Вопрос 7.Условная и истинная диаграммы растяжения поликоисталла.Пределы упругости,текучести.Пропорциональности

Условная и истинная диаграмма растяжения поликристалла?

1-условные напряжения,2-истинные напряжения

При сжатии наоборот услов ˃ истин.

Предел текучести(условный)–напряжение,при котором остаточное удлинение достигает заданной величины(0,2%) σ_0,2,характерное напряжение при котором происходит более полный переход к пластической деформации.

Предел пропорциональности(Р_ПЦ ,точка р на диаграмме)–напряжение,которое образец выдерживает без отклонения от закона Гука,т.е материал не подвергается остаточной деформации. Р_ПЦ находится на расхождении кривой растяжения и продолжении прямолинейного участка.

σ_ПЦ-условное напряжение, , при котором отступление от линей­ ной зависимости между нагруз- кой и удлинением достигает оп­ределенной величины (# σ_ПЦ50 , σ _ПЦ25 –величина допуска 50% и 25% соответств.)

Предел упругости(Р_упр ,т.е на диаграмме))–напряжение,при котором остаточное удлинение достигает 0,05%(иногда 0.05%) (#σ_0,5 , σ_0,01 и т.д), характеризует напряжение, при котором появляются первые признаки макропластической деформации

Вопрос 8.Испытания на растяжение,образцы,условия подобия.Диаграммы деформации

Испытания на одноосное растяжение(α = 0,5) — наиболее распростра­ненный вид испытаний для оценки механических свойств метал­лов и сплавов

Образцы цилиндр или стержень (один из вариантов образцов для испытаний при Т_КОМН .L рабочая длина ,L₀ - начальная расчетная длина, а0,b0/d0-начал.толщина и щирина/нач.диаметр., Цилиндрич. L₀+0,5d0˂ L˂ L₀+ 2d0, L₀=0,5d0 Плоск.а˃3мм L₀+1.5 √F₀˂L˂ L₀+2.5 √F₀ ,при а˂3мм L₀+0,5Ь0˂L˂ L₀+2 *Ь0, L₀=10d0 Длин.образцы L₀=5,65√F₀ .Коротк.обр L₀=11,3√F₀ где F₀ — начальная площадь поперечного сечения в рабочей части.Литые образцы и из хрупк.метал. L₀=5=2,82√F₀ (или L₀=2,5d0) Условия подобия :1) геометрическое (форма и размеры образца); 2) механическое (схема и скорость приложения нагрузок); 3) физическое (внешние физические условия).

Виды диаграмм

а)- без заметной пласт.деф, б)-равномерн.деф.вплоть до разруш.,в)-разруш,после образов.шейки в р-те сосредоточ.деф. пунктиром-зуб и площадка текучести

Вопрос 9(неполный)Испытания на сжатие.Жесткость нагружения,образцы.Диаграмы деформации.Разрушение при сжатии хрупких и пластичных материалов

Испытания на сжатие из-за высокого коэф.мягкости (α = 2) целесообразно применять к хрупким металлам.Чаще всего оценивают св-ва чугуна и друг.хруп.сплавов.В р-те пласт.деф.образец укорачивается и уширяется

,где h₀ ,h_k –нач.и конечн.высота образца_,F₀ ,F_k-нач.конеч. площ.поперечн.сечения. Жесткость нагружения? Вид образца

Вопрос 10-12

Физический смысл твердости. Твердость во Виккерсу, Бринеллю, Роквеллу, микротвердость.

Твердость – способность поверхностного слоя материала сопротивляться упругой и пластической деформации или разрушению при местных контактных воздействиях со стороны индентора.

Характеристика	по Бринеллю	по Виккерсу	по Роквеллу	Микротвердость
Индентор	шарик стальной, закаленный	4-гранная алмазная пирамида	алмазный конус, полированный стальной шарик	4-гранная алмазная пирамида
Размер индентора	1; 2; 2.5; 5;10	угол 136	угол 120 / D = 1,588	угол 136
Расстояние от края	2,5 d			2й размер отпечата
Расстояние между отпечатками	4 d			не менее трех диагоналей отпечатка
Толщина образца	не менее 8 кратной глубины отпечатка	более 1,2*диагональ отпечатка	не менее 10 кратной глубины введения индентора
Нагрузка	2.5 D2 – 30D2 кгс	5 – 100 кгс	Р0=100Н, Р1- осн. нагрузка	0,05-5 Н
Выдержка	10;30;60 сек	10-15 сек	1-3 сек после окончания пласт. деф.	10-15 сек
Формула
Физический смысл	усредненное условное напряжение в зоне контакта и характеризует сопротивление образца пластической деформации		нагрузка, соответствующая осевому перемещению индентора на 0,002 мм	аналогичен HV
Предел измерения	8-450 HB	-	-	-
Примечание	отсутствие геометрического подобия отпечатков 220 (твердость) HВ (метод) 5 (шарик)/ 50(нагрузка)/ 40(выдержка)	совпадает с HB до 450 220 (твердость) HV (метод) 50(нагрузка)/ 40(выдержка)	Двухступенчатое нагружение	Микроскопические объекты 220 (твердость) HV (метод) 0,08(нагрузка

№ 14 Методы определения ударной вязкости. Оценка хладноломкости по ударной вязкости и строению изломов.

Метод определения ударной вязкости основан на разрушении образца с концентратором посередине одним ударом маятникового копра. Концы образца располагают на опорах.

В результате испытания определяют полную работу, затраченную при ударе (работу удара), или ударную вязкость.

Под ударной вязкостью следует понимать работу удара, отнесенную к начальной площади поперечного сечения образца в месте концентратора.

Предусмотрены испытания образцов с концентратором напряжений трёх видов: U – образным (радиус надреза r = 1мм); V – образным (r = 0,25мм) и Т – образным (трещина усталости, созданная в основании надреза). Соответственно ударную вязкость обозначают: KCU, КСТ, KCV.

Основным критерием ударной вязкости является KCU. Она состоит из двух составляющих:

KCU = КС₃ + КС_Р, где КС₃ – работа зарождения трещины; КС_р ≈ КСТ – работа распространения трещины. Чем острее надрез, тем меньше КС₃. Критерий КСТ является критерием трещиностойкости, оценивающим сопротивление материала распространению трещины.

У дарная вязкость из всех характеристик механических свойств наиболее чувствительна к снижению температуры. Поэтому испытания на ударную вязкость при пониженных температурах используют для определения порога хладноломкости – температуры или интервала температур, в котором происходит снижение ударной вязкости.

Хладноломкость – свойство металлического материала терять вязкость, хрупко разрушаться при понижении температуры.

На переход от вязкого разрушения к хрупкому указывают изменения строения излома и резкое снижение ударной вязкости (рис. 45) в интервале температур (tв – tх) (граничные значения температур вязкого и хрупкого разрушения).

Строение излома изменяется от волокнистого матового при вязком разрушении (t ≥ tв) до кристаллического блестящего при хрупком разрушении (t < tx). Порог хладноломкости обозначают интервалом температур (tв – tн) либо одной температурой t50 которой в изломе образца имеет­ся 50 % волокнистой составляющей, и КСТ снижается наполовину.

№ 15 Явление усталости. Испытания на выносливость, влияние различных факторов на выносливость. Усталостные трещены, их зарождение и развитие. Усталостный излом.

Процесс постепенного накопления повреждений в материале под действием циклических нагрузок, приводяший к изменению его свойств, образованию трещин и разрушению, называют усталостью, а свойство противостоять усталости – сопротивлением усталости.

Современные методы испытаний на усталость разнообразны. Они отличаются характером изменения напряжений во времени, схемой нагружения (изгиб, растяжение - сжатие, кручение), наличием или отсутствием концентраторов напряжений. Как и другие виды, усталостные испытания проводятся при различных температурах и в разных средах.

Во время любого усталостного испытания на образец действуют циклические напряжения, непрерывно изменяющиеся по величине и часто по знаку.

Характеристики выносливости сильно зависят от размеров образца, часто они значительно выше у образцов с меньшим сечением. Поэтому для получения сравнимых данных следует проводить испытания на одинаковых

образцах.

Первичным результатом усталостного испытания одного образца является число циклов до разрушения (циклическая долговечность) при заданных характеристиках цикла. По результатам испытаний серии образцов могут быть определены различные характеристики выносливости. Главной из них является предел выносливости σ_R - наибольшее значение максимального напряжения цикла, при действии которого не происходит усталостноro разрушения образца после произвольно большого или заданного числа циклов нагружения. Если испытания ведут при постоянном среднем напряжении цикла, σ_R определяется как наибольшее значение средней амплитуды напряжений цикла, при которых не происходит усталостного разрушения после неограниченного или заданного количества циклов.

Для того чтобы оценить предел выносливости, необходимо испытывать целую серию образцов, как правило, не меньше 15. Каждый образец испытывают при определенном значении максимального напряжения цикла (или его амплитуды). При этом циклы для всех образцов одной серии должны быть подобны.

Кривые усталости в различных координатах

Характеристики выносливости, как и всякие механические свойства, зависят от условий проведения испытания, состава и структуры материала.

Влияние характеристик цикла напряжений.

Поведение образцов и их усталостная долговечность в первую очередь определяются максимальным

напряжением цикла и его амплитудой σ_a.Чем они больше, тем быстрее происходит усталостное разрушение.

Существенно на характеристики выносливости влияет соотношение растягивающих и сжимающих напряжений, Чем больше растягивающие напряжения, тем ниже выносливость. Наоборот, увеличение средних сжимающих напряжений при неизменном растягивающем смещает кривую усталости в сторону больших напряжений. Эти эффекты объясняют противоположным действием растягивающих и сжимающих напряжений на раскрытие трещины. Дополнительное сжатие тормозит этот процесс, а растяжение

ускоряет.

Влияние состояния поверхности и концентраторов напряжений.

Поскольку усталостные трещины образуются в поверхностныхслоях образцов и деталей, состояние этих слоев играет важнуюроль.

Для получения высокого предела выносливости структура поверхностногослоя должна обладать максимально возможным сопротивлением деформации. Эго достигается химико-термической

обработкой, поверхностным наклепом и т.д. Все эти обработки способствуют не только упрочнению поверхности, но и созданию там дополнительных сжимающих напряжений тормозят развитие усталостных трещин.

На сопротивление усталости сильно влияет внешняя среда, контактирующая с поверхностью. Установлено, что на воздухе усталостные трещины развиваются быстрее, чем в вакууме. Вероятно, кислород адсорбируется на стенках трещины и уменьшает их поверхностную энергию. Если материал во время циклического нагружения находится в жидкой коррозионной среде, то его сопротивление усталости может резко снизиться.

Усталостная трещина зарождается в поверхностных слоях и затем развивается в глубь образца или детали, образуя острый надрез. Распространение усталостной трещины обычно длительно. Оно продолжается до тех пор, пока сечение не окажется столь малым, что действующие в нем напряжения превысят разрушающие.

Тогда произойдет быстрое разрушение, как правило хрупкое, из-за наличия острого надреза.

Зародышами усталостных трещин являются поверхностные впадины. Механизм образования впадин и выступов можно представить по-разному. Они могут возникнуть при последовательном действии источников, генерирующих дислокации в разных системах.

Распространение усталостных трещин.

Трещины зарождаются уже на начальных стадиях испытании, по истечении 5 - 10 % общего времени испытания. Все остальное время приходится на их постепенное развитие. На начальных стадиях роста, когда зародышевая трещина имеет субмикроскопические paзмеры, она может разрастаться за счет притока вакансий, в большом количестве возникающих при циклических нагружениях. Во многих случаях

впадины в полосах скольжения достигают такой глубины, при которой их дальнейшее развитие может идти в результате концентрации напряжений у дна впадины (вершины трещены).

Вначале зародышевые трещины распространяются вдоль полос скольжения, а затем растут перпендикулярно направлению растягивающих напряжений (нормально поверхности образца). Усталостная трещина развивается скачками. На усталостном изломе в этот период под микроскопом хорошо видны бороздки, отражающие последовательное положение распространявшейся трещины. Каждая из этих усталостных бороздок, часто называемых микрополосами, может образоваться за один цикл нагружения. Но ширина микрополосы не всегда соответствует скачку трещины за цикл.

Различают вязкие и хрупкие. усталостные бороздки. В первых наблюдается чередование выступов и впадин, формирующих характерный пилообразный профиль излома. Иногда между вязкими микрополосами видны следы пластической деформации. Хрупкие бороздки чаще всего образуются на фоне речного узора, характерного для разрушения сколом. При этом линии речного узора примерно перпендикулярны бороздкам.

При визуальном осмотре конечный вид усталостного излома всегда имеет две четко различимые зоны. Одна из них гладкая, притертая, с макроследами перемещения усталостной трещины (так называемое усталостное

пятно). Вторая зона имеет структуру, типичную для хрупкого или вязкого разрушения при статических испытаниях.

№16 Испытания на ползучесть и длительную прочность.

Основной целью стандартных испытаний на ползучесть при растяжении является определение предела ползучести материала. Предел ползучести - это условное растягивающее напряжение, при котором скорость или деформация ползучести за определенное время достигают заданной величины. В случае высокотемпературной ползучести имеется в виду скорость на установившейся стадии. Если допуск дается по скорости ползучести, то предел ползучести обозначается буквой σ с двумя индексами - нижний соответствует заданной скорости ползучести, а верхний - температуре испытания. Например, σ¹¹⁰⁰_1·10^-4 - это предел ползучести при 1100 ^ОС и V_n =1·10^-4 %/ч. Если задается относительное удлинение и время его достижения, то в обозначение предела ползучести вводят три индекса: один верхний соответствует температуре испытания, а два нижних - деформации и времени. Например, σ_1/1000⁸⁰⁰ – предел ползучести при 800 ^ОС, когда δ= 1 % достигается за 1000 ч.

Испытания проводят на образцах с круглым или прямоугольным сечением рабочей части. Форма и размеры головок определяются конструкцией захватов испытательной машины и необходимостью крепления тензометра.

Испытание проводят в следующей последовательности. Устанавливают образец в захватах, закрепляют на нем термопары и измеритель деформации, а затем упруго нагружают его при комнатной температуре для проверки правильности центровки в захватах. После этого надвигают на образец печь, где он постепенно

(не более 8 ч) нагревается до заданной температуры и выдерживается при ней не менее 1 ч. Затем подают предварительную нагрузку, равную ~10 % от общей, и в течение 5 мин следят за показаниями измерителя деформации. Если показания остаются постоянными, производят плавную догрузку образца до заданной величины. Через определенные промежутки времени фиксируют величину удлинения и по результатам этих замеров строят первичную кривую ползучести. В наиболее совершенных установках кривая ползучести записывается автоматически во время испытания.

Схема определения предела ползучести: а - кривые ползучести при разных напряжениях; б - зависимость скорости установившейся ползучести от напряжения

а) б)

Предел ползучести характеризует напряжение, под действием которого материал может длительное время работать, не подвергаясь значительной деформации. Однако он ничего не говорит о сопротивлении материала разрушению при длительном воздействии температуры и напряжения. Для оценки этой сопротивляемости проводят специальные испытания на длительную прочность. В результате испытаний определяют предел длительной nрочности - условное напряжение, под действием которого материал при данной температуре разрушается через заданный промежуток времени.

Методика проведения испытания близка к методике испытаний на ползучесть. Используются те же схемы нагружения (обычно растяжение) и те же испытательные машины. Основные цилиндрические образцы стандартизованы.

Абсолютные размеры образцов могут заметно сказываться на характеристиках длительной прочности, в первую очередь из-за разного отношения их-поверхности к объему. У образцов малого диаметра поверхностный слой, в котором преимущественно образуются трещины, относительно более развит, и поэтому их долговечность может быть ниже, чем у больших образцов.

Помимо гладких, используют образцы с надрезом, чаще всего V-образным кольцевым с углом раскрытия 60 или 45^О Для определения предела длительной прочности необходимо провести испытание нескольких, по крайней мере пяти-шести образцов при разных напряжениях. Основным результатом испытания каждого образца является время до разрушения τ_р при заданном напряжении σ. Связь между τ_р и σ хорошо аппроксимируется уравнением , где В и m - коэффициенты.

В логарифмических координатах эта зависимость прямолинейна и, следовательно, дает возможность экстраполировать результаты на более длительное время. Определив время до разрушения образцов, находившихся под напряжением, заведомо большим предполагаемого предела длительной прочности (чтобы сократить время испытания), строят по экспериментальным точкам прямую lg σ – lg τ_p и после ее экстраполяции до заданного времени оценивают величину этого предела.