material / материаловеденье-1 / matved

14.Механические свойства металлов и их характеристика

Механические свойства характеризуют способность металлов и сплавов сопротивляться действию приложенных к ним нагрузок, а механические характеристики выражают эти свойства количественно. Основными свойствами металлических материалов являются; прочность, пластичность (или вязкость), твердость, ударная вязкость, износоустойчивость, ползучесть и др. Механические характеристики материалов определяются при механических испытаниях, которые в зависимости от характера действия нагрузки во времени делятся на статические, динамические и повторно-переменные. В зависимости от способа приложения внешних сил (нагрузок) различают испытания на растяжение, сжатие, изгиб, кручение, ударный изгиб и т. п. Основные механические характеристики металлов и сплавов. Временное сопротивление (предел прочности, предел прочности при растяжении— условное напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца. Истинное сопротивление разрыву (действительное напряжение) — напряжение, определяемое отношением нагрузки в момент разрыва к площади поперечного сечения образца в месте разрыва. Предел текучести (физический) — наименьшее напряжение, при котором образец деформируется без заметного увеличения растягивающей нагрузки. Предел текучести (условный) — напряжение, при котором остаточное удлинение достигает 0,2% длины участка образца, удлинение которого принимается в расчет при определении указанной характеристики. Предел пропорциональности (условный)— напряжение, при котором отклонение от линейной зависимости между нагрузкой и удлинением достигает такой величины, что тангенс угла наклона, образованного касательной к кривой деформации (в рассматриваемой точке), с осью нагрузок увеличивается на 50% своего значения на линейном упругом участке. Допускается увеличение тангенса угла наклона на 10 или 25%. Предел упругости— условное напряжение, соответствующее появлению остаточной деформации. Допускается определение предела упругости с допусками до 0,005%, тогда соответственно будет обозначаться. Относительное удлинение после разрыва— отношение приращения длины образца после разрыва к его первоначальной расчетной длине. Различают относительные удлинения, полученные при испытании на образцах с пятикратным и десятикратным отношением длины к диаметру. Допускаются и другие отношения, например 2,5, при испытании отливок. Относительное сужение после разрыва — отношение площади поперечного сечения образца в месте разрыва к начальной площади его поперечного сечения. Указанные характеристики механических свойств определяются при испытании материалов на растяжение по методам, изложенным в ГОСТ 1497—61, на цилиндрических и плоских образцах, формы и размеры которых установлены тем же стандартом. Испытания на растяжение при повышенных температурах (до 1200°С) установлены ГОСТ 9651—73, на дли-тельную прочность— ГОСТ 10145—62. Модуль нормальной упругости— отношение напряжения к соответствующему ему относительному удлинению при растяжении (сжатии) в пределах упругих деформаций (закон Гука). Ударная вязкость— механическая характеристика вязкости металла — определяется работой, расходуемой для ударного излома на маятниковом копре образца данного типа и отнесенной к рабочей площади поперечного сечения образца в месте надреза. Испытания при нормальной температуре проводятся по ГОСТ 9454—60, при пониженных — по ГОСТ 9455—60 и при повышенных — по ГОСТ 9656—61. Предел выносливости (усталости) —максимальное напряжение, при котором материалы образца выдерживают без разрушения заданное количество симметричных циклов (от +Р до — Р), принимаемое за базу. Количество циклов задается техническими условиями и представляет большое число. Методы испытания металлов на выносливость регламентируются по ГОСТ 2860—65. Предел прочности при сжатии — отношение разрушающей нагрузки к площади поперечного сечения образца до испытания. Условный предел ползучести— напряжение, вызывающее заданное удлинение образца (суммарное или остаточное) за установленный промежуток времени при заданной температуре.  Твердость по Бринелю - определяется на твердомере ТШ путем вдавливания стального закаленного шарика р. испытуемый металл или сплав. Твердость по Роквеллу HRA, HRB и HRC определяется вдавливанием в металл стального шарика диаметром ~ 1,6мм или конуса.(алмазно или твердосплавного) с утлом при вершине 120° на твердомере ТК. В зависимости от условий определения, которые стандартизованы ГОСТ 9013—68, различают три значения HR: HRA — для очень твердых материалов (шкала А) — испытание производится вдавливанием алмазного конуса; HRB — для мягкой стали (шкала В) — стального шарика; HRC — для закаленной стали (шкала С) — твердосплавного или алмазного конуса. Глубина проникновения алмазного конуса при испытаниях в металле небольшая, что позволяет испытывать более тонкие изделия, чем при определении твердости по Бринелю, Твердость но Роквеллу является условной характеристикой, значение которой отсчитывается по шкале прибора. Твердость по Виккерсу HV определяется вдавливанием алмазной стандартной правильной четырехгранной пирамиды. Определение числа твердости производится путем измерения длины диагоналей (среднее арифметическое суммы двух диагоналей) и пересчета по формуле Стандартными нагрузками в зависимости от толщины образца приняты 5, 10, 20, 30, 50 и 100 кгс. Выдержка времени под нагрузкой берется для черных металлов 10—15 секунд, для цветных — 28—32. Соответственно символ HV 10/30-500 означает: 500 — число твердости; 10 — нагрузку и 30 — время выдержки. Метод Виккерса применяется для измерений твердости деталей малых сечений и твердых тонких поверхностных слоев цементированных, азотированных или цианированных изделий.

28 Горячая и холодная деформация

В зависимости от соотношения температуры деформации и температуры рекристаллизации различают холодную и горячую деформации. Холодной деформацией называют такую, которую проводят при температуре ниже температуры рекристаллизации. Поэтому холодная деформация сопровождается упрочнением (наклепом) металла.

Деформацию называют горячей, если ее проводят при температуре выше температуры рекристаллизации для получения пол­ностью рекристаллизованной структуры.

При этих температурах деформация также вызывает упрочнение «горячий наклеп», которое полностью или частично снимается рекристаллизацией, протекающей при температурах обработки и при последующем охлаждении. В отличие от статической полигонизации и рекристаллизации, процессыполигонизации и рекристаллизации, происходящие в период деформации, называют динамическими.

При горячей обработке давлением (прокатке, прессовании, ковке, штамповке и т. д.) упрочнение в результате наклепа (повышение плотности дислокаций) непосредственно в процессе деформации непрерывно чередуется с процессом разупрочнения (уменьшением плотности дислокаций) при динамической полигонизации и рекристаллизации во время деформации и охлаждения. В этом основное отличие динамической полигонизации и рекристаллизации от статической.

Горячую деформацию в зависимости от состава сплава и скорости деформации обычно проводят при температурах (0,7-0,75) Т_пл.

Когда металл после деформации имеет частично рекристаллизованную рекристаллизованную структуру, то такую обработку правильнее называть неполной горячей, или теплой, деформацией.

41.

Диаграмма состояния с перитектической смесью твердых растворов.| К кристаллизации некоторых сплавов.

Перитектическому превращению, как и эвтектическому, отвечают в диаграмме состояния три нонвариантные точки a, b и р, расположенные на одной горизонтали, которую называют перитектической горизонталью. Точку р называют перитектической, или переходной, точкой, температуру трехфазного превращения - перитектической, или переходной, температурой. [1]

Диаграмма состояния Fe-C сплавов.

С перитектическое превращение заканчивается израсходованием жидкой фазы. В результате этого превращения создается однофазная структура - у-раствора. [2]

Кривая охлаждений сплава после окончания перитектической реакции, в котором в избытке остается. а - твердый раствор. б - жидкая фаза.

Поэтому перитектическое превращение заканчивается исчерпанием р-твердого раствора, и оставшаяся жидкость в интервале между точками 2 - 3 кристаллизуется в а-фазу. [3]

Неоднородность отливки, обусловленная ликвацией по удельному весу.| Диаграмма состояния сплавов, образующих ограниченные твердые растворы и перитектику.

Однако перитектическое превращение существенно отличается от эвтектического. [4]

Диаграмма состояния сплавов с перитектическим превращением.

При перитектическом превращении жидкость реагирует с уже образовавшимися кристаллами. В результате этой реакции возникают новые твердые кристаллы. [5]

При перитектическом превращении в сплавах, в отличие от эвтектического, кристаллизуются одновременно не две фазы, а только одна, образующаяся за счет ранее выделившейся твердой фазы и жидкой части сплава определенного состава. Выявление структуры перитектики затруднено, как правило, тем, что перитектическое превращение в условиях охлаждения сплавав технических металлов обычно не протекает до конца. [6]

При перитектическом превращении жидкость реагирует с уже образовавшимися кристаллами. В результате этой реакции получаются новые твердые кристаллы. [7]

Часть проекции диаграммы состояния, изображенной на 140 ( к определению изменения состава фаз при кристаллизации.

В конце перитектического превращения фигуративная точка сплава окажется в положении Т на кривой dl b ( рис. 149), являющейся пересечением разреза с поверхностью осВ трехфазного объема. [8]

В результате перитектического превращения количество ос-кристаллов, наоборот, непрерывно увеличивается.

55 Закалка- вид термической обработки материалов (металлы, их сплавы, стекло), заключающийся в их нагреве выше критической температуры (температуры изменения типа кристаллической решетки, т. е. полиморфного превращения, либо температуры, при которой в матрице растворяются фазы, существующие при низкой температуре), с последующим быстрым охлаждением.

Виды закалки:

• Закалка в одном охладителе — нагретую до определённых температур деталь погружают в закалочную жидкость, где она остаётся до полного охлаждения. Этот способ применяется при закалке несложных деталей из углеродистых и легированных сталей.

• Прерывистая закалка в двух средах — этот способ применяют при закалке высокоуглеродистых сталей. Деталь сначала быстро охлаждают в быстро охлаждающей среде (например воде), а затем в медленно охлаждающей (масло).

• Струйчатая закалка заключается в обрызгивании детали интенсивной струёй воды и обычно её применяют тогда, когда нужно закалить часть детали. При этом способе не образуется паровая рубашка, что обеспечивает более глубокую прокаливаемость, чем простая закалка в воде. Такая закалка обычно производится в индукторах на установках ТВЧ.

• Ступенчатая закалка — закалка, при которой деталь охлаждается в закалочной среде, имеющей температуру выше мартенситной точки для данной стали. При охлаждении и выдержке в этой среде закаливаемая деталь должна приобрести во всех точках сечения температуру закалочной ванны. Затем следует окончательное, обычно медленное, охлаждение, во время которого и происходит закалка, то есть превращение аустенита в мартенсит.

• Изотермическая закалка. В отличие от ступенчатой при изотермической закалке необходимо выдерживать сталь в закалочной среде столько времени, чтобы успело закончиться изотермическое превращение аустенита.

Назначение

Назначение закалки заключается в том, чтобы придать изделию высокую твердость

Для закалки изделия нагревают до высокой температуры, а затем быстро охлаждают в специальных охлаждающих средах. В зависимости от режима закалки одна и та же сталь получает различ-ные структуры и свойства. Для получения наилучших результатов изделие равномерно нагревают до температуры 740-850°С и затем быстро охлаждают до 400-450°С. Скорость охлаждения долж-на быть не менее 150°С в секунду, т. е. охлаждение должно произойти в течение всего 2-3 с. Дальнейшее охлаждение, ниже 300°С, может протекать при любой скорости, так как полученная при закалке структура достаточно устойчива и скорость дальнейшего охлаждения на нее не оказы-вает влияния. В качестве охлаждающих сред чаще всего употребляются вода и трансформатор-ное масло. Скорость охлаждения в воде больше, чем в масле. При температуре воды 18°С скорость охлаждения достигает 600°С в секунду, а в масле - до 150°С в секунду.

Для придания изделию большей твердости закалку производят в проточной воде. При охлаждении горячей поковки в стоячей воде между водой и поковкой возникает слой пара, который изолирует нагретую поковку от охлаждающей среды. Поэтому во избежание этого пользуются проточной водой.

Иногда для повышения закаливающей способности в воду добавляют поваренную соль (до 10%) или серную кислоту (до 10-12%).

Нагрев изделия выше критической точки придает металлу крупнозернистое строение, а это приво-дит к нежелательным последствиям: короблению, деформации и появлению трещин. К этому же приводит и быстрое охлаждение