1.4 Влияние температуры на величину модуля упругости

Температурная зависимость модулей упругости играет важную роль при выборе конструкционного материала для изготовления несущих элементов, эксплуатируемых при повышенных температурах.

Поскольку модули упругости связаны с силами межатомного взаимодействия, которые, в свою очередь, зависят от расстояния между атомами, то они также зависят от температуры нагрева. С ее повышением величина модулей упругости падает в среднем через каждые 100 °С примерно на 2–4 % по линейному закону (рисунок 1.4). Более сильная зависимость наблюдается в том случае, когда в материале происходят структурные (рекристаллизация, коагуляция) или фазовые (мартенситные, эвтектоидные, перитектоидные и др.) превращения. В области этих температур, как правило, обнаруживается скачок модуля нормальной упругости, величина которого значительно превосходит собственно температурное изменение (рисунок 1.4, кривая для Fe).

Таким образом, отклонение температурной зависимости Е (Т) от линейной свидетельствует о возможности протекания структурно-фазовых превращений в металлах (полиморфные) и сплавах вблизи выделенных температур. Этот факт необходимо учитывать при выборе сплавов, эксплуатируемых в определенных условиях, что особенно важно для жаропрочных материалов, к которым относятся тугоплавкие металлы и сплавы на их основе.

1.5 Порядок выполнения работы

1.5.1 Приготовить комплект ленточных образцов длиной 200 мм и шириной 20 мм из чистых металлов – алюминий, медь, железо и сплавов на их основе.

1.5.2 Нанести на них риски, обозначающие места закрепления их в струбцине.

1.5.3 Отобрать по несколько образцов каждого металла для определения максимального значения угла α, отклонение на который не дает остаточной пластической деформации образца.

1.5.4 По очереди закрепить каждый из отобранных образцов в струбцине, отклонить на разные углы, определить максимальный, не дающий остаточной деформации.

1.5.5 Механическим способом возбудить в испытуемых образцах макроколебания.

1.5.6 С помощью транспортира измерить угол отклонения второго, третьего и последующих колебаний, определить общее их количество и продолжительность.

1.5.7 Полученные в п.п. 1.4.4 и 1.4.6 результаты записать в таблицу 1.2, проанализировать их и оформить в виде выводов.

1.5.8 На основании данных таблицы 1.1 построить графические зависимости модуля упругости тугоплавких металлов и сплавов от температуры.

1.5.9 На полученных графиках определить температурные аномалии изменения модуля Юнга (перегибы, скачки, отклонение от линейной зависимости, изменение темпа снижения).

1.5.10 Проанализировать результаты, сделать выводы по проведенной работе.

Таблица 1.1 – Зависимость модуля упругости от температуры

	Модуль упругости Е, МПа
t, °С	TiB2	Zr	Nb	Ta	Cr	Mo	W	Re	BM-2
25	369000	99600	106400	185000	258000	334000	410000	473000	333000
100		94500		182500	264000	329000	408000		331700
200	369000	87500	102900	179000	261000	325000	403000	458000	328000
300		81100	101500	175500	257000			443000	321800
400	369000	75600	102200	173000	252000	315000	395000	430000	320000
500	369000	70100	99400	170000	246500			419000
600	369000	64500		167000	241000	305000	386000	410000
700		59000		164000	236000			399000
800	369000	53400		162000	228000	295000	378000	386000	280000
900		45200		159500	221500			378000
1000	366000	41300		158000	214000	285000	368000		280000
1100		37500		157000	207500
1200		33600		155500	200500	272000	358000		270000
1300				154000	197000
1400				152000		256000	347000
1500	306000			149500					240000
1600	292000			147500		234000	333000
1700				145000
1800	253000			140500		202200	314000		185000
1900				137000
2000				132000		166500	289000
2100				125500
2200				117900			259000
2300				108000
2400				98000			227000