1. Характеристики прочности

К характеристикам прочности относятся:

предел текучести

2.1.3. Временное сопротивление (предел прочности)

6

σв –

напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке Fmax, предшествую-

щей разрыву образца.

Определяется делением усилия Fmax на первоначальную площадь

поперечного сечения образца (см. рис. 1)

Предел упругости – наибольшее напряжение, до которого материал не по-

лучает остаточных деформаций.

Предел пропорциональности – наибольшее напряжение, превышение кото-

рого вызывает отклонение от закона Гука.

Анализ диаграмм растяжения, записанных с высокой точностью измерения

2.1.4. Предел упругости σ0,05 – напряжение, при котором остаточ-

ное удлинение достигает 0,05 % длины участка рабочей части образца,

равного базе тензометра.

Методика определения такая же, как и для предела текучести услов-

ного, но допуск на остаточную деформацию в 4 раза меньше (см. рис. 3, а)

0

0,05

0,05 A

F

  . (5)

2.1.5. Предел пропорциональности σпц – напряжение, при ко-

тором отступление от линейной зависимости между нагрузкой и удлине-

7

Иоган Баушингер (1834-1893) – немецкий математик, физик, механик. Изобрёл зеркальный тензометр

высокой чувствительности с помощью которого были экспериментально определены модули упругости,

коэффициенты Пуассона. Он ввёл понятия предела упругости, пропорциональности, текучести.

ℓ

F

A B

C

D

0

a

F0,05

F0,2

ℓ = 0,0005·ℓ 0

ℓ = 0,002·ℓ 0

ℓ

F

0

m

T

B

a

k

n

R

б

αпц Fпц

tg αпц = 1,5·tg α0

a/2

α0

Рис. 3. Схемы к определению предела упругости,

условного предела текучести (а) и предела про-

порциональности (б)11

нием достигает такой величины, что тангенс угла наклона, образованного

касательной к кривой "нагрузка – удлинение" в точке Fпц с осью нагрузок

увеличивается на 50 % от своего значения на упругом (линейном) участке.

Порядок определения:

 на произвольном уровне по высоте диаграммы в пределах упругого

участка или на его продолжении проводят прямую mn, параллель-

ную оси абсцисс (см. рис. 3, б);

 измеряют длину a отрезка mk между осью ординат и диаграммой

растяжения; справа от диаграммы откладывают отрезок kn = a/2;

 из начала координат в точку n проводят луч On и параллельно ему

касательную RT к диаграмме растяжения (при этом tg αпц будет на

50 % Превышать tg α);

 ордината точки B касания с диаграммой определит искомую нагруз-

ку Fпц. Предел пропорциональности вычисляют по формуле

0

пц

пц A

F

  . (6)

2.1.6. Истинное сопротивление разрыву Sк – напряжение, вы-

числяемое путём деления разрушающего усилия Fк (см. рис. 1, ордината

точки D) на действительную площадь сечения в шейке Aк

к

к

к A

F

S  , (7)

Площадь Aк вычисляется по диаметру dк (рис. 4)

билет 4

1 Вопрос.

Способы повышения прочности при легировании и разных видов обработки. Общая характеритика

Физической основой создания высокопрочного состояния конструкционных материалов является представление о том, что повышение прочности обусловлено снижением способности твердых тел к пластической деформации. Поскольку пластическая деформация осуществляется посредством движения дислокаций, то необходимо в материале реализовать такие условия, которые блокировали бы или тормозили перемещение дислокаций в объеме твердого тела. Главным препятствием для движения дислокаций являются внутренние искажения кристаллической решетки, созданные атомами растворенных примесей, зонами Гинье-Престона, частицами выделений второй фазы, а также другими дислокациями или их группировками.

Торможение дислокаций вызывает повышение сопротивления металлов и сплавов деформированию. Отсюда следует, что в сплаве необходимо сформировать такую структуру, которая минимизирует подвижность дислокаций и, как следствие повысит его прочность. Известны два основных способа создания упрочненного состояния материала:

- твердорастворное легирование – за счет повышения энергии связи в кристаллической решетке за счет более сильного взаимодействия атомов основного и легирующего компонентов А-В по сравнению с А-А и В-В, что затрудняет элементарный акт начала движения дислокаций;

- легирование с выделением второй фазы – за счет задержки движения дислокаций, перекрывая дислокации путь скольжения и создавая вокруг себя поля упругих напряжений.

Твердорастворное упрочнение

При легировании металлов растворимыми добавками наблюдается повышение всех прочностных характеристик. В частности, предел текучести поликристаллических сплавав - твердых растворов замещения прямо пропорционален концентрации легирующего элемента до 10-30% (ат.). На рисунке 11.1 показаны, в качестве приме­ра, зависимости условного предела текучести σ_т твердых растворов на основе меди от содержания добавки. Для твердых растворов замещения характерна линейная зависимость прочности от концентрации легирующего элемента, а для твердых рас­творов внедрения на основе о. ц. к. металлов чаще ха­рактерна пропорциональность предела текучести корню квадратному из кон­центрации. Важно подчерк­нуть, что, зная концентра­ционные зависимости пре­дела текучести двойных сплавов, можно с достаточно высокой точностью (при отсутствии упорядочения) рассчитывать предел текучести малолегиро­ванных многокомпонент­ных твердых растворов, ис­пользуя правило аддитивно­сти.

Рисунок – 11.1 Влияние концентрации легирующих элементов на прочность твердых растворов меди

Наиболее важными для теории легирования являют­ся вопросы механизма упрочнения и целенаправленного выбора легирующих элементов, дающих наибольший прирост прочностных свойств.

Повышенная прочность сплавов - твердых растворов по сравнению с чистыми металлами обусловлена:

1) увеличением сил трения при движении дислокаций;

2) образованием примесных атмосфер;

3) изменением дислокационной структуры при легировании.

Эти различия определяют три основных механизма твердорастворного упрочнения.

1) Существует несколько причин увеличения сил трения при движении дислокаций:

- Упругое взаимодействие скользящих дислокаций с ра­створенными атомами. Последние можно разделить на две большие группы: вызывающие вокруг себя искажения кристаллической решетки с шаровой симметрией (например, атомы элементов замещения) и вызывающие тетрагональные искажения решетки (например, атомы внедрения в металлах с о. ц. к. решеткой). Растворенные атомы, вызывающие тетрагональные искажения, приводят к возникновению боль-ших упругих напряжений. В результате прирост сил трения и, соответственно, напряжений течения оказывается значительно больше, чем при введении атомов, вызывающих искажение ре­шетки с шаровой симметрией.

- Величина упругих искажений решетки определяется также разницей в атомных размерах растворителя и до­бавки. Чем больше эта разница, тем сильнее прирост со­противления движению дислокаций.

– Разница валентностей основного и легирующего компонентов (один по отношению к другому становится более электроотрицательным) вызывает усиление металлической связи и замедление скорости движения дислокаций. Чем больше разница в валентностях, тем сильнее электростатическое взаимодействие. По рас­четным оценкам оно составляет около 20% упругого взаимодействия

2) Образование примесных атмосфер (Котрелла, сузуки. Снука) на дис­локациях - действует в большинстве случаев лишь на начальных стадиях пластической деформации и влияет в основном на пределы упругости и текучести. Однако если при растяжении в образце идет динамическое де­формационное старение, то механизм закрепления дис­локаций примесными атмосферами может «работать» вплоть да поздних стадий деформации, обуславливая, в частности, прирост предела прочности.