Серпімділік қасиеттерді анықтау әдістері: резонанстық, импульстік.

Серпімділік қасиеттердің кейбір константаларын стнадартты статикалық сынақтар көмегімен анықтауға болады. Созуға сынау нәтижесінде Е-ні (нормалдь серрпімділік), айналдыру кезінде G-ді (сырғуды) бағалайды. Көбінесе жоғары дәлдігімен ерекшеленетін арнайы динамикалық әдістерді пайдаланумен серпімділік модульдерін, ал Пуассон коэффициенттерін серпімділ-кернеулі үлгі бойы және деформация бағытына көлденең тор периодын анықтай отырып, рентгеноқұрылымдық талдау нәтижелері бойынша табады.

Әсіресе, G сырғу модулін және Е нормаль серпімділік модулін анықтаудың динамикалық әдістері жақсы әзірленген. Барлық динамикалық әдістер зерттелетін үлгінің тербеліс жиілігі (резонанс әдістері) немесе ондағы дыбыс жылдамдығы (импільстік әдістер) серрпімділік константаларына тәуелділігіне базаланады.

Резонанстық әдістерді қолдану кезінде өзекше түріндегі үлгі меншікті бойлық немесе көлденең толқындаржиілігінің біреуіне дейін қозады. Бұл тоқындардың ұзындықтары үлгі радиусынан әжептәуір үлкен болуы керек.

Сонда вынуждающий тербеліс жиілігімен үлгінің меншікті жылдамдығының сәйкес келу сәтінде онда стоячая толқын түзіледі. Е модулі резонанстық жиілікпен мынадай қатынаспен байланысқан (ұзын өзекше үшін)

Е = 4·ρ·l·ω_рез·Δ,

мұндағы ρ – үлгі материалының тығыздығы;

l – үлгінің ұзындығы;

Δ = 1 + ;

r – үлгінің радиусы;

v –Пуассон коэффициенті.

Үлгілердегі механикалық тербеліс жиіліктері 10²-10⁵ Гц шамасында қозуы әр түрлі тәсілдермен өткізілуі мүмкін. Тербеліс жиілігін, оның ішінде,резонанстық тербеліс жиілігін осциллограф көмегімен анықтауға болады.

G сырғу модулін анықтау үшін айналу маятнигі қолданылады. Оның тербеліс жиілігі G модулімен байланысты:

ω = ,

мұндағы r – үлгі радиусы;

l – оның ұзындығы;

I – жүктің инерция моменті.

Сырғу модулін эксперименталдық түрде анықтауды ішкі үйкелісті аныұқтау қондырғыларында да жүргізеді.

Импульстік әдістерде серпімділік константасын анықтауда мегагерц реті жиілігін пайдаланады. Бұл әдістеррді қолдану дыбыс жылдамдығының (υ) таралатын орта серпімділігі константасына қатынасына негізделген:

υ_прод = ,

υ_попер = .

Слөйтіп, үлгідегі бойлық және көлденең дыбыс толқындарының таралу жылдамдығын анықтай отырып, үлгі материалының серрпімділік модулін табуға болады. Ультрадыбыстық импульстерді беру үшін ультрадыбыстық генераторларды, ал υ_прод және υ_попер – электрондық осциллогррафпен күшейткіштер арқылы байланысқан кварц пьезокристалын қолданады.

Металдардың шала серпімділігі. Баушингер эффекті. Серпімділік әсері. Ішкі үйкеліс. Айналу маятнигі.

Металдар мен қорытпалардың серпімділк деформациясы облысында таза серрпімділік жағдайдан ауытқулар байқалады.

Баушингер эффекті металдардың шала серпімділігінің белгілі құбылыстарының бірі болып табылады. Оның мәні мынада: плстикалық әлсіз деформацияланған үлгіні қайталап жүктеу кезінде кері бағытта кіші пластикалық деформацияға кедергісі төмендейді. Үлгіні 1...2 %-ке создық делік (5-сурет, а нүктесіне дейін). Енді жүктемені аламыз да үлгіні сығуға жібереміз. Кернеу-деформация (0^/ес) қисық сызығы сәйкес 0^/b қисық сызығынан төменде жатады. Қайталап созу кезінде, егер b пластикалық деформацияның басталуына сәйкес келсе, онда бұл кесінді (отрезок) Баушингер эффекінің негізгі мөлшерлік сипаттамларының бірі болып табылады да Баушингер деформациясы д.а.

Бұл эффектіні анықтайтын процесс бастапқы созу кезінде әр түрлі көздермен порожденный дислокацияның кері қозғалысынан тұрады. Деформацияның бастапқы кезеңінде баяу өсетін генерацияланған петель саны дислокациялық салыстырмалы түрде, әжептәуір ара қашықтықта барьерде тоқтағанша тез қозғалады. өрбіген дислокациялық құрылым тұрақты және жүкті алып тастау нәтижесінде аз шамада өзгереді. Сондықтан қайталап созу кезінде деформациялануға кедергісі біріз шамаға дейін өседі немесе бастапқымен салыстырғанда мүлдем өзгермейді. Дислокацияның кернеу белгісін өзгерткен кезде көз бағытына кері бағытталуға тура келеді. Дислокацияның орын ауыстыруы нәтижесінде қосымша баушингер деформациясы пайда болады.

Біраз шамада алдын-ала деформация жүргізілгеннен кейін қайта жүк түсіру кезінде дислокацияның қайта таралуы қиындайды және баушингер деформациясы нольге жақындайды.

Циклдік жүк түсіру жағдайларында сынақтар жүргізу және эксплуатациялау кезінде баушингер эффектінің маңызы зор.

Металдардың шала серпімділігінің байқалуына серпімділіктің әсері жатқызылады. Онда металдың барлық кері деформациясы таза серпімді болатындығы айтылған. Үлгіні алып кернеу-деформация қисық сызығымен серпімділік учаскесінде кенрнеу тудырамыз. Жүкті алып тастаған кезде мұндай үлгінің өлшемдері жүк түсіргенге дейінгі өлшемдеріндей болып қала береді. Бірақ, кернеу түсіру әсері және алып тастағаннан кейінгі оның ұзаруын уақыт бойынша өзгеруін қарастырамыз. Оған сәйкес диаграмма 6-суретте келтірілген. Шындығында, үлгіміздің таза серпімді деформациялануы тек ОС шамасына дейін, ал содан кейін параболатыққа жақынырақ заң бойынша әжептәуір баяу созылады. Жүкті алып тастағаннан кейін К нүктесінде өте тез арада таза серпімді деформацияны алып тастау жүреді (КМ ОС), содан кейін, қалған деформация салыстырмалы түрде баяу алынады. Ең соңында, (N нүктесінде), үлгінің бастапқы өлшемдері бар, бірақ, кері қайтып келген деформацияның барлығы бірдей серпімді болмайды.

Серпіміділік механизм әсері нүктелік ақаулардың орын ауыстыруымен байланысты болуы мүмкін, мысалы, к.ц.к торлы металдарда ену қоспалары атомдары. Кернеудің әсерінен қоспалық атомдардың қайта таралуы баяу жүреді, олар тордың ең аз шамада искожениясын тудыратын жүк түсіру осінің бойындағы қабырғаларда междуузолия алуға тысысады. Нәтижесінде тор және барлық үлгі жүк түсіру әсерінің бағытында бойлық созылады. Бұл кенет жүргізілмейді.

5-сурет. Баушингер эффектінің схемасы 6-сурет. Серпімді әсер схемасы

Серпімді әсер жылдамдығы мен шамасы материал құрылымы мен оны сынау жағдайларына байланысты. Мысаыл, жылдамдықтың көтерілуі серпімділік ісерінің жылдамдығын кенет жоғарылатады (цинкте температураны 15⁰-қа көтергенде -50%-ке).

Серпімді емес эфектілер металл ішіндегі қайтып келмейтін энергия шығынын сипаттайтын ішкі үйкелістің себепкері болып табылады. Кернеу-деформация диаграммаларындағы қисық сызықтар жүк түсіру және жүкті алып тастау кезінде металдардың шала серпімділігі салдарынан сәйкес келмейді (7-сурет), гистерезис петлясын түзеді. Оның көлемі жүк түсірудің бір цикліне таралған энергияны сипаттайды.

7-сурет. Серпімді емес құбылыс нәтижесінде гистерезис петлясының түзілуі.

Ішкі үйкеліс шамасын білу белгілі жағдайларда жұмыс істейтін материалды дұрыс таңдау үшін қажет. Мысалы, амортизаторларға арналған демпфирленетін материалдардың ішкі үйкелісі жоғары болуы керек. Керісінше, өлшеу аспаптарының көптеген бөлшектері төменгі инерциондық пен өлшеудің жоғары дәлдігін қамтамасыз ету үшін, серпімді энергияны таратпауы керек.

Ішкі үйкеліс шамасын экспериментті бағалау үшін жүктеу және жүкті алып тастау кезіндегні кернеу мен деформация арасындағы байланысты білу керек (7-сурет). Практика жүзінде жүктеуді периодты түрде өзгерту арқылы динамикалық әдісті қолданады. Мысалы, синусойдтық заң бойынша. Жүктеуді осылайша өзгертуге деформацияның периодтық өзгеруі де сәйкес келеді, бірақ, деформацияның серпімсіздік (неупругость) құбылысы үшін фаза бойынша кернеуден бұрышына шегіндеп қалу керек. шамасы – тербеліс энергиясының таралу сипатының, яғни, ішкі үйкеліс сипаттамасының бірі болып табылады. Басқа сипаттаманы петля ауданын бағалау арқылы алуға болады. Бұл аудан бір циклдегі знергия тербелісінің шығын шамасына тең. Ішкі үйкеліс өлшемі ретінде , мұндағы, - деформацияның толық энергиясы.

Тағы да бір сипаттама - тербеліс амплитудасының затуханиясының логорифмдік декременті. Ол терделістегі ұлгінің алдыңғы максимал ауытқуының натурал логориифмінің келесіге қатынасына тең.

tgφ≈γ/π≈ΔW/2πW=Q^-1

Q^-1 – Ішкі үйкелістің кеңінен қолданылатын белгіленуі.

Ішкі үйкелісті зерттеудің эксперименталдық әдістерінің ішінде кеңінен тарағаны – айналу маятнигі әдісі. Түзу айналу маятнигінде үлгі серіппелі ілінген сым немесе лента тәріздес болады, оның төменгі шетіне айналу тербелісін 1 Гц-ке дейін төмендететін инерциялық масса бекітіледі. Ол айна маятнигінде бекітілген жарық бейнесінің орын ауыстыруын байқай отырып, тербелістерді көзбен көру арқылы тіркеуге мүмкіндік береді. Түзу маятниктегі инерциондық масса үлгіде әжептәуір созу кернеуін тудыруы мүмкін, бұдан тәжірибелер нәтижелері искажают. Мұндай жағдайда басқа конструкциялы – теріс айналдыру маятнигін қолданады. Мұнда үлгінің төменгі шеті қатаң бекітіледі, ал инерциондық масса жоғарғы шетіне бекітіледі де затуханиесі аз матеиалмен ұстатылады.

Айналу маятнигінің ішкі үйкелісін схема бойынша өлшеуге арналған эксперименталдық қондырғылар – күрделі құрылғылар. Бұл қондырғылардың схема-блогына мына негізгі элементтер кіреді: 1) айналу маятнигі; 2) механикалық коррекция жүйесі; 3) демпфирлеуші құрылғы; 4) қоздыру және тіркеу жүйесі; 5) инерция моментін өзгерту жүйесі; 6) температураны реттеу және өлшеу жүйесі; 7) вакуумдық жүйе.

Қарастырылған серпімсіздік (неупругость) сипаттамалары және серпіміділік қасиеттер константаларының кеңінен қолданылатындығының дәлеі ретінде, әр түрлі конструкциялардағы көптеген материалдардың платикалық деформацияға жіберілмей, серпімділік жағдайларда жұмыс істейтіндігі. Дегенмен, стандартты механикалық қасиеттер дің көбісінде платикалық деформация кедергісі немесе осы деформацияның рұқсат етілген шамасы сипатталады. Серпімділік және серпімділік емес қасиеттернегізінен металлофизикалық зерттеулерде, әсіресе, пластикалық деформация кезеңінде талдаулар жүргізу үшін анықталады.

6 лекция. Пластикалық деформация. Пластикалық деформация механизмдері: сырғанаумен және қосарланып.

Пластикалық деформация механизміндегі дислокацияның ролі. Деформациялық беріктендірудің шарттары.

Металдарды деформациялық беріктендіру.

Пластикалық деформация. Пластикалық деформация механизмдері: сырғанаумен және қосарланып.

Пластикалық деформация механизміндегі дислокацияның ролі.

Пластикалық деформация атомдардың коллективтік қайтымсыз орын ауыстыруының нәтижесі болып табылады. Кристалдарда бұл орын ауыстырулар пластикалық деформацияның атомдық механизмі болып табылатын дислокациялардың қозғалысы жолымен жүргізіледі. Дислокация қозғалысы үлгінің макропластикалық деформациясын келтіруі мүмкін, ол сырғанау немесе қосарлану жолымен жүргізіледі. Бұл қозғалыстың соңы кристалдың бөлек бөлшектерінің бірі-бірімен салыстырмалы сырғуы немесе сырғу бағытына қарай бұрыштап үлгінің бөлек учаскелерінде атомдық қатардың бұрылуы немесе жылжуы болып табылады.

Көп жағдайда металдар мен қорытпалар сырғанау жолымен деформацияланады. Элементар күйде кристалдың бір бөлігінің сырғу механизмін басқасына салыстырмалы түрде, оның үстінен жүріп өтудің нәтижесі деп алуға болады. мысалы, кристалл еніне теңболатын ұзындығы бүйірлік (8 сурет).