Формирование структуры деформированных металлов и сплавов

Студент должен

Знать:

• Особенности пластической деформации;

• Диаграмму растяжения металлов;

Чтобы получить мелкое зерно, создают искусственные центры кристаллизации. Для этого в расплавленный металл (расплав) вводят специ­альные вещества, называемые модификаторами. Так, при модифицировании магниевых сплавов зерно уменьшается от 0,2—0,3 до 0,01—0.02 мм, т. е. в 15—20 раз. Модифицирование отливок проводит введением в расплав добавок, которые образуют тугоплавкие соединения (карбиды, окислы). Иногда в качестве модификаторов применяют поверхностно- активные вещества. Они растворяются в жидком металле. Эти модификаторы оса­ждаются на поверхности растущих кристаллов, образуя очень тонкий слой. Этот слой препятствует дальнейшему росту кристаллов, придавая металлу мелкозернистое строение.

В зависимости от способа приложения нагрузки механические испытания делятся на три следующих вида: статическую, динамическуюи калебательную

1 Статической называется нагрузка, которая плавно нарастает или остается постоянной в течении длительного времени.

2 Динамическое нагружение характеризуется мгновенным (ударным) приложением силы.

3. Колебательные нагрузки разделяются на переменные и знакопеременные.

Сопротивляемость материалов этим нагрузкам не одинакова. При выборе материала необходимо учитывать сопротивляемость материалов различным нагрузкам.

Основным видами механических испытаний металлов и сплавов, являются испытания на растяжение, твердость, удар, выносливость, а также испытания при повышенных температурах.

Испытание на растяжение

При испытании на растяжение определяются такие прочностные свойства, как пределы упругости, пропорциональности, текучести, прочности, а также пластические свойства - относительное удлинение и относительное сужение.

Для испытания на растяжение из испытываемого материала изготовляют круглые или плоские образцы определенной формы и размеров, установленные ГОСТом. Образцы подразделяются на два типа: нормальные и пропорциональные (длинные и короткие). Нормальный круглый образец имеет диаметр 20 мм. Расчетная длина для длинных образцов равна десяти диаметрам образца, а коротких – пяти диаметрам.

Рис. 1.28 Стандартный образец для испытания на растяжение

Нестандартный образец может иметь произвольное сечение, но определенную рабочую длину, которая рассчитывается по формулам. Испытание производится на специальных разрывных машинах. Все разрывные машины имеют нагружающий и самоизмерительный механизмы, а также устройство автоматически записывающее диаграмму испытания.

Рис. 1.29 Диаграмма растяжения малоуглеродистой стали

По способу нагружения разрывные машины подразделяются на ма­шины с механическим и с гидравлическим приводом.

К машинам с механическим приводом относятся универсальная рычажно-маятниковая шина типа Р-5, машина ИМ-4Р системы ЦНИИТмаша и машина ИМ 12А.

Типичная рабочая диаграмма для металлов, дающих площадку текучести, показана на рис.1.29 а, а; для металлов, не дающих площадки текучести, — на рис. 1.29 б. Диаграмма отражает характерные участки и точки, по­зволяющие определить ряд ценных качеств испытываемых металлов.

Характер диаграммы растяжения зависит от природы и состояния металла, а также от формы и размера образца. Рабочая диаграмма растяжения является условной ввиду непостоянства поперечного сечения образца. Для построения диаграммы истинных напряжений необходимо нагрузку в любой стадии деформации относить не к первоначальной площади поперечного сечения образца, а к фактической, все уменьшающейся при растяжении образца площади.

Предел пропорциональности σ_пц —- напряжение (МПа), выше которого нарушается пропорциональность между прилагаемым напряжением и деформацией образца σ_пц=P_пц /F_o

Предел упругости (условный) σ_0,05 - это условное напряжение в МПа, соответствующее нагрузке, при которой остаточная деформация впервые достигает 0,05% от расчетной длины образца l₀: σ _0,05= P _0,05/F_o. где P _0,05 - нагрузка предела упругости, Н.

Относительное удлинение (после разрыва) σ - это отношение приращения (l_к—1₀) расчетной длины образца после разрыва к его первоначальной расчетной длине 1₀, выраженное в процентах: σ=[( l_к-1₀)l₀] 100%.

Относительное сужение (после разрыва) φ - это отношение разности начальной и минимальной площадей (F₀—F_к) поперечного сечения образца после разрыва к начальной площади F₀ поперечного сечения, выраженное в про­центах: φ=[(F₀— F_к)/F_o] 100%.

Чем больше значения относительного удлинения и сужения для материала, тем он более пластичен. У хрупких материалов эти значения близ­ки к нулю. Хрупкость конструкционного материала является отрицательным свойством.

Испытание на растяжение при высоких температурах

Испытание на растяжение при высоких температурах производят при обычном статическом напряжении, когда нагрузка возрастает в течении короткого промежутка времени, исчисляемого минутами. Кратковременные испытания не характеризуют в полной мере свойства металлов и сплавов при высоких температурах. На основании кратковременных испытаний можно получить лишь представление о поведении материала деталей в начальный период их работы.

Для кратковременных испытаний используются обычные машины, применяемые для статических испытаний, снабженные нагревательными устройствами.

Рис.1.30 Схема испытания на растяжение при высоких температурах

1,3 – зажимы машины, 2 – подвод тока, 4 – печь, 5 – термопара, 6- образец