munka
Fémek és ötvözetek tulajdonságainak megismerése
1. Vegye figyelembe a fémek és ötvözetek mintáit, határozza meg színüket.
2. Helyezzen vasfémekből és ötvözetekből származó mintákat jobbra, a színesfémekből pedig balra. Határozza meg a fémek típusát, amelyekből a minták készülnek.
3. Nyújtsa ki és engedje el az acél- és rézhuzalrugókat. Vonjon le következtetést az acél és a réz rugalmasságáról!
4. Helyezzen acél- és alumíniumhuzalmintákat az aprítólapra, és próbálja meg kalapáccsal lelapítani. Vonjon le következtetést az acél és alumínium hajlékonyságáról!
5. Szorítsa be az acél és sárgaréz mintákat egy satuba, és reszelje rájuk. Vegyünk következtetéseket az acél és sárgaréz megmunkálhatóságáról!
♦ vas- és színesfémek, mechanikai tulajdonságok(szilárdság, keménység, rugalmasság, szívósság, plaszticitás), technológiai tulajdonságok (formálhatóság, folyékonyság, megmunkálhatóság, hegeszthetőség), szerkezeti és szerszámacél, öntöttvas, bronz, duralumínium.
1. Mi az ötvözet?
2. Nevezze meg a fémek és ötvözetek mechanikai tulajdonságait!
3. Nevezze meg a fémek és ötvözetek technológiai tulajdonságait!
4. Miért kell ismerni a fémek és ötvözetek tulajdonságait?
5. Milyen ötvözetek vasfémek?
6. Mi a különbség az acél és az öntöttvas között?
7. Mi a különbség a sárgaréz és a bronz között?
8. Miért érdemes takarékosan használni a fémeket?
Simonenko V.D., Samorodsky P.S., Tishchenko A.T., 6. osztályos technológia
Az internetes oldal olvasói küldték be
Agyag- az építőiparban, a népi mesterségekben, a testkezelésben, testfejlesztésben és az emberi élet egyéb területein használt műanyag természetes anyag. Ez a széles körben elterjedt használat határozza meg az agyag bizonyos tulajdonságait és tulajdonságait. Az agyag tulajdonságait pedig nagyban befolyásolja az összetétele.
Agyag alkalmazás
Az agyag nagyon hozzáférhető, előnyei felbecsülhetetlenek, ezért az emberek nagyon régóta használják. A világ összes országának történelméről szóló tankönyvekben sok hivatkozás található erre a csodálatos anyagra.
Épület... Jelenleg az agyagot vöröstéglák készítésének anyagaként használják. Egy bizonyos összetételű agyagot egy bizonyos technológiával formálnak és égetnek ki, hogy tartós és olcsó tuskót - téglát - kapjanak. És már téglából épülnek az épületek, építmények. Egyes országokban és régiókban még mindig agyagot használnak lakás - kunyhó - építésére; széles körben elterjedt az agyag használata téglakemencék építésénél, ahol az agyag kötőanyagként (cementként) szolgál. Ugyanezt az agyagot használják sütőkemencék vakolására is.
A gyógyszer. A wellness és a hagyományos orvoslás agyagot használ iszapfürdők és maszkok formájában. Az egész lényege, hogy a bőr felületét jótékony agyagelemekkel tápláljuk. Természetesen itt nem minden agyag működik.
Szuvenírek és ételek... Két nagy irányt egyesítek egybe, mivel sok étkészlet csak emlék jellegű. Tányérok, edények, kancsók és vázák bőven találhatók a modern üzletekben. Egyetlen vásár sem teljes agyag ajándéktárgyak – homályos játékok, svustulkik, tabletták, kulcstartók és még sok más – árusítása nélkül. Sok mindent megpróbálunk önerőből formálni.
Clay beléphet egyéb anyagok összetétele... A finom csiszolású Chasovoyarskaya agyag például a művészi festékek (guache), szósz, pasztell és szangvinikus eleme. Olvasson róla a „Segítség a művésznek” című cikkekben.
Az agyag tulajdonságai
Szín. A különféle összetételű agyagnak sok árnyalata van. Az agyagot a színe alapján nevezik: piros, kék, fehér... Igaz, a szárítás és a további égetés során a szín teljesen megváltozhat. Erre érdemes odafigyelni, ha agyaggal dolgozik.
Műanyag. A deformálódás és a neki adott forma megtartásának képessége tette lehetővé, hogy az ember megtalálja az agyag használatát a mindennapi életében. Itt érdemes megjegyezni, hogy minden a konzisztenciától függ - a víz, az agyag és a homok mennyiségének arányától. A különböző munkákhoz más-más összetételre van szükség. Tehát a szobrászathoz a homok általában felesleges lehet.
Higroszkóposság lehetővé teszi, hogy az agyag felszívja a vizet, megváltoztatja viszkozitását és plaszticitási tulajdonságait. De kiégetés után az agyagtermékek vízállóságot, szilárdságot és könnyűséget szereznek. A technológia fejlődése lehetővé tette a modern világban pótolhatatlan fajansz és porcelán beszerzését.
Tűzállóság... Építkezésben használt ingatlan, nem pedig művészi iparban, kivéve a termékek égetését. Az égetési technológia egy adott agyagkompozíciónál eltérő. Az agyag zsugorodása vagy összenyomhatósága szorosan összefügg a szárítással és az égetéssel - a tömeg és a méret változása a víz egy részének a készítményből való eltávolítása miatt.
Agyag összetétele
Az agyag tulajdonságait kémiai összetétele határozza meg. A különböző típusú agyagokat különböző kémiai összetételek... Például a vörös agyag sok vas-oxidot tartalmaz. Az agyag alapvetően bizonyos anyagokat - agyagásványokat - tartalmaz, amelyek különféle folyamatok során keletkeznek természetes jelenség... A cikk formátuma nem teszi lehetővé az agyag kémiai tulajdonságainak és összetételének figyelembevételét, ezért nem megyek bele a részletekbe.
A népi mesterségekben felhasználható agyag összetételét, mint már említettük, három határozza meg alapvető elemek: agyagásványok, víz és homok.
Ezeknek az elemeknek az aránya változtatható, bár sokkal könnyebb hozzáadni, mint eltávolítani. Így például a száraz agyag gyorsan feloldható, azonban egyáltalán nem egyszerű modellezésre alkalmas agyagot olyan folyékonyvá varázsolni, mint a tejföl. A homokot nagyon könnyű hozzáadni, de az agyagból való eltávolítása nem triviális feladat.
Különbséget kell tenni a "sovány" és a "kövér" agyagok között. A "zsírosság" skála határozza meg a plaszticitási együtthatót, és az agyag kötőtulajdonságai lehetővé teszik a zsírtartalom beállítását másokkal keverve. természetes anyagok pl homokkal. A sovány agyag gyengébb plaszticitású, gyengébb a kötőszilárdsága, de szárítás és égetés során kisebb zsugorodást ad.
A világ különböző részein található agyaglerakódások. Ez biztosította annak használatát a különböző nemzetiségű kézművesek számára, és a termékek és technológiák ilyen változatosságának megjelenését szolgálta.
A kézművesek megtanulták szabályozni az agyag viselkedését és állapotát a készítményben lévő különféle adalékok révén. Így hígíthatja az agyagot, megkínozhatja, tűzállóbbá teheti, és csökkentheti a zsugorodást. Az ilyen manipulációk eredményeként egy tapasztalt kézműves kiváló minőségű, rendkívül művészi terméket készíthet.
absztrakt
tudományág szerint:
"Szerkezeti anyagok technológiája"
"A fémek plaszticitásának és szilárdságának fizikai alapjai "
Egy diák csinálja
A tanár ellenőrizte
Bevezetés
A fő mechanikai tulajdonságok a szilárdság, plaszticitás, rugalmasság, szívósság, keménység.
A tervező a mechanikai tulajdonságok ismeretében a tervezés során ésszerűen választja meg a megfelelő anyagot, amely minimális súlyukkal biztosítja a gépek, szerkezetek megbízhatóságát és tartósságát.
A plaszticitás és a szilárdság a szilárd anyagok legfontosabb tulajdonságai közé tartozik.
Mindkét tulajdonság, kölcsönösen összefüggenek egymással, meghatározzák a szilárd anyagok azon képességét, hogy ellenálljanak a visszafordíthatatlan deformációnak és a makroszkopikus pusztulásnak, azaz a test részekre való szétválása a benne külső vagy belső erő hatására keletkező mikroszkopikus repedések következtében. mezőket.
Egy technológus számára nagyon fontos a plaszticitás, amely meghatározza a termékek gyártásának lehetőségét. különböző utak a fém képlékeny deformációján alapuló nyomáskezelés.
A megnövelt hajlékonyságú anyagok kevésbé érzékenyek a feszültségkoncentrátorokra és más ridegségi tényezőkre.
A szilárdság, a hajlékonyság stb. tekintetében elvégzik a különböző fémek és ötvözetek összehasonlító értékelését, valamint minőségellenőrzésüket a termékek gyártása során.
A fizikában és a mérnöki gyakorlatban a plaszticitás egy anyag azon képessége, hogy roncsolás nélkül befogadja a maradandó alakváltozásokat, és azokat a terhelés eltávolítása után fenntartja.
A plaszticitás tulajdonsága kritikus az ilyeneknél technológiai műveletek mint a lyukasztás, rajzolás, rajzolás, hajlítás stb.
A szilárd anyagok szilárdsága tágabb értelemben a szilárd anyagok azon tulajdonsága, hogy ellenállnak a pusztulásnak (részekre való szétválásnak), valamint a külső terhelés hatására bekövetkező visszafordíthatatlan alakváltozásnak (plasztikus alakváltozásnak). Szűk értelemben a pusztítással szembeni ellenállás.
A munka célja a fémek plaszticitásának és szilárdságának fizikai alapjainak tanulmányozása.
1. A fémek szilárdságának fizikai alapjai
Az erő a szilárd testek, testek alapvető tulajdonsága. Meghatározza a szervezet azon képességét, hogy roncsolás nélkül ellenálljon a külső erők hatásának. Végső soron, mint ismeretes, az erősséget az atomközi kötés mérete és természete, a szilárd anyagot alkotó részecskék szerkezeti és atomi-molekuláris mobilitása határozza meg. Ennek a jelenségnek a mechanizmusa jelenleg még tisztázatlan. A szilárdság természetének, a terhelés alatti anyagban lezajló folyamatok lényegének kérdése továbbra is tisztázatlan. Erő dolgában nemcsak hogy nincs teljes fizikai elmélet, de a legalapvetőbb fogalmakon is vannak nézeteltérések és ellentétes vélemények.
A repedési mechanizmus tanulmányozásának végső célja a kívánt tulajdonságokkal rendelkező új anyagok létrehozásának, a meglévő anyagok javításának és a feldolgozási módszerek racionalizálásának alapelveinek tisztázása kell, hogy legyen.
Az erő a szilárd anyagok azon tulajdonsága, amely ellenáll a pusztulásnak, valamint a visszafordíthatatlan alakváltozásoknak. A szilárdság fő mutatója a szakítószilárdság, amelyet az előzőleg izzításnak alávetett hengeres próbatest szakadásánál határoznak meg. Szilárdság szerint a fémek a következő csoportokba sorolhatók:
törékeny (az átmeneti ellenállás nem haladja meg az 50 MPa-t) - ón, ólom, bizmut, valamint lágy alkálifémek;
erős (50-500 MPa) - magnézium, alumínium, réz, vas, titán és más fémek, amelyek a legfontosabb szerkezeti ötvözetek alapját képezik;
nagy szilárdságú (több mint 500 MPa) - molibdén, volfrám, nióbium stb.
Az erő fogalma nem vonatkozik a higanyra, mivel az folyadék.
A fémek szakítószilárdságát az 1. táblázat mutatja.
Asztal 1.
Fémek szilárdsága
Többség technikai sajátosságok a szilárdságokat statikus szakítóvizsgálat eredményeként határozzuk meg. A szakítógép markolataiban rögzített próbatest statikus, egyenletesen növekvő terhelés hatására deformálódik. A tesztelés során rendszerint automatikusan rögzítésre kerül egy szakítódiagram, amely kifejezi a terhelés és az alakváltozás közötti kapcsolatot. A kis alakváltozásokat a nyúlásmérők nagyon nagy pontossággal határozzák meg.
A minták méretének befolyásának kizárására szabványos mintákon szakítóvizsgálatokat végzünk az l 0 számított hosszúság és az F 0 keresztmetszeti terület bizonyos arányával.
A legszélesebb körben használt kör keresztmetszetű minták: hosszú l 0 / d 0 = 10 vagy rövid l 0 / d 0 = 5 (ahol d 0 a minta eredeti átmérője).
ábrán. Az 1. ábra a kis szén-dioxid-kibocsátású izzított acél feszültség-nyúlás diagramját mutatja. A diagram kezdeti részének megfelelő terhelés alatt az anyag csak rugalmas alakváltozást tapasztal, amely a terhelés eltávolítása után teljesen eltűnik.
Az a pontig ez az alakváltozás arányos a terheléssel vagy az effektív feszültséggel
ahol P az alkalmazott terhelés; F o - a minta kezdeti keresztmetszete.
Az arányossági határ az a pont terhelésének felel meg, amely a szakítódiagram egyenes szakaszának végét határozza meg.
Elméleti arányossági határ- az a maximális feszültség, ameddig a feszültség (terhelés) és az alakváltozás között lineáris kapcsolat marad fenn
σ pont = P pont / F 0.
Mivel az a pont helyzetének meghatározásakor a diagramon előfordulhatnak hibák, általában ezt használják feltételes arányossági korlát, amely egy lineáris összefüggéstől bizonyos mértékű eltérést okozó feszültség alatt értendő, például tg alfa 50%-kal változik az eredeti értékéhez képest.
A feszültség és a feszültség közötti egyenes kapcsolat a Hooke-törvénnyel fejezhető ki:
σ = E epszilon,
ahol epsilon = (delta l / l körülbelül) 100% - relatív deformáció;
delta l - abszolút nyúlás, mm;
l 0 - a minta kezdeti hossza, mm.
1. ábra Alacsony széntartalmú acél szakítódiagramja (a) és diagram a hagyományos σ0,2 folyáshatár meghatározásához (b)
Az anyag rugalmassági tulajdonságait jellemző E arányossági együtthatót (grafikusan a tan alfával egyenlő) normál rugalmassági modulusnak nevezzük.
Adott feszültségértéknél a modulus növekedésével a rugalmas alakváltozás értéke csökken, azaz nő a szerkezet (termék) merevsége (stabilitása). Ezért az E modulust merevségi modulusnak is nevezik.
A modulusérték az ötvözet természetétől függ, és az összetétel, a szerkezet és a hőkezelés változásával jelentéktelen mértékben változik.
Például különféle szén- és ötvözött acélok esetén bármilyen kezelés után E = 21000 kgf / mm 2.
Elméleti rugalmassági határ- az a legnagyobb feszültség, amelyig a minta csak rugalmas alakváltozást szenved:
σ csomag = P csomag / F 0.
Ha az alkatrészben (szerkezetben) a hatófeszültség kisebb, mint σ yn, akkor az anyag a rugalmas alakváltozások területén fog működni.
Tekintettel a σ yn meghatározásának nehézségére, gyakorlatilag használják feltételes rugalmassági határ, amely a minta kezdeti számított hosszának 0,005-0,05%-os maradandó deformációját okozó feszültség alatt értendő. A konvencionális rugalmassági határ jelölésénél a maradandó alakváltozás értéke szerepel, például σ0,005 stb.
A legtöbb anyag esetében a rugalmasság és az arányosság elméleti határai közel vannak. Egyes anyagok, például a réz esetében a rugalmassági határ nagyobb, mint az arányos határ.
Folyáshatár- fizikai és feltételes - az anyag kis képlékeny alakváltozásokkal szembeni ellenállását jellemzi.
Fizikai folyáshatár- feszültség, amelynél állandó terhelés mellett az alakváltozás növekedése következik be
σ t = P T / F 0.
A szakítódiagramon a c - d vízszintes szakasz a folyáshatárnak felel meg, amikor plasztikus deformáció (nyúlás) figyelhető meg - a fém "áramlása" állandó terhelés mellett.
A legtöbb műszaki fémekés az ötvözeteknek nincs folyási területük. Számukra a legtöbbször elszánt feltételes folyáshatár- maradandó alakváltozást okozó feszültség, amely megegyezik a minta kezdeti tervezési hosszának 0,2%-ával (1. ábra, b):
σ0,2 = P 0,2 / F 0
A további terhelés hatására a képlékeny alakváltozás egyre jobban növekszik, egyenletesen oszlik el a minta teljes térfogatán.
A B pontban, ahol a terhelés eléri a maximális értékét, a próbatest leggyengébb pontján kezdődik a "nyak" kialakulása - a keresztmetszet szűkítése; a deformáció egy területen koncentrálódik - az egységestől a helyiig.
Az anyag feszültségét a vizsgálat ezen pontján szakítószilárdságnak nevezzük.
Szakítószilárdság(végső szakítószilárdság) - a maximális terhelésnek megfelelő feszültség, amelyet a minta a meghibásodásig képes ellenállni:
σ in = P in / F 0.
Fizikai természetét tekintve σ in a szilárdságot a jelentős egyenletes képlékeny alakváltozással szembeni ellenállásként jellemzi.
A B pont mögött (lásd 1. ábra, a) a nyak fejlődése miatt a terhelés csökken, a k pontban P k terhelés alatt a minta megsemmisül.
Valódi ellenállás a pusztítással szemben- az a maximális igénybevétel, amelyet az anyag a minta megsemmisítését megelőző pillanatban elvisel
S K = P - / F K,
ahol F K a minta végső keresztmetszete a meghibásodás helyén.
Annak ellenére, hogy a terhelés P to<Р в, вследствие образования шейки F K
Valódi feszültségek... A figyelembe vett szilárdsági mutatók: σ t, σ b stb., S k kivételével, feltételes feszültségek, mivel meghatározásukban a megfelelő terhelések az F 0 minta kezdeti keresztmetszeti területére vonatkoznak, bár ez utóbbi fokozatosan csökken, ahogy a minta deformálódik. A mintában lévő feszültségekről pontosabb képet adnak a valódi feszültségek diagramjai (2. ábra). 2. ábra Valódi (S) és feltételes (σ) feszültségek diagramja: ψ - a minta keresztirányú szűkítése. Az S i = P i / F i valódi feszültségeket a P i terhelés és az F i keresztmetszeti terület határozza meg a vizsgálat pillanatában. Körülbelül a b pontig (2. ábra,), azaz az ábra B pontjáig. 72, a, a különbség a valódi és a feltételes feszültségek között kicsi és S B = σ c. Ekkor a valódi feszültségek növekednek, elérve az S k maximális értékét a meghibásodást megelőző pillanatban. A szakítóvizsgálatnál a szilárdsági jellemzők mellett a plaszticitási jellemzőket is meghatározzák. 2.
Fémek plaszticitásának fizikai alapjai A szilárd testek mechanikai tulajdonságainak elméletének kidolgozása, mint ismeretes, egy abszolút merev test mechanikájából indult ki, amelyben az alakváltozásokat egyáltalán nem veszik figyelembe, a rugalmasság elméletén keresztül, amely első közelítés, és alkalmas kis és reverzibilis alakváltozások esetén a kis rugalmas képlékeny alakváltozások elméletéhez. A kristályrács atomjai közötti kölcsönhatás több mint 40 éve kidolgozott elmélete éles ellentmondásban volt a kristályok szilárdságára vonatkozó kísérleti adatokkal. Ebből a helyzetből két kiutat javasoltak. Mindkettő azon a tényen alapul, hogy egy valódi kristályban, valamint általában a szilárd anyagokban vannak inhomogenitások és tökéletlenségek. A valódi testek szerkezetének tökéletlensége miatt lép fel idő előtti plaszticitás. Ezen túlmenően a különböző kutatók véleménye eltérő volt. Egyesek úgy gondolták, hogy az igazi kristály egy tökéletes kristály darabjaiból áll, amelyek között vannak gyenge pontok. A műanyag áramlás csak a gyenge pontokon fordul elő. Mások úgy vélték, hogy a gyengeségek, ha szerepet játszanak a plaszticitásban, csak a túlfeszültség forrásaiként. Más szavakkal, a műanyag áramláshoz nagy helyi túlfeszültségek szükségesek, amint azt például a műanyag nyírók képződésének szabályozására irányuló kísérletek kimutatták. Kétségtelenül fontos feladat egy valódi kristály szerkezetének és a benne előforduló különféle hibáknak a tanulmányozása. Vitatott azonban, hogy szükséges-e a plaszticitás elméletét ezeknek a jelenségeknek a figyelembevételére alapozni, vagy ki lehet-e fejleszteni egy ideálisan helyes kristályrács képlékeny alakváltozásának elméletét, amelyet a különféle hibák szerepének mérlegelése követ. . Számos szerző inkább abból a feltevésből indul ki, hogy a kristályrácsban rendszeresen eloszló, speciális tulajdonságokkal rendelkező hibák vannak. Feltételezzük, hogy a kristályok képlékeny áramlása ezeknek a hibáknak (diszlokációknak) mozgása a kristályrácsban. A legfrissebb kísérleti adatok bizonyos mértékig megerősítik a diszlokációs elképzeléseket. A képlékeny deformáció során jelentkező diszlokációk megjelenésének alapvető kérdése azonban még mindig nem kellően tisztázott. Ezért különös figyelmet kell fordítani a diszlokációk elméletének kísérleti igazolására. Lehetséges, hogy egy ilyen teszt és az elmélet megfelelő finomítása elősegíti a különböző nézőpontok konvergenciáját. A külső mechanikai erőknek kitett különféle anyagok a terhelés kezdeti szakaszában visszafordíthatóan megváltoztatják méretüket és alakjukat. Az ebben az esetben megfigyelt alakváltozásokat rugalmasnak nevezzük. A szilárd anyagok rugalmas tulajdonságainak vizsgálata azért fontos, mert a rugalmassági állandók a szilárd anyagokban lévő részecskék közötti erők mértéke. A szilárd testek alakváltozásának jelenségei külső erők hatására igen összetettek. A szilárd testekben külső erők hatására végbemenő végső változásokat számos folyamat összessége határozza meg, amelyek mindegyike még mindig teljesen tisztázatlan, mivel nincsenek kielégítő és teljes elképzelések a szilárd anyagokban fellépő kötőerők természetéről. szerkezetükről, a természet hőmozgásáról stb., más szóval, tekintettel a kristályos állapot kimerítő elméletének hiányára. Kétségtelen azonban, hogy a szilárd testekben külső erők hatására fellépő fő és általános jelenségek az atomi és molekuláris elmozdulások. Ismeretes, hogy a szilárd testek külső erők hatására bekövetkező deformációja során fellépő jelenségek erősen szerkezetfüggőek, és szorosan kapcsolódnak a diffúziós, relaxációs, átkristályosodási folyamatokhoz, fázisátalakulással és nagyon erősen függenek a hőmérséklettől. . Emiatt a szilárd testek rugalmas és képlékeny alakváltozásának problémája - a plaszticitás problémája valójában egy általánosabb probléma része - az atomok és molekulák mobilitási problémája a szilárd anyagokban, amely magában foglalja: rugalmasságot, tökéletlen rugalmasságot, plaszticitás, kúszás, ikerképzés, fázistranszformációk, diffúzió, relaxáció, átkristályosodás és egyéb (hasonló) jelenségek. A plaszticitás fizikai elméletének kidolgozása tehát a jelenségek széles körének lefedését igényli, amelyek közül néhányat fentebb is felsoroltunk, és elválaszthatatlan a következő alapvető problémák megoldásától: a szilárd halmazállapot általános elméletének problémája; a részecskék közötti erők problémái szilárd anyagokban; szilárd testek ideális és valós szerkezetének problémái; szilárd testek hőmozgásának problémái. Műanyag- a test (fém) képlékeny alakváltozásra való képessége, vagyis az a képesség, hogy a folytonosság megszakítása nélkül befogadjon maradvány alak- és méretváltozást. Ezt a tulajdonságot fémek nyomással történő feldolgozásához használják. A plaszticitás jellemzői a nyúlás és az összehúzódás. A plaszticitás mértéke szerint a fémeket általában a következőképpen osztják fel: erősen műanyag- (a relatív nyúlás meghaladja a 40%-ot) - fémek, amelyek a legtöbb szerkezeti ötvözet (alumínium, réz, vas, titán, ólom) és "könnyű" fémek (nátrium, kálium, rubídium stb.) alapját képezik; műanyag- (a relatív nyúlás 3% és 40% közötti tartományban van) - magnézium, cink, molibdén, volfrám, bizmut stb. (a legkiterjedtebb csoport); törékeny- (relatív nyúlás kevesebb, mint 3%) - króm, mangán, kolbat, antimon. A törékeny fémek magas tisztítása némileg növeli a képlékenységet. Az ezek alapján kapott ötvözetek szinte nem alkalmasak nyomáskezelésre. A belőlük gyártott termékek gyakran öntéssel készülnek. Relatív kiterjesztése... A nyúlás a plaszticitás feltételes jellemzője. Ez annak köszönhető, hogy az abszolút nyúlás két összetevőből áll: egyenletes nyúlás delta lp, arányos a minta hosszával, és lokális, koncentrált nyúlás a nyak delta lw, amely arányos a minta keresztmetszeti területével. minta. Ebből következik, hogy a helyi deformáció hányada, és ennek következtében a delta l ost és δ értékei a rövid mintákban nagyobbak, mint a hosszú mintákban. Ugyanakkor a különböző anyagoknál az egyenletes és lokális alakváltozások relatív értéke tág határok között változik. A legtöbb képlékeny anyag deformálódik és nyakat képez. Ugyanakkor az egyenletes alakváltozás a helyi deformáció 5-10%-a, a duralumínium ötvözeteknél 18-20%, sárgaréznél 35-45% stb., de legfeljebb 50%. A rideg vagy rideg állapotú anyagoknál nem alakul ki nyak, és gyakorlatilag delta l ost = delta l p. A fémek nyúlását a 2. táblázat jellemzi. 2. táblázat. Fémek plaszticitása. Relatív szűkület. A műanyagoknál a relatív szűkület pontosabban jellemzi azok maximális plaszticitását - a helyi deformáció képességét, és gyakran technológiai jellemzőként szolgál a lapbélyegzésben stb. 3.
Elméleti és technikai erő A fémek műszaki (valós) szilárdsága 10-1000-szer kisebb, mint elméleti szilárdságuk, amelyet az atomközi kohéziós erők határoznak meg. Például vas esetében az elválasztási ellenállás elméletileg számított értéke S FROM = 2100 kgf / mm 2. A vas műszaki szilárdsága: S OT = 70 kgf / mm 2, σ in = 30 kgf / mm 2. Az ilyen nagy eltérést az magyarázza, hogy az elméleti szilárdság megfelel a fém ideális hibamentes kristályrácsának. A valódi fémek mindig tartalmaznak a kristályrács diszlokációit és egyéb hibáit, zárványokat, mikrorepedéseket stb., amelyek csökkentik a szilárdságot és törést indítanak el (3. ábra). 3. ábra A szilárdság függése a kristályrács diszlokációinak és egyéb hibáinak számától (IA Oding séma): 1 - tiszta, lágyított fémek; 2 - ötvözettel, hőkezeléssel, képlékeny alakváltozással (munka edzéssel) megerősített ötvözetek. A tiszta, lágyított fémek, amelyek diszlokációs sűrűsége körülbelül 10 7 -10 8 cm -2, rendelkezik a minimális szilárdsággal. A diszlokációk számának csökkenésével a deformációval szembeni ellenállás, azaz a fém szilárdsága nő, és elérheti az elméleti értéket. Ezen álláspont érvényességének meggyőző bizonyítékát a fém bajuszok - 0,5-2 mikron vastagságú és legfeljebb 10 mm hosszúságú, gyakorlatilag hibamentes (diszlokációmentes) kristályszerkezetű bajuszok - tanulmányozása során nyertük. Az 1 μm vastagságú vasbajuszok szakítószilárdsága σ b = 1350 kgf / mm 2, azaz majdnem elméleti szilárdság. A bajusz kis mérete miatt korlátozottan használható. A bajusz méretének növekedése diszlokációk megjelenéséhez és az erő hirtelen csökkenéséhez vezet. Az 1. ponttól jobbra (lásd 3. ábra) a diszlokációk (hibák) számának növekedésével a fémek szilárdsága növekszik. Ezt olyan keményítési eljárásoknál alkalmazzák, mint az ötvözés, hőkezelés, hideg plasztikus deformáció stb. A keményedés fő okai a diszlokációk számának (sűrűségének) növekedése, a kristályrács torzulása, a feszültségek megjelenése, a fémszemcsék finomodása stb., vagyis minden, ami akadályozza a diszlokációk szabad mozgását. A keményedéshez szükséges diszlokációk korlátozó sűrűsége körülbelül 10 12 cm -2. Nagyobb sűrűségnél szubmikroszkópos repedések keletkeznek a fémben, ami törést okoz. Következtetés A szilárd anyagok plaszticitásának és szilárdságának kérdése a technológia számos ága számára kiemelkedő jelentőségű. Ennek az anyagnak a hajlékonysága és szilárdsága végső soron meghatározza annak lehetőségét, hogy felhasználható legyen épületszerkezetekben, gépalkatrészekben, készülékszerkezetekben, szilárd anyagok mechanikai feldolgozására szolgáló szerszámokban és sok más esetben. Ugyanezek a tulajdonságok határozzák meg egy adott anyag nyomással történő megmunkálásának lehetőségét is (kovácsolás, hengerlés, sajtolás, forgácsolás), és beállítják az erre a célra használt gépek teljesítményét. Jelenleg a szilárd anyagok szilárdságának és plaszticitásának problémáját két érdeklődési terület – a fizikai és a műszaki – szempontjából kell vizsgálni. Ezek közül az első a következőket tartalmazza: a) a szilárd testek plaszticitása és szilárdsága fizikai természetének tisztázása az alakváltozás és pusztulás során fellépő elemi folyamatok tanulmányozása alapján, b) a szilárd testek új tényeinek és viselkedési mintáinak szisztematikus felhalmozása és általánosítása az adott körülmények között. gyakorlatban. A második érdeklődési terület a szilárd anyagok technológiai felhasználásával kapcsolatos összes probléma, szilárdságuk és alakváltozási viselkedésük általános fenomenológiai leírásával különböző típusú igénybevételi állapotok és különböző üzemi körülmények között, ezen információk felhasználásával a szilárdság kiszámításához. valamint a gépalkatrészek és szerkezetek plaszticitása a szilárdság és plaszticitás formai elméletei alapján. A szilárd anyagok szilárdságának és plaszticitásának természetének tanulmányozása szükséges ahhoz, hogy szigorú fizikai elméletet alkossunk plasztikus alakváltozásukról és törésükről. Egy ilyen elmélet felépítése elsősorban a szilárd testek szerkezetének az ideálisan helyestől való eltérésének problémájának megoldásából áll a mechanikai tényezők hatására, valamint a szilárd testek ideális szerkezetének megsértésének plaszticitására és szilárdságára gyakorolt hatására. Nyilvánvaló, hogy a sokéves problémafeltáró munka eredményeként felhalmozott sokféle kísérleti tényen alapuló fizikai elmélet hiánya továbbra is számos lehetséges gyakorlati kérdés megoldását akadályozza. Ezek közül a legfontosabbak a következők: a kívánt tulajdonságokkal rendelkező új anyagok létrehozására vonatkozó elvek kidolgozása, a meglévő anyagok javítása, feldolgozásuk további racionalizálásának módjainak meghatározása. E feladatok óriási nemzetgazdasági jelentősége nyilvánvaló. Eközben mindmáig észrevehető a szakadék az anyagok szilárdságával és hajlékonyságával kapcsolatos technológiai követelmények a gépekben és szerkezetekben való működésük különböző körülményeihez, valamint az elméleti lehetőségek között a felmerülő problémák megoldására. Most legjobb esetben is csak vázlatok állnak rendelkezésünkre az egyes jelenségek lehetséges elméletéről, valamint az elmélet néhány kísérleti alapja, amelyek nem fedik le teljesen az előttünk álló kérdéseket. Bibliográfia 1. Aleksandrov, AV A rugalmasság és plaszticitás elméletének alapjai: tankönyv egyetemek számára. - M.: Felsőiskola, 1990 .-- 399 p. - ISBN 5-06-000053-2. 2. Gul V.E., Polimerek szerkezete és szilárdsága, 2. kiadás, M., 1971. 3. Zubchaninov, VG A rugalmasság és plaszticitás elméletének alapjai: tankönyv az egyetemek mérnöki szakainak hallgatói számára / VG Zubchaninov. - M .: Felsőiskola, 1990. - 368 p .: ill. - ISBN 5-06-000706-5. 4. Indenbom VL, Orlov AN, A rombolás problémája az erő fizikájában, "Problémák az erőben", 1990, 12. sz., p. 3; 5. G. V. Kurdyumov. Szilárd anyagok szilárdságának és plaszticitásának fizikai alapjai. - M .: - 1975. 6. Anyagok mechanikai tulajdonságai, ford. angolból, szerk. G.I. Barenblatt, M., 1966; 7. A rugalmasság és plaszticitás elméletének alapjai: tankönyv az egyetemek mérnöki szakainak hallgatói számára / VG Zubchaninov. - M.: Felsőiskola, 1990 .-- 368 p. : ill. - ISBN 5-06-000706-5. 8. Regel VR, Slutsker AI, Tomashevsky EE, A szilárd anyagok szilárdságának kinetikai természete, M., 1974. 9. Sokolovsky V.V., A plaszticitás elmélete, 3. kiadás, M., 1969. 10. Feodosiev V.I. Az anyagok szilárdsága. - M .: MSTU kiadó im. N.E. Bauman, 1999.S. 86. ISBN 5-7038-1340-9. 11. Numerikus módszerek a rugalmasság és plaszticitás elméletében: tankönyv. kézikönyv magas prémes csizmához. / LENNI. Győzelem. - M .: MGU, 1981 .-- 343 s A plaszticitás a fém azon tulajdonsága, hogy plasztikusan deformálódjon anélkül, hogy külső erők hatására összeesne. A képlékeny deformáció alatt az anyagok azon képességét értjük, hogy külső erők hatására megváltoztatják alakjukat és méretüket, és ezeket a változásokat a terhelés eltávolítása után is fenntartják. Plaszticitási jellemzők - relatív nyúlás δ
és a keresztmetszeti terület szűkítése ψ
... Az anyagok statikus tengelyirányú feszültségének vizsgálatakor határozzák meg ugyanazon a szabványos mintákon és berendezéseken, amelyeket a statikus szilárdság jellemzőinek meghatározására használtak (lásd 1., 2. ábra). A relatív nyúlás az abszolút nyúlás hányadosa, azaz a próbadarab kiszámított hosszának növekedése a szakadás után ( l k
− l 0), az eredeti számított hosszra l 0, mm, százalékban kifejezve: ahol - l k a standard minta számított részének hossza a szakadás után, mm. Becsült hossz l 0 a próbadarab munkahosszának a vizsgálat előtt alkalmazott jelek közötti szakasza, amelyen a nyúlást meghatározzák (lásd 1. ábra). A relatív szűkület az abszolút szűkület aránya, azaz a minta keresztmetszeti területének csökkenése szakadás után ( F 0
– F k), a keresztmetszete kezdeti területére F 0, mm 2, százalékban kifejezve: ahol F k- a minta keresztmetszete a szakadási pontban, mm 2. Keménység - az anyag azon képessége, hogy ellenálljon a képlékeny vagy rugalmas deformációnak, amikor keményebb testet (behúzót) helyezünk bele. A keménységmérés legszélesebb körben alkalmazott módszerei, amelyek egy golyó, egy gyémántkúp és egy gyémánt piramis formájú bemélyedésen alapuló bemélyedésen alapulnak - Brinell, Rockwell és Vickers módszerei (8. ábra). Brinell módszere ( HB). A keménység meghatározása Brinell présgépen (TSh típusú keménységmérő) történik. A módszer lényege, hogy egy 10 átmérőjű golyó; 5; 2,5 vagy 1,0 mm-t, a minta felületére merőlegesen kifejtett bizonyos erő hatására folyamatosan a vizsgált fémbe nyomjuk (8. ábra, a). A vizsgálati feltételeket a GOST 9012-59 szabályozza. Például az acél keménységét egy golyó megnyomásával mérik D= 10 mm 30 kN (3000 kgf) terhelés mellett. Rizs. 8. A keménység meghatározásának sémája Brinell (a), Rockwell (b) és Vickers (c) Az erő eltávolítása után referenciamikroszkóppal mérjük meg a gömb alakú lenyomat átmérőjét, melynek okulárján századmilliméternek megfelelő osztású skála található. A Brinell keménységét betűk jelzik HB(acélgolyó használata esetén) ill HBW(keményfém golyó használata esetén), és az erő arányaként számítjuk ki R a labdára ható a gömb alakú lenyomat felületére F, kgf / mm 2 vagy MPa: ahol P- a labdára ható erő, N
(kgf); F- egy gömb alakú lenyomat felülete, m 2 (mm 2 )
; Dés d
–
a golyó és a nyomat átmérője, mm. A Brinell-módszer olyan fémekhez ajánlott, amelyek keménysége nem haladja meg HB 450 kgf / mm 2 (4500 MPa), mivel az acélgolyó deformálódhat, ami hibát okoz a vizsgálati eredményben. Ezt a módszert elsősorban a nem edzett fémből készült munkadarabok és félkész termékek keménységének mérésére használják. Rockwell módszere ( HR). A keménység meghatározása Rockwell présgépen (TK típusú keménységmérő) (GOST 9013-59) történik. A módszer lényege abban rejlik, hogy a gyémántkúp formájú behúzás kemény és szuperkemény (tovább HRC 70) fémek (1,58 mm átmérőjű edzett acélgolyó - lágyfémekhez) (8. ábra, b) - a minta felületére merőlegesen kifejtett bizonyos erő hatására benyomják a vizsgált fémbe. A keménységet a nyomat mélysége határozza meg h... A mérések eredményeit, hagyományos mértékegységekben, a keménységmérő mutatójának skáláján lévő nyíl jelzése határozza meg (9. ábra). SH Rizs. 9. A TK készülék indikátorának jelzései Acélgolyó benyomásakor a fő terhelés 100 kgf, a keménység a mutató "B" belső (piros) skáláján olvasható le, a keménység: НRВ... Amikor a gyémántkúpot a próbatestbe nyomják, a keménységet a mutató külső (fekete) skáláján lévő nyíl jelzése határozza meg. Keményfémeknél az alapterhelés 150 kg. Ez a fő módszer az edzett acélok keménységének mérésére. Keménység jelölés - HRC... Nagyon kemény fémeknél, valamint kis vastagságú alkatrészeknél a fő terhelést 60 kg-nak feltételezzük. Keménység jelölés - HRA, Például: HRC
40, HRA 90 - Rockwell keménység a "C" skálán - 40 hagyományos egység; az "A" skálán - 90. A Rockwell keménységvizsgálati módszerrel lágy és kemény fémek is tesztelhetők, miközben a golyókból vagy kúpokból származó lenyomatok nagyon kicsik, ezért ezzel a módszerrel megmérheti a kész alkatrészek anyagának keménységét. A vizsgálati felületet köszörülni kell. A mérések gyorsan (30-60 másodpercen belül) megtörténnek, nincs szükség számításra, mivel a keménységi érték a keménységjelző skáláján olvasható le. Vickers módszer ( HV). A Vickers-módszerrel végzett keménységvizsgálat során egy 136°-os csúcsszögű gyémánt tetraéder piramist nyomnak az anyag talajba vagy polírozott felületébe (8. ábra, c). A vasfémek és ötvözetek keménységének meghatározásához 5 és 100 kgf közötti terhelést, a színesfémek és ötvözeteik esetében pedig 2,5 és 50 kgf közötti terhelést használnak. A terhelés eltávolítása után a készülékre erősített mikroszkóp segítségével megmérjük a nyomat átlóját. dés számítsa ki a keménység értékét kgf / mm 2 -ben vagy MPa-ban a terhelés arányaként R, N (kgf), a piramislenyomat felületéhez M, m 2 (mm 2): ahol d- a nyomat átlójának hossza, mm. Például 500 írása HV azt jelenti, hogy a Vickers-keménység 500 kgf / mm 2 (5000 MPa). A Vickers-módszer lehetővé teszi mind a lágy, mind a nagyon kemény fémek és ötvözetek keménységének mérését, valamint vékony felületi rétegek keménységének meghatározását (például vegyi-termikus kezelés, nagyfrekvenciás árammal történő kioltás stb.) . A különböző módokon meghatározott keménységi értékek összehasonlításához konverziós táblázatokat használnak (1. táblázat). A Brinell-keménység felhasználható az anyagok mechanikai tulajdonságainak és a határszilárdság hozzávetőleges értékének értékelésére. A Brinell-tesztekkel meghatározott végső szilárdság és keménység tapasztalati aránya a következő: σ
v
≈
0,33HB max, (12) ahol σ
c - átmeneti ellenállás; HB max a terhelés alatti keménység maximális értéke, amelytől a keménység egyenletes csökkenése kezdődik. Asztal 1 Különböző módszerekkel meghatározott keménységi értékek összehasonlítása Lenyomat átmérője Brinell szerint Rockwell által Vickers szerint HB, MPa MŰANYAG- a szilárd anyagok azon tulajdonsága, hogy külső terhelés hatására alakot és méretet változtassanak, és a terhelések megszűnésekor (a terhelések eltávolítása után) fenntartsák. Az első elképzelést az anyag plaszticitásnak nevezett tulajdonságáról egy gyurmacsomó adja, amely az ujjak nyomására könnyen változtatja alakját, és ráhatása után megtartja új formáját (szemben a feszített rugóval). , ami újra összenyomódik, ha elengedik. Ebben az értelemben azt mondják, hogy a rugós rugalmas, a gyurma pedig műanyag A gyurma és a gyurma azonos tövű szavak, a görög plasztik szóból, ami modellezést jelent, a „hogy” igéből. penész” (agyagból). Ahhoz, hogy pontosabb képet kapjunk a plaszticitás tulajdonságairól, készíthet (vagy elképzelhet) egy egyszerű kísérletet. Legyen egy hosszúkás gyurma paralelepipedon (rúd), melynek hossza kb. 10 cm, a kis éle pedig egy 1 cm × 1 cm-es négyzet, amely a végénél két támaszon ("hídon") feküdjön. Ha a rúd közepére fém nehezéket (például érméket) teszünk, akkor amíg a terhelés kicsi, a rúd alakjának változása szemmel észrevehetetlen. További terhelés esetén azt tapasztaljuk, hogy a rúd egy pillanat alatt meghajlik és meggörbül. Ha eltávolítja az összes súlyt, a görbe alak továbbra is megmarad. Ez a tapasztalat azt mutatja, hogy a plaszticitás tulajdonságú anyagból készült rúd szinte alakváltoztatás nélkül ellenáll a terheléseknek mindaddig, amíg a terhelés meg nem halad egy bizonyos küszöbértéket, ami után észrevehető alakváltozás következik be, amely a ruda eltávolítása után is megmarad. a teher. Ez a plaszticitás lényege, de nem minden - az alakváltozás (deformáció) csak az alkalmazott terheléstől függ, és nem változik magától az idő múlásával. Ha továbbra is állandó terhelés mellett deformálódik, akkor az anyagot nem műanyagnak, hanem viszkoplasztikusnak vagy viszkoelasztikusnak nevezik ( cm... RHEOLÓGIA; KÚSZÁS). Természetesen a gyurma ismerős és szemléletes példája a műanyagnak. Fontos, hogy a plaszticitás tulajdonsága nagyon sok szerkezeti anyag velejárója. Először is, ezek fémek és ötvözetek - acél, vas, réz, alumínium és mások, de a képlékeny deformáció fogalma nagyon hasznos a kompozit anyagok, köztük a cermet, a szén és a polimer deformációs folyamatainak megértéséhez. Az anyag plaszticitása mintegy szemben áll a rugalmassággal: a műanyag test megtartja a neki adott formát, a rugalmas test pedig visszaadja az eredetit. De a plaszticitás a törékenységgel is szemben áll: a műanyag test a terhelés növekedésére észrevehető alakváltozással, a törékeny test (például üveg) pedig repedések és tönkremenetel megjelenésével reagál. A plaszticitás vizsgálata két irányban fejlődik: az egyik elsősorban technikai problémákhoz kapcsolódik, és célja, hogy választ adjon arra a kérdésre: ha egy szerkezetet ismert nagyságrendű külső erőhatások érnek, akkor mekkora az alakváltozás. ? hogy deformálódik? Ezt fontos tudni a tervezőnek, de van még egy fontos körülmény: általában a plaszticitás megelőzi a meghibásodást, így a képlékeny alakváltozások vizsgálata az alapja a szerkezet szilárdságának és tartósságának előrejelzésének. A plaszticitás tanulmányozásának második iránya annak vizsgálata, hogy mi történik az anyagban, ahogy mondani szokás, mikroszinten, vagyis mi történik az anyag belsejében, például egy gerenda plasztikus meghajlítása során. A rúd hajlítási kísérletével analóg módon lehet kísérletet végezni a feszítésén: a rúd felső végét (ezt általában mintának nevezik) rögzítik, és terhelést helyeznek az alsó végére. . Ebben az esetben nehéz szemmel észrevenni a minta hosszának változását, de ha az alakváltozásokat speciális műszerekkel mérjük, akkor azt tapasztaljuk, hogy az alakváltozási folyamat hasonló a hajlítási kísérlethez: a húzóterhelés fokozatos növekedésével először nagyon kis rugalmas alakváltozások jelennek meg, amikor a terhelés elér egy küszöbértéket, majd a deformációk (ma már főleg képlékenyek) egyrészt jelentősebbek, másrészt visszafordíthatatlanok (vagyis nem tűnnek el a terhelés eltávolítása után). Ez érdekes jelenségeket tár fel. Ha a szakítóvizsgálat során acél próbatestet használnak hosszú, polírozott (tükrös) felületű lemez formájában, akkor a plasztikus deformáció során ezen a felületen sok közeli vékony párhuzamos egyenes vonal jelenik meg, amelyek 45°-os szöget zárnak be a mintával. tengely (a minta tengelye itt egy egyenes, amely a lemez közepén halad át, párhuzamosan annak hosszú oldalaival). Ezeket a vonalakat Luders-Csernov vonalaknak nevezik (az őket felfedező tudósok neve után). E vonalak mikroszkópos elemzése azt mutatja, hogy a lemez anyagának eltolódása következtében jelennek meg, i.e. úgy tűnik, hogy az egyik vékony réteg eltolódik a másodikhoz képest, a második - a harmadikhoz képest stb., mint a kártyák a pakliban. Azt mondhatjuk, hogy a Luders-Csernov vonalak az eltolódó rétegek határai. Az 1. ábra sematikusan mutatja az ilyen deformáció mintázatát. Ez a séma lehetővé teszi annak megértését, hogy az ilyen nyírók hogyan vezetnek a minta képlékeny megnyúlásához, és miért nem tűnnek el a képlékeny alakváltozások a terhelés eltávolítása után. Bonyolultabb és pontosabb kísérletek kimutatták, hogy a fémek és ötvözetek képlékeny alakváltozásait mindig az anyagon belüli nyírás okozza. Ezenkívül deformációk lépnek fel a porózus anyagokban, amelyek megjelenésükben nagyon hasonlítanak a műanyagokhoz, de a pórusok csökkenésével járnak. A legismertebb porózus anyag a polisztirol; a technológiában a porózus anyagokat porkohászattal hozzák létre, ahol fémporból préselik az alkatrészeket. Az alakváltozási mintázat meglehetősen pontosan leírható, ha feltételezzük, hogy egy test rugalmas alakváltozásai a testet alkotó atomok közötti távolság változásának, a képlékeny alakváltozások pedig nyírásoknak a következményei. Tehát a plaszticitás a nyírás eredménye. És maguk a váltások hogyan zajlanak? Erre a kérdésre (és még sok másra) a fizika ágai adnak választ: szilárdtestfizika, diszlokációelmélet, fémek fizikája stb. Ebben a két irányban vizsgálják a plaszticitást, az elsőt fenomenológiainak nevezzük – a plaszticitás jelenségét vizsgálja, ahogyan az mintákkal és terhelésekkel végzett kísérletekben megfigyelhető, és nem támaszkodik mikroszkópos kísérletek eredményeire. A fémek plaszticitásának fenomenológiai vizsgálata a klasszikus szakítási kísérlettel kezdődik. Eredményeit grafikonok formájában mutatjuk be (2. ábra), ahol az s feszültséget a függőleges tengely mentén ábrázoljuk, egyenlő a húzóerővel. P, a minta keresztmetszeti területére vonatkozik F, azaz s = P/F és vízszintesen - az e minta deformációja, amely megegyezik a d nyúlással l minta (erő hatására P) eredeti hosszához képest l. e = d l/l ábrán. A 2. ábra a "nyúlási görbének" nevezett grafikont ábrázolja; anyaga - az egyik acélminőség. A betöltés elején (a grafikonon a ponttól O lényegre törő A) a feszültség és az alakváltozás arányos, azaz. Hooke törvénye érvényes. Az oldalarányt rugalmassági modulusnak (vagy Young-modulusnak) nevezik. E... Pont A a grafikonon ezt rugalmassági határnak nevezik - utána a rugalmasságban rejlő arányosságot egy görbe vonalú függés váltja fel, és most az alakváltozás sokkal gyorsabban nő, mint a feszültség. Ha valamikor B elkezdjük csökkenteni a feszültséget (ezt nevezik tehermentesítésnek), akkor a grafikon egy olyan görbét mutat, amely nem sokban különbözik az egyenestől - időszámításunk előtt lefelé mutató nyíllal. Ha a feszültség nullára állítása után ismét megnöveljük, a grafikon görbét mutat CB 1 (egy felfelé mutató nyíllal), és tovább ez a görbe simán átváltozik görbévé B 1D, amelyet a minta tehermentesítés nélküli deformációjával kapnánk. Az egyszerűség kedvéért általában mindkét görbe, időszámításunk előttés CB 1, helyébe egy egyenes szakasz lép B 2C amely párhuzamos a vonalszakasszal OA. A plaszticitás elméletének több változata létezik, amelyek egyrészt abban különböznek egymástól, hogy mennyire pontosan veszik figyelembe a rugalmas-képlékeny anyag alakváltozási folyamatának valós jellemzőit, másrészt a matematikai apparátusban. használt. Egyes elméletek kevésbé pontosak, de egyszerűbbek és kényelmesebbek a számításokhoz, ami nagyon fontos, mivel bonyolult alakú testek képlékeny alakváltozásainak kiszámítása még modern számítógépek használatakor is nagyon nehéz feladat. Más elméletek nagy pontosságot biztosíthatnak, de nagyon nagy nehézségekhez vezetnek, mind matematikai, mind kísérleti szempontból. Nyilván a jövő kérdése egy olyan "ideális" elmélet megalkotása, amely egyesíti a fizikai tisztaságot, a matematikai egyszerűséget és egyben adekvát leírást ad a képlékeny alakváltozási folyamatokról. De még a plaszticitás "egyszerű" elméletei is meglehetősen összetettek, mivel számos kísérleti eredmény ismeretét és megértését, valamint komoly matematikai képzést igényelnek. Példaként vegye figyelembe a plaszticitás legegyszerűbb elméletének ötletét. A minta szakítóvizsgálatának legegyszerűbb esetben a rugalmas alakváltozás folyamatát a Hooke-törvény írja le A rugalmassági határon túl nincs arányosság, de a kísérleti húzógörbe leírható, ha feltételezzük, hogy a rugalmassági modulus E ilyenkor megszűnik állandó érték lenni, és az alakváltozás függvényévé válik, azaz. Ezekben a képletekben megjelenik egy új w = w (e) függvény, amelyet plaszticitásfüggvénynek nevezünk, és kísérleti adatokból kell megtalálni. Látható, hogy a w (e) függvény rugalmas alakváltozás esetén azonos nullával, és plasztikus alakváltozás esetén növekszik. Ekkor világos, hogy mind a rugalmas, mind a képlékeny alakváltozásokat a Hooke-törvényt általánosító egyenlet írja le s = E e Ez az egyenlet azt az alakváltozási görbét írja le, amelyből lényegében megkapjuk, és ez így van, miközben csak a szakítóvizsgálatról beszélünk. Ám a plaszticitáselméletnek "képesnek kell lennie" bármilyen alakváltozási folyamat leírására – például a csavarodás és hajlítás, illetve ezek együttes megnyilvánulásának is –, ehhez pedig a képletet lényegében általánosítani kell, és lényegében hasonló, de mérhetetlenül összetettebb összefüggéseket kell megfogalmazni, amelyek hozd kapcsolatba a tenzor alakzatok hat komponensét hat feszültségtenzor komponenssel. Itt kezdődnek a nehézségek. A klasszikus deformációelméletet "kis rugalmas deformációk elméletének" nevezik. Ez az elmélet három kísérleti tényen alapul: 1. A test minden pontján előforduló különböző elasztoplasztikus alakváltozások esetén univerzális funkcionális kapcsolat áll fenn a nyírási alakváltozások effektív értéke és a nyírófeszültségek hasonló effektív értéke között. 2. Az anyag elasztoplasztikus deformációja esetén a térfogatváltozás mindig rugalmasan történik. 3. Az első két állítás csak akkor érvényes, ha a testre ható összes külső erő egymással (pontosabban egy paraméterrel, pl. idővel) arányosan növekszik. Ez az úgynevezett "egyszerű" vagy "arányos" terhelés. A három állítás megfelelő megértéséhez a következőket kell figyelembe vennie: A plaszticitás elmélete, mint minden empirikus elmélet, lényegében egy közelítő elmélet. Ez azt jelenti, hogy bizonyos feltételek mellett, amikor le tudja írni a fizikai valóságot ("alkalmazhatósági feltételek"), az empirikus elmélet ezt a valóságot viszonylag kicsi, de mindig jelenlévő hibával (más szóval kis hibával) írja le. A szóban forgó plaszticitáselmélet 10%-hoz közeli hibával tud választ adni. És szinte mindig egy ilyen hiba meglehetősen elfogadhatónak bizonyul - azt mondják, hogy "az elmélet jól működik". Az elmélet matematikai megfogalmazása: legyen az e deformációs tenzor ijés a feszültségtenzor s ij... Olyan képleteket (arányokat) kell írni, amelyek ezeket a tenzorokat kis elasztoplasztikus alakváltozásoknál kapcsolják össze, ahogyan a Hooke törvénye köti össze őket rugalmas alakváltozásoknál. Figyelembe véve a térfogati és nyírási alakváltozás különböző törvényszerűségeit, a tenzorokat térfogati (gömb alakú) és nyíró (deviatorikus) részekre oszthatjuk: e ij= 1/3 Q d ij+ e ij A következő lépés a nyírófeszültségek és az alakváltozások közötti kapcsolat megállapítása, mivel a plaszticitás nyírás. Az alakváltozások deviátora esetén a négyzetgyökérték eltolódást egy adott pontban a képlet határozza meg Hasonlóképpen, az effektív nyírófeszültséget a következők határozzák meg: Ez egy univerzális funkcionális kapcsolat a és között, és univerzális abban az értelemben, hogy a test bármely pontján és bármilyen típusú deformáció esetén (hajlítás, csavarás, ezek kombinációja stb.) bekövetkezik. A függvény ismertnek tekinthető, de valójában a kísérlet eredményeinek feldolgozásából kell megtalálni. Mivel univerzális volta miatt mindig ugyanaz, különösen minden kísérletben, célszerű a cső torziós kísérletét alkalmazni, amelyből ez a függvény különösen könnyen meghatározható. A rugalmasságon belül, és a kapcsolat között
A hosszú mintákon meghatározott relatív nyúlás jelölése δ 10, a rövid δ 5, és mindig δ 5> δ 10.
, (9)3. Keménységi jellemzők meghatározása
, (10)
, (11)