Тема 3: Вивчення властивостей конструкційних матеріалів.

Класифікація методів дослідження матеріалів

Основні властивості металів та методи їх вивчення.

Метали – один із класів конструкційних матеріалів, що характеризується певним набором властивостей:

• "металевий блиск" (хороша відбивна здатність);
• пластичність;
• висока теплопровідність;
• Висока електропровідність.

Ці властивості обумовлені особливостями будови металів. Відповідно до теорії металевого стану, метал є речовиною, що складається з позитивних ядер, навколо яких по орбіталям обертаються електрони. На останньому рівні число електронів невелике, і вони слабко пов'язані з ядром. Ці електрони мають можливість переміщатися по всьому об'єму металу, тобто належати цілій сукупності атомів.

Методи дослідження.

Метали і сплави мають різноманітні властивості. Використовуючи один метод дослідження металів, неможливо отримати інформацію про всі властивості. Використовують кілька методів аналізу.

1. Визначення хімічного складу.

2. Використовуються методи кількісного аналізу.

3. Якщо не потрібна велика точність, то використовують спектральний аналіз.

Спектральний аналіз заснований на розкладанні та дослідженні спектра електричної дуги або іскри, що штучно збуджується між мідним електродом та досліджуваним металом.

Запалює дуга, промінь світла через призми потрапляє в окуляр для аналізу спектра. Колір та концентрація ліній спектру дозволяють визначити вміст хімічних елементів. Використовуються стаціонарні та переносні стилоскопи.

4. Точніші відомості про склад дає рентгеноспектральний аналіз.

Проводиться на мікроаналізаторах. Дозволяє визначити склад фаз сплаву, характеристики дифузійної рухливості атомів.

Загальна характеристика механічних властивостей.

Це сукупність показників, що характеризують опір матеріалу навантаженні, що впливає на нього, його здатність деформуватися при цьому, а також особливості його поведінки в процесі руйнування. Відповідно до цього вимірюють напругами (зазвичай у кгс/мм 2або Мн/м 2), деформаціями (у %), питомою роботою деформації та руйнування (зазвичай у кгс․м/см 2або МДж/м 2), швидкістю розвитку процесу руйнування при статичному або повторному навантаженні (найчастіше в ммза 1 сікабо за 1000 циклів повторень навантаження, мм/кцикл). М. с. м визначаються при механічних випробуваннях зразків різної форми.

У загальному випадку матеріали в конструкціях можуть зазнавати найрізноманітніших за характером навантажень: працювати на розтягування , стиснення, вигин, кручення, зріз і т. д. або піддаватися спільній дії декількох видів навантаження, наприклад розтягуванню і згину. Також різноманітні умови експлуатації матеріалів і за температурою, навколишнім середовищем, швидкістю застосування навантаження та законом її зміни в часі. Відповідно до цього є багато показників М. с. м. та багато методів механічних випробувань. Для металів та конструкційних пластмас найбільш поширені випробування на розтяг, твердість, ударний вигин; крихкі конструкційні матеріали (наприклад, кераміку, металокераміку) часто випробовують на стиск та статичний вигин; механічні властивості композиційних матеріалів важливо оцінювати, крім того, під час випробувань на зсув.

3) Методи стандартних випробувань щодо визначення фізико-механічних властивостей та технологічних показників матеріалів та готових машинобудівних виробів, стандартні методи їх проектування.

У процесі роботи деталі машин схильні до різних видів навантажень. Для того, щоб визначити працездатність сплавів у різних умовах навантаження проводять їх випробування на розтяг, стиснення, вигин, кручення і т.д.

Поведінка металів під дією зовнішніх навантажень характеризується їх механічними властивостями, які дозволяють визначити межі навантаження для кожного конкретного матеріалу, провести порівняльну оцінку різних матеріалів та здійснити контроль якості металу у заводських та лабораторних умовах.

До випробувань механічних властивостей пред'являється низка вимог. Температурно-силові умови проведення випробувань мають бути по можливості наближені до службових умов роботи матеріалів у реальних машинах та конструкціях. Водночас методи випробувань мають бути досить простими та придатними для масового контролю якості металургійної продукції. Оскільки необхідно мати можливість зіставити якість різних конструкційних матеріалів, методи випробувань механічних властивостей повинні бути строго регламентовані стандартами.

Результати визначення механічних властивостей використовують у розрахунковій конструкторській практиці при проектуванні машин та конструкцій. Найбільшого поширення мають такі види механічних випробувань.

1. Статичні короткочасні випробування одноразовим навантаженням на одновісне розтягнення - стиск, твердість, вигин та кручення.

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

3. Випробування змінним навантаженням із визначенням межі витривалості матеріалу.

4.Випробування на термічну втому.

5.Випробування на повзучість та тривалу міцність.

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

7. Випробування матеріалів в умовах складнонапруженого стану, а також натурні випробування деталей, вузлів та готових конструкцій.

3.2. Властивості матеріалів

Під механічними властивостями розуміють характеристики, що визначають поведінку металу (або іншого матеріалу) під дією доданих зовнішніх механічних сил. До механічних властивостей зазвичай відносять опір металу (сплаву) деформації (міцність) та опір руйнуванню (пластичність, в'язкість, а також здатність металу не руйнуватися за наявності тріщин).

В результаті механічних випробувань набувають числові значення механічних властивостей, тобто значення напруг або деформацій, при яких відбуваються зміни фізичного та механічного станів матеріалу.

Оцінюючи механічних властивостей металевих матеріалів розрізняють кілька груп їх критеріїв.

1. Критерії, що визначаються незалежно від конструктивних особливостей та характеру служби виробів. Ці критерії знаходяться шляхом стандартних випробувань гладких зразків на розтягування, стиснення, вигин, твердість (статичні випробування) або ударний згин зразків з надрізом (динамічні випробування).

Міцні та пластичні властивості, що визначаються при статичних випробуваннях на гладких зразках хоч і мають важливе значення (вони входять у розрахункові формули) у багатьох випадках не характеризують міцність цих матеріалів у реальних умовах експлуатації деталей машин та споруд. Вони можуть бути використані тільки для обмеженої кількості простих за формою виробів, що працюють в умовах статичного навантаження при температурах, близьких до нормальної.

2. Критерії оцінки конструктивної міцності матеріалу, що знаходяться у найбільшій кореляції зі службовими властивостями даного виробу та характеризують працездатність матеріалу в умовах експлуатації.

Критерії конструктивної міцності металевих матеріалів можна розділити на дві групи:

а) критерії, що визначають надійність металевих матеріалів проти раптових руйнувань (в'язкість руйнування, робота, що поглинається при поширенні тріщин, живучість та ін.). В основі цих методик, що використовують основні положення механіки руйнування, лежать статичні або динамічні випробування зразків з гострими тріщинами, які мають місце в реальних деталях машин та конструкціях в умовах експлуатації (надрізи, наскрізні отвори, неметалеві включення, мікропорожнечі тощо). Тріщини та мікронесплошності сильно змінюють поведінку металу під навантаженням, оскільки є концентраторами напруг;

б) критерії, що визначають довговічність виробів (опір втоми, зносостійкість, опір корозії тощо).

3. Критерії оцінки міцності конструкції в цілому (конструкційної міцності), що визначаються при стендових, натурних та експлуатаційних випробуваннях. При цих випробуваннях виявляється вплив на міцність та довговічність конструкції таких факторів, як розподіл та величина залишкових напруг, дефектів технології виготовлення та конструювання металовиробів тощо.

Для вирішення практичних завдань металознавства необхідно визначати як стандартні механічні властивості, і критерії конструктивної міцності.

МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ

МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ

Матеріалів-реакція матеріалу на прикладені механіч. навантаження. Осн. характеристиками механіч. властивостей є напруги та деформації. Напруги - характеристики сил, які відносять до одиниці перерізу зразка матеріалу або виробу, конструкції з нього. Деформацію найчастіше оцінюють безрозмірною величиною відносить, зміни довжини, стрілою прогину або кутом закручування.

M. с. конструкцій. матеріалів (металів і сплавів, полімерів, скла, кераміки, текстильних ниток і тканин, дерева та ін) встановлюють механіч. випробуваннями, метою яких брало найчастіше є знаходження зв'язку між прикладеними механіч. напругами до матеріалу та його деформацією. M. с. істотно залежать від структури випробуваного матеріалу та схеми прикладених сил. Тому вони є фіз. константами та не характеризують сил міжатомної взаємодії матеріалу. Для простоти зіставлення M. с. різних матеріалів випробування проводять при нескладних, легко відтворюваних схемах навантаження (додатки зовнішніх сил) - одновісне розтягнення (або стиску), згині, кручення. У порівнянні M. с. різних матеріалів або одного матеріалу з різною структурою слід мати на увазі дотримання умов випробувань (однакові схеми напруженого, швидкості застосування навантажень і фіз.-механіч. умови середовища випробувань, а також геом. подоба - форма і розміри випробуваного зразка). M. с. істотно залежать від темп-ри та тиску.

Механич. випробування можна класифікувати за напруженим станом (схема прикладених сил), способом навантаження при випробуваннях (деформування із заданою швидкістю і сил опору деформації), додатком пост, навантаження (або напруг) та вимірюванню сил опору деформуванню, за характером зміни статич., динаміч.

M. с. класифікуються за фіз. природі одержуваних показників.

Пружність - властивість твердих тіл чинити опір зміні їх обсягу або форми під дією механіч. напруг ц мимовільно відновлювати вихідний стан при припиненні зовніш. впливів. Характеризується межею пружності - макс, напругою, після видалення якого форма і розміри зразка повністю відновлюються; модулем пружності- Коеф. пропорційності, що зв'язує та пружну деформацію. Єдностей, характеристика M. с., що дає інформацію про міжатомну взаємодію в кристалічній. решітці матеріалу,- друга похідна енергії взаємодії атомів (іонів) та відстані між ними.

В області пружності часто мають місце відхилення від пружних властивостей, які характеризуються релаксацією напруги, післядією пружним, внутрішнім тертям,дефект модуля пружності.

Міцність – опір руйнуванню (розриву); характеризується напругами, що відповідають максимальним (до руйнування зразка) значенням навантаження (т.з. проділ міцності або ).

Характер руйнування при всіх видах випробувань (розтягуванні, стисканні, згинанні, крученні) як під дією нормальних (відрив), так і зсувних (зріз) напруг буває в'язким або тендітним. Відмінність між в'язким і тендітним руйнуваннями полягає у величині пластич. деформації, накопиченої перед руйнуванням Обидва види руйнування пов'язані із зародженням та розвитком тріщин. Оцінка опору руйнуванню за нормальних статич. випробуваннях (межа міцності, тимчасовий опір руйнуванню) часто недостатня для визначення придатності матеріалу як конструкційного, особливо за наявності надрізів, тріщин та ін концентраторів напруг. У цьому випадку застосовують випробування на руйнування, при яких брало використовують зразки з заздалегідь створеними в них тріщинами, і оцінюють параметр ( До), к-рий зв. коеф. інтенсивності напруги. Визначають цей коефіцієнт. для плоского ( K з)або об'ємного (A - Ci) напружених станів.

До властивостей міцності відносять також і опір пластич. деформації. Зазвичай пластич. деформацію характеризують напругою, необхідними для досягнення деякої заданої величини залишкових деформацій. Так, визначає напруги, що викликають при розтягуванні пластич. деформації 0,2% (позначається).

Пластичність - властивість твердих тіл необоротно деформуватися під дією зовніш. сил чи внутр. напруги. Як характеристики пластичності наиб, широко поширені подовження (відносить, зміна довжини при розтягуванні) і відносить, звуження в шийці - зміна поперечного перерізу зразка після припинення рівномірного подовження (втрати стійкості) та утворення шийки.

Опір динаміч. навантаженням оцінюють величиною ударної в'язкості - питома руйнування при ударному згині зразків з надрізом (для відносно пластичних матеріалів) або без надрізу (для менш пластичних матеріалів).

Жароміцність - здатність матеріалів працювати триває, не деформуючись і але руйнуючись при доданих навантаженнях і високих темпах. Осн. характеристиками жароміцності є межа повзучості і довжини, . Межа повзучості, т. е. величину напруг, при якій повзучості не перевищує заданого значення, визначають для кожної температури із залежності швидкості встановилася повзучості від напруг. Аналогічно цьому, величину довжини, міцності матеріалу для заданої температури визначають із залежності часу до руйнування від напруг. Напр., встановлюють напругу (або навантаження), при до-ром руйнування при заданій пост, темп-ре Tвідбувається за 100 год

Важливою характеристикою жароміцності є також тривалість, тобто величина деформації, що накопичується протягом повзучості до моменту руйнування. Часто жароміцність характеризують просто часом до руйнування при заданих і постійних напрузі і темпі. У багатьох. випадках жароміцність оцінюють межею міцності або ін. подібними характеристиками при підвищеній температурі. У цьому випадку говорять про короткий час. жароміцності.

Втома - процес накопичення ушкоджуваності в матеріалах під впливом циклічно виміряних напруг, які за своєю величиною не перевищують межі пружності. Схема прикладених напруг і характеру їх зміни у часі можуть бути різними. Опір втоми зв. ви-носливістю. Для вивчення втоми матеріалу будують діаграми залежності числа циклів зміни напруги від величини макс, напруги циклу При зниженні s макc до визнач. величини ця залежність або починає незначно змінюватися, або залишається постійною. Рівень таких напруг зв. межею втоми. Вивчають також залежність числа циклів до руйнування від деформації амплітуди.

Досить поширеною характеристикою M. с. є , до-раю є опір матеріалу вдавлюванню. Попри нек-рую невизначеність фіз. природи цієї властивості, завдяки простоті виміру, легкості відтворення та високій кореляції з міцністю твердість стала широко поширеною характеристикою M. с.

У техніці поширення набули т.з. технол. проби, що показують здатність конструкцій. матеріалів до тих чи інших деформацій: проба по Еріксена, що показує здатність матеріалу до глибокої витяжки; пластичність при крученні, згин з перегином - показники пластичності матеріалу та його податливості до отд. видів обробки тиском.

Літ.:Бернштейн M. Л., 3аймівський Ст А., Механічні властивості металів, 2 видавництва, M., 1979; 3олоторівський Ст G., Механічні властивості металів, 2 видавництва, M., 1983. В. М. Розенберг.

Фізична енциклопедія. У 5-ти томах. - М: Радянська енциклопедія. Головний редактор О. М. Прохоров. 1988 .

Дивитися що таке "МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ" в інших словниках:

Механічні властивості- - відображають здатність матеріалу опиратися силовим, тепловим, садибним або іншим внутрішнім напругам без порушення структури, що встановилася. До механічних відносять деформативні властивості: міцність, твердість, стирання, ... Енциклопедія термінів, визначень та пояснень будівельних матеріалів

Матеріалів, такі як міцність, опір руйнації, твердість та ін. є у багатьох випадках визначальними для ухвалення рішення про застосування матеріалу. Методи перевірки механічних властивостей Слід зазначити такі основні методи.

Гірських порід (a. mechanical properties of rocks; н. mechanische Eigenschaften der Gesteine; ф. proprietes mecaniques des roches; і. caracteristicas mecanicas de rocas, propiedades mecanicas de rocas) характеризують зміни форми, … Геологічна енциклопедія

механічні властивості- властивості матеріалу, які показують пружну та непружну поведінку при впливі сили, внаслідок цього вказуючи придатність матеріалу для подальшого застосування; наприклад, модуль пружності, межа міцності на розрив, відносне подовження. Довідник технічного перекладача

МЕХАНІЧНІ ВЛАСТИВОСТІ- Показники поведінки тіл (переважно твердих) під впливом механічних напруг. Механічні властивості характеризуються механічними напруженнями (дивись Міцність), деформаціями (дивись Пластичність), роботою (дивись Ударна… Металургійний словник

Механічні властивості Механічні властивості. Властивості матеріалу, що показують пружну та непружну поведінку при дії сили, внаслідок цього вказуючи придатність матеріалу для подальшого застосування; наприклад, модуль пружності, межа … Словник металургійних термінів

механічні властивості- mechaninės savybės statusas T sritis automatika atitikmenys: angl. механічні властивості vok. mechanische Eigenschaften, f rus. механічні характеристики, n pranc. propriétés mécaniques, f … Automatikos terminų žodynas

механічні властивості- mechaninės savybės statusas t sritis statartizacija ir metrologija apibrėžtis kūnų ir medžiagų reagavimo į mechaninius poveikius charakteristikos. atitikmenys: англ. механічні властивості vok. mechanische Eigenschaften, f rus. механічні… Penkiakalbis aiškinamasis metrologijos terminų žodynas

механічні властивості- mechaninės savybės statusas T sritis chemija apibrėžtis Kūno reagavimo į mechaninius poveikius. atitikmenys: англ. mechanical properties ukr. механічні властивості … Chemijos terminų aiškinamasis žodynas

механічні властивості- mechaninės savybės statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. механічні властивості vok. mechanische Eigenschaften, f rus. механічні характеристики, n pranc. propriétés mécaniques, f … Fizikos terminų žodynas

Механічні властивостівиявляються як здатність матеріалу чинити опір всім видам зовнішніх механічних впливів.

Механічні дії характеризують за напрямом, тривалістюі сфери дії.У напрямку механічні дії можна розглядати як лінійні(розтягування та стиснення) та кутові(вигин та кручення). За тривалістю їх поділяють на статичніі динамічні,по області дії – на об'ємні та поверхневі.

Механічні властивості визначають зміну форми, розмірів та суцільності речовин і матеріалів при механічних впливах, а отже, і результат практично будь-якого механічного впливу на речовини та матеріали, що виникає при їх виробництві та експлуатації (використанні).

До основних механічних властивостей речовин та матеріалів відносяться пружність, жорсткість, еластичність, пластичність, міцність, крихкість, в'язкість та твердість.

Пружність- властивість матеріалів мимовільно відновлювати свої форми та обсяг (тверді речовини) або лише обсяг (рідини та гази) при припиненні зовнішніх впливів. Пружність-зумовлена ​​взаємодією між атомами (молекулами) речовини та їх тепловим рухом.

Як міра здатності матеріалів або виробів змінювати розміри та форму при заданому типі навантаження використовуються поняття «еластичність» та "жорсткість".

Еластичність -здатність матеріалу або виробу зазнавати значних змін розмірів та форми без руйнування при порівняно невеликій діючій силі.

Жорсткість -здатність матеріалу або виробу до меншої зміни розмірів та форми при заданому типі навантаження. Чим більша жорсткість, тим менші зміни.

Еластичність- здатність твердих матеріалів зберігати зміненими форму та об'єм без мікроскопічних порушень суцільності після зняття механічних навантажень, що спричинили ці зміни.

Пластична деформація пов'язана з розривом деяких міжатомних зв'язків та утворенням нових. Облік пластичності дозволяє визначати запаси міцності, деформованості та стійкості, розширює можливості створення конструкцій мінімальної ваги.

Механічна міцністьтвердих речовин - властивість чинити опір руйнуванню, поділу на частини), а також незворотній зміні форми при механічних впливах. Міцність твердих речовин обумовлена ​​зрештою силами взаємодії між складовими їх структурними одиницями (атомами, іонами та ін.).

Крихкість- властивість твердих речовин руйнуватися при механічних впливах без істотних попередніх змін форми та об'єму.

В'язкість (внутрішнє тертя)- здатність матеріалів чинити опір дії зовнішніх сил, що викликає:

У твердих речовинах – поширення вже наявної гострої тріщини (руйнування);

У рідинах та газах – перебіг.

Твердість -властивість матеріалів чинити опір у поверхневому шарі контактному впливу (вдавлюванню або подряпанню). Особливість цієї властивості полягає в тому, що вона реалізується лише у невеликому обсязі речовини. Твердість - складна властивість матеріалу, що відображає одночасно його міцність та пластичність.

За відсутності механічних впливів атоми у кристалі перебувають у рівноважних положеннях. За механічних впливів відбувається деформація матеріального об'єкта.

Деформація- Зміна взаємного розташування безлічі частинок речовини, що призводить до зміни форми і розмірів тіла або його частин і викликає зміну сил взаємодії між ними. Деформуються всі речовини.

Якщо прикласти стискаюче навантаження, то частинки будови речовини (наприклад, атоми) зближуватимуться до такої відстані, при якій внутрішні відштовхувальні сили врівноважують зовнішні стискаючі сили. При розтягуванні відстань між структурними частинками збільшується доти, доки сили тяжіння не врівноважують зовнішнє навантаження.

У твердих речовинах механізму протікання розрізняють пружну і пластичну деформації. Пружною деформацієюназивають деформацію, вплив якої на форму, структуру та властивості матеріалу усувається після припинення дії зовнішніх сил, а пластичної -таку частину деформації, що залишається після зняття навантаження, необоротно змінюючи структуру матеріалу та його властивості.

Всі реальні тверді речовини навіть при малих деформаціях мають пластичні властивості, що визначає змішані механізми протікання деформації. пружнопластичну деформацію.Так, у різних деталях і конструкціях пластичні деформації охоплюють, як правило, невеликий об'єм матеріалу, решту – відчуває лише пружні деформації. Якщо величина деформації явно залежить від часу, наприклад, зростає при незмінному навантаженні, але оборотна, вона називається в'язкопружною.

Пластична деформація у твердих речовинах може здійснюватися, наприклад, ковзанням, яке протікає в кристалічній решітці речовини по площинах та напрямках з найбільш щільною упаковкою атомів. Площини ковзання та напрямки ковзання, що лежать у цих площинах, утворюють систему ковзання.У металах, наприклад, можуть діяти одна або одночасно кілька систем ковзання.

Уявлення процесу ковзання як одночасного пересування однієї частини кристала щодо іншої є суто схематичним (рис), так як таке пересування зажадало б величин зовнішнього навантаження, що в сотні і тисячі разів перевищують ті, у яких процес протікає насправді.

У реальних матеріалах ковзання здійснюється як у результаті переміщення дислокацій в одній площині ковзання, так шляхом переходу на інші. Дислокації, що рухаються в деформованій кристалічній речовині, породжують велику кількість дислокованих атомів та вакансій.

Більшість роботи (до 95%), що витрачається на деформацію, перетворюється на теплоту (відбувається нагрівання), решта енергії акумулюється у вигляді підвищеної щільності дефектів грат (вакансій і головним чином дислокацій). Про накопичення енергії свідчить також зростання залишкової напруги внаслідок деформації. У зв'язку з цим стан пластично деформованого матеріалу нестійкий і може змінюватися, наприклад, при термічній обробці.

Найпростішими елементами деформацій є:

відносне подовження δ - відношення збільшення довжини (/,-/ 0) зразка під дією навантаження до її початкової величини / 0:

δ = (/,-/ 0)/ / 0

відносне звуження ψ - відношення зменшення площі поперечного перерізу зразка під дією навантаження (S 0 -S 1) до початкової величини S 0:

ψ= (S 0 -S 1)/ S 0

Опір деформування визначається опором зсуву одного атомного шару щодо іншого, сусіднього. Для оцінки величини цього опору запроваджено поняття « напруга».

Напруга -міра внутрішніх сил, що виникають при деформації матеріалу, що характеризує зміну сил взаємодії між частинками речовини за його деформації. Напруга не вимірюється безпосередньо, а лише обчислюється через величини діючих на тіло сил або визначається побічно - за ефектами його дії, наприклад, по п'єзоелектричному ефекту.

Напруга є векторною величиною; величини проекції цього вектора на нормаль та дотичну площину називаються нормальнимі дотичним напруженням.

Система ковзання при пластичній деформації в конкретній кристалічній речовині характеризується величиною мінімальної дотичної напруги, яка необхідна для початку ковзання. Це критичне напруження зсувут 0 яке не залежить від орієнтації площини ковзання по відношенню до прикладеного навантаження і є однією з фундаментальних характеристик кристалічного матеріалу.

Якщо ковзання у цій системі починається при досягненні напруги зсуву критичної величини т 0 то продовження деформації вимагає безперервного підвищення величини напруги зсуву, тобто. деформація супроводжується безперервним зміцненням ( деформаційне зміцнення,або наклеп).

Наклеп- зміна структури та властивостей зі збільшенням щільності дефектів кристалічних ґрат у речовинах внаслідок пластичної деформації. При наклеп зменшуються пластичність і ударна в'язкість, але підвищуються твердість та міцність. Наклеп використовується для поверхневого зміцнення виробів, але слід мати на увазі, що наклепані метали більше схильні до корозії і схильні до корозійного розтріскування.

Напруження характеризують за джерелом виникненняі по відношенню до часу дії.

За джерелом виникнення напруги поділяють на механічні -при механічних впливах, термічні- внаслідок температурного градієнта, наприклад у процесі швидкого нагрівання або охолодження між поверхневими та внутрішніми шарами, та структурні (фазові) -при різних фізико-хімічних процесах, що відбуваються в речовині, наприклад, зміні обсягу окремих кристалітів при фазових перетвореннях.

Величина механічних напруг у зразку матеріалу σ прямо пропорційна величині зовнішньої сили F, Па:

σ = F/S,

де S -площа зразка, м 2 .

Основні механічні характеристики опору матеріалу деформації та руйнуванню: модуль Юнга, коефіцієнт Пуассона, модуль зсуву, межа пропорційності, межа пружності,а також межі плинностіі міцності.

Механічні властивості характеризують здатність металів і сплавів чинити опір дії прикладених до них навантажень, а механічні характеристики виражають ці властивості кількісно. Основними властивостями металевих матеріалів; міцність, пластичність (або в'язкість), твердість, ударна в'язкість, зносостійкість, повзучість та ін.
Механічні характеристики матеріалів визначаються при механічних випробуваннях, які в залежності від характеру дії навантаження у часі поділяються на статичні, динамічні та повторно-змінні.
Залежно від способу застосування зовнішніх сил (навантажень) розрізняють випробування на розтяг, стиснення, вигин, кручення, ударний вигин тощо.
Основні механічні характеристики металів та сплавів.
Тимчасовий опір (межа міцності, межа міцності при розтягуванні - умовна напруга, що відповідає найбільшому навантаженню, що передує руйнуванню зразка.
Справжнє опір розриву (дійсне напруга) - напруга, що визначається ставленням навантаження в момент розриву до площі поперечного перерізу зразка в місці розриву.
Межа плинності (фізична) - найменша напруга, при якій зразок деформується без помітного збільшення навантаження, що розтягує.
Межа плинності (умовна) - напруга, при якій залишкове подовження досягає 0,2% довжини ділянки зразка, подовження якого враховується при визначенні зазначеної характеристики. Межа пропорційності (умовна) - напруга, при якій відхилення від лінійної залежності між навантаженням і подовженням досягає такої величини, що тангенс кута нахилу, утвореного дотичною до кривої деформації (в точці, що розглядається), з віссю навантажень збільшується на 50% свого значення на лінійному пружності. ділянці. Допускається збільшення тангенсу кута нахилу на 10 чи 25%.
Межа пружності - умовна напруга, що відповідає появі залишкової деформації. Допускається визначення межі пружності з допусками до 0,005% тоді відповідно буде позначатися.
Відносне подовження після розриву - відношення збільшення довжини зразка після розриву до його початкової розрахункової довжини. Розрізняють відносні подовження, отримані при випробуванні на зразках із п'ятикратним та десятикратним ставленням довжини до діаметра. Допускаються інші відносини, наприклад 2,5, при випробуванні виливків.
Відносне звуження після розриву - відношення площі поперечного перерізу зразка на місці розриву до початкової площі його поперечного перерізу.
Зазначені характеристики механічних властивостей визначаються при випробуванні матеріалів на розтяг за методами, викладеними в ГОСТ 1497-61, на циліндричних та плоских зразках, форми та розміри яких встановлені тим самим стандартом. Випробування на розтяг при підвищених температурах (до 1200 ° С) встановлені ГОСТ 9651-73, на тривалу міцність-ГОСТ 10145-62.
Модуль нормальної пружності - відношення напруги до відповідного йому відносного подовження при розтягуванні (стисненні) у межах пружних деформацій (закон Гука).
Ударна в'язкість-механічна характеристика в'язкості металу - визначається роботою, що витрачається для ударного зламу на маятниковому копрі зразка даного типу та віднесеної до робочої площі поперечного перерізу зразка у місці надрізу. Випробування при нормальній температурі проводяться за ГОСТ 9454-60, за знижених - за ГОСТ 9455-60 і за підвищених - за ГОСТ 9656-61.
Межа витривалості (втоми) -максимальна напруга, при якій матеріали зразка витримують без руйнування задану кількість симетричних циклів (від +Р до - Р), що приймається за основу. Кількість циклів задається технічними умовами і становить велике число. Методи випробування металів на витривалість регламентуються згідно з ГОСТ 2860-65.
Межа міцності при стиску - відношення руйнівного навантаження до площі поперечного перерізу зразка до випробування.
Умовна межа повзучості-напруга, що викликає задане подовження зразка (сумарне або залишкове) за встановлений проміжок часу при заданій температурі.
Твердість по Брінелю - визначається на твердомірі ТШ шляхом вдавлювання сталевої загартованої кульки. випробуваний метал чи сплав.
Твердість по Роквеллу HRA, HRB і HRC визначається вдавлюванням в метал сталевої кульки діаметром ~ 1,6мм або конуса. Залежно та умовами визначення, які стандартизовані ГОСТ 9013-68, розрізняють три значення HR: HRA - для дуже твердих матеріалів (шкала А) - випробування проводиться вдавлюванням алмазного конуса; HRB – для м'якої сталі (шкала В) – сталевої кульки; HRC – для загартованої сталі (шкала С) – твердосплавного або алмазного конуса.
Глибина проникнення алмазного конуса при випробуваннях в металі невелика, що дозволяє випробовувати більш тонкі вироби, ніж при визначенні твердості Брінеля, Твердість але Роквеллу є умовною характеристикою, значення якої відраховується за шкалою приладу.
Твердість за Віккерсом HV визначається вдавлюванням алмазної стандартної правильної чотиригранної піраміди. Визначення числа твердості проводиться шляхом вимірювання довжини діагоналей (середня арифметична сума двох діагоналей) та перерахунку за формулою
Стандартними навантаженнями залежно від товщини зразка прийнято 5, 10, 20, 30, 50 і 100 кгс. Витримка часу під навантаженням береться для чорних металів 10-15 секунд, для кольорових – 28-32. Відповідно символ HV 10/30-500 означає: 500 – число твердості; 10 - навантаження та 30 - час витримки.
Метод Віккерса застосовується для вимірювань твердості деталей малих перерізів і тонких твердих поверхневих шарів цементованих, азотованих або ціанованих виробів.

49.Вторинна кристалізація металівВторинна кристалізація має велике практичне значення і є основою для низки процесів термічної обробки, старіння і т. д., що значно змінюють і покращують властивості сплавів. Більшість процесів вторинної кристалізації пов'язані з дифузією. Дифузія у твердих сплавах можлива з низки причин. Зокрема, в розчинах заміщення вона протікає завдяки наявності незаповнених вузлів (вакансій) у ґратах. Переміщуватися можуть атоми розчинника, так і атоми розчиненої речовини. При утворенні розчинів впровадження переміщення розчинених атомів відбувається через міжвузля решіток. Дифузія протікає тим швидше, чим більша різниця концентр;. в п вище температура. під с фероід і з а ц і е й - перетворення витягнутих кристалів на округлені.Обидва процеси протікають внаслідок прагнення системи до зменшення вільної енергії.У цьому випадку ЦЕ досягається тому, що відносини суми

поверхонь зерен до обсягів стають менше. Коагуляція та сфероїдизація протікають тим легше, чим вища температура. На рис. 41 представлена ​​діаграма стану сплаву, в якому розчинність другого компонента у твердому розчині зменшується. На цій діаграмі (на відміну від діаграми рис. 39) з'являється лінія EQ, що характеризує виділення надлишкових кристалів компонента, які називаються вторинними (В2), на відміну від первинних кристалів (В\), які виділяються по лінії CD. Для прикладу розглянемо хід утворення вторинних кристалів при охолодженні твердих розчинів з концентрацією К. При температурі t\ структура однофазна, при досягненні лінії EQ розчин стає насиченим і в міру подальшого охолодження з нього виділяється надлишкова фаза В2, остання може виділятися по межах кристалів а і приймати вигляд сітки. Тут також спочатку відбувається утворення зародків і потім їх зростання. Проте місце появи зародків та їх зростання заздалегідь визначено поверхнями первинних зерен. Іноді розташування вторинної фази у вигляді сітки небажано, тоді або попереджають її не утворюють, або усувають. Усувають сітку по-різному, наприклад, сфероїдизуючим відпалом. Кристалізація за діаграмою (рис. 41) дає можливість значно змінювати властивості сплаву шляхом загартування та відпустки або шляхом старіння.

50.ДС сплавів з необмеженою розчинністю компонентівОбидва компонентанеобмежено розчиннів рідкому та твердому станахіне утворюють хімічних сполук.

Компоненти: А, Ст.

Фази: L, α.

Якщо два компонентанеобмежено розчиняються в рідкому та твердому станах, то можливе існування лише двох фаз - рідкого розчину Lі твердого розчинуα. Отже, трьох фаз бути не може, кристалізаціяпри постійній температуріне спостерігається і горизонтальною лініїна діаграміні.

Діаграма, зображена на рис. 1 складається з трьох областей: рідина, рідина + твердий розчинта твердий розчин.

Лінія АmВ є лінієюліквідус, а лініяАnВ - лінієюсолідус. Процесскристалізаціїзображається кривою охолодженнясплаву(Рис. 2).

Крапка 1 відповідає початку кристалізації, крапка 2 – кінцю. між точками 1 і 2 (тобто між лініямиліквідусі солідус) сплавперебуває у двофазному стані. За двох компонентахта двох фазах системамоноваріантна (з = k-f+1 = 2 - 2 + 1 = 1), тобто якщо змінюється температура, то змінюється і концентрація компонентіву фазах; кожною температурівідповідають суворо визначені складифаз. концентраціяі кількість фаз у сплаву, що лежить між лініями солідуста ліквідус, визначаються правиломвідрізків. Так, сплавДо в точціа складається з рідкої та твердої фаз. складрідкої фази визначиться проекцією точки b, що лежить на лініїліквідус, а складтвердої фази – проекцією точкис, що лежить на лініїсолідус. Кількість рідкої та твердої фаз визначається з наступних співвідношень: кількість рідкої фази ac/bc, кількість твердої фази ba/bc.

У всьому інтервалекристалізації(від точки 1до точки 2) із рідкого сплаву,

має вихідну концентраціюК, виділяються кристали, багатші тугоплавким компонентом. складперших кристаліввизначиться проекцією s. Закінчитися кристалізація металуДо повинна в точці 2, коли остання крапля рідини, що має склад l, твердне. Відрізок, що показує кількість твердої фази, дорівнював нулю точці/, коли тільки почалася кристалізація, і кількості всього сплавув точці 2, коли кристалізаціязакінчилася. складрідини змінюється за кривою 1 - l, а Складкристалів- по кривій s- 2, і в моментзакінчення кристалізаціїСкладкристалівтакий же, як і складвихідної рідини.

51. Температурні властивості матеріалівДля матеріалів вводять кілька характерних температурних точок, що вказують на працездатність і поведінку матеріалів при зміні температури. Нагрівостійкість - максимальна температура, за якої не зменшується термін служби матеріалу. За цим параметром усі матеріали поділені на класи нагрівальностійкості.

Теплостійкість - температура, за якої відбувається погіршення характеристик при короткочасному її досягненні.
Термостійкість - температура, за якої відбуваються хімічні зміни матеріалу.
Морозостійкість - Здатність працювати при знижених температурах (цей параметр важливий для гум).
Горючість - Здатність до займання, підтримки вогню, самозаймання Це різні ступені горючості. Всі ці поняття визначають характерні температури, за яких змінюється будь-яка властивість матеріалу. Є деякі температури, притаманні всім матеріалів, є температури, специфічні деяких електротехнічних матеріалів. у яких різко змінюються будь-які характеристики. Більшість матеріалів притаманні точки плавлення, кипіння. Точка плавлення - температура, за якої відбувається перехід з твердого стану в рідке.Не має точки плавлення рідкий гелій, він навіть при нулі Кельвіна залишається рідким. До тугоплавких можна віднести вольфрам - 3387 °С, молібден 2622 °С, реній - 3180 °С, тантал - 3000 °С. Є тугоплавкі речовини серед керамік: карбід гафнію HfC та карбід танталу TaC мають точки плавлення 2880 °С., нітрид та карбід титану – понад 3000 °С. Є матеріали, в основному це термопластичні полімери, які мають крапку розм'якшення, але до плавлення справа не доходить, т.к. починається руйнування полімерних молекул за підвищених температур. У термореактивних полімерів навіть до розм'якшення справа не доходить, матеріал раніше починає розкладатися. Є сплави та інші складні речовини, у яких складний процес плавлення: при певній температурі, яка називається «солідус», відбувається часткове розплавлення, тобто. перехід частини речовини у рідкий стан. Решта речовини знаходиться у твердому стані. Виходить щось на кшталт кашки. Принаймні підвищення температури дедалі більша частина перетворюється на рідкий стан, нарешті за певної температурі, званої «ліквідус» відбудеться повне розплавлення речовини. Наприклад сплав олова і свинцю для пайки, званий просто «припій», починає плавитися приблизно за 180 °С (точка солідус), а розплавляється приблизно за 230 °С (точка ліквідус).

У будь-яких процесах плавлення, досягнення певної точки є необхідною, але недостатньою умовою плавлення. Для того, щоб розплавити речовину, потрібно повідомити йому енергію, яка називається теплом плавлення. Вона розраховується однією грам (чи одну молекулу). Точка кипіння - температура, за якої відбувається перехід з рідкого стану в пароподібний.Киплять практично всі прості речовини, не киплять складні органічні сполуки, вони розкладаються за нижчих температур, не доходячи до кипіння. На точку кипіння значно впливає тиск. Так, наприклад, для води можна зрушити точку кипіння від 100 ° С до 373 ° С додатком тиску в 225 атм. Кипіння розчинів, тобто. взаємно розчинних один в одному речовин відбувається складним чином, киплять відразу два компоненти, тільки в парі однієї речовини більше, ніж іншого. Наприклад, слабкий розчин спирту у воді википає так, що в парі спирту більше ніж у воді. За рахунок цього працює перегонка і після конденсації пари виходить спирт, але збагачений водою. Є суміші, що википають одночасно, наприклад 96% спирт. Тут при кипінні склад рідини та склад пари однакові. Після конденсації пари виходить спирт точно такого ж складу. Такі суміші називаються азеотропними. Є специфічні температури для електротехнічних матеріалів. Наприклад, для сегнетоелектриків вводять т.зв. точку Кюрі. Виявляється, що сегнетоелектричний стан речовини виникає лише за знижених температур. Існує така температура для кожного сегнетоелектрика, вище якої домени не можуть існувати і він перетворюється на параелектрик. Така температура називається точкою Кюрі. Діелектрична проникність нижче точки Кюрі велика, вона слабко наростає у міру підходу до точки Кюрі. Після досягнення цієї точки діелектрична проникність різко знижується. Наприклад, для найбільш поширеного сегнетоелектрика: титанату барію, точка Кюрі 120 ° С, для цирконат-титанату свинцю 270 ° С, для деяких органічних сегнетоелектриків температура Кюрі негативна. Аналогічна температура (і теж називається точка Кюрі) є для феромагнетиків. Поведінка магнітної проникності подібна до поведінки діелектричної проникності в міру підвищення температури і підходу до точки Кюрі. Єдина відмінність - падіння магнітної проникності зі зростанням температури відбувається різкіше після досягнення точки Кюрі. Значення точки Кюрі для деяких матеріалів: залізо 770 ° С, кобальт 1330 ° С, ербій та гольмій (-253 ° С), кераміка - у широкому діапазоні температур. Для антиферомагнетиків аналогічна точка називається точкою Нееля.

Подібна інформація.