7)Поясните причину исчезновения упругой деформации

При напряжениях меньше предела пропорциональности (предела упругости) атомы смещаются от своих положений равновесия на расстояния, меньшие межатомных. В результате этого смещения возникает результирующая сила, равная по величине приложенной, но противоположно направленная. При снятии внешних напряжений силы межатомного взаимодействия возвращают атомы в свои положения равновесия. В следствие исчезает упругая деформация.

8)Как осуществляется пластическая деформация кристала и поликристалла

Пастическая деформация кристаллов является следствием перемещения дефектов кристаллической решетки: миграция вакансий вызывает деформацию, связанную с массопереносом. То есть пластическая деформация осуществляется путем скольжения дислокаций под действием напряжения в определенных кристаллографических плоскостях.

Пластическая деформация поликристаллов начинается в отдельных, благоприятно ориентированных зернах. (Благоприятная ориентация – такое расположение атомных плоскостей зерна относительно направления деформирования, что в зернах скольжение дислокаций начинается с минимальным усилием). Одновременно происходит поворот плоскостей скольжения. При возрастании пластической деформации появляются вытянутые, неравноосные зерна, и кристаллографическая ориентированность зерен - текстура деформации. Для нее характерна зависимость свойств от направления приложенного напряжения, т.е. анизотропия.

9) Разрушение металлов

Разрушение – заключительная стадия реагирования материала на возрастающее напряжение. Механизм разрушения заключается в образовании зародышей трещин и их развитии. При пластической деформации количество движущихся дислокаций возрастает в несколько порядков. В месте их скопления перед препятствием возникает зародыш трещины. В магистральную трещину превращаются лишь те, которые достигают критического размера. Критической величиной зародыша трещины является такая его длина, при которой концентрация напряжений у вершины трещины становится равной теоретической прочности металла.

Развитие трещин зависит от величины внутренних напряжений. При больших внутренних напряжениях трещина зарождается за счет внутренней энергии в виде хрупкого разрушения. При отсутствии – вязкое разрушение.

10)Чем отличается условный предел текучести от предела текучести

Предел текучести – напряжение, при котором происходит рост деформации без увеличения растягивающей нагрузки. Величина предела текучести вычисляется по формуле

.

У большой части технических металлов и сплавов на диаграмме отсутствует явно выраженная площадка текучести. В этом случае предел текучести определяется с допуском 0,2 %, т.е. – условный предел текучести (_0,2) – напряжение, при котором образец получает остаточное (пластическое) удлинение, равное 0,2 % своей расчетной длины:

№11 Определение предела прочности и пластичности при растяжении металла.

Прочность — основное требование, предъявляемое к любому металлу, идущему на изготовление деталей машин и металлоконструкций. Прочностью называется способность материала выдерживать, не разрушаясь, внешние нагрузки. За меру прочности принята нагрузка, которую выдерживает каждый квадратный миллиметр (или сантиметр) сечения детали. Определение прочности металла производится путем растяжения образцов определенной формы и размеров на испытательной машине. При растяжении площадь поперечного сечения образца уменьшается, образец становится тоньше, а длина его увеличивается. В какой-то момент растяжение образца по всей длине прекращается и происходит только в одном месте, образуется так называемая шейка. Спустя некоторое время образец разрывается в месте образования «шейки». Процесс растяжения протекает так только у вязких материалов, у хрупких (твердая сталь, чугун) разрыв образца происходит с незначительным удлинением и без образования «шейки». При делении максимальной нагрузки, которую выдержал образец до разрыва (нагрузка измеряется специальным прибором — силоизмерителем, входящим в конструкцию испытательной машины), на площадь его поперечного сечения до растяжения получают основную характеристику металла, называемую пределом прочности. Пластичность и сопротивление металлов и сплавов деформированию при обработке давлением зависят от ряда факторов: природы металла или сплава, его химического состава, структуры, механических свойств, температуры нагрева, скорости деформации, схемы главных напряжений и т. п. (Скорость деформации следует отличать от скорости деформирования, т. е. скорости перемещения деформирующего инструмента, м/с.). Пластичность сплава в большой степени зависит от его химического состава: низкоуглеродистая сталь имеет более высокую пластичность, чем высокоуглеродистая. Пластичность литого крупнозернистого металла всегда ниже, чем деформированного, имеющего мелкозернистую структуру, что объясняется большим различием свойств зерен литого металла и межкристаллитных дефектных прослоек. Снижают пластичность также поры, газовые пузыри, хрупкие неметаллические включения, макро- и микротрещины. Большей пластичностью обладают металлы, у которых больше разница между пределами прочности и текучести.

№12 Твердость

Твёрдость - свойство материала сопротивляться проникновению в него другого тела, не получающего остаточной деформации. Измерение твёрдости металлов осуществляется методом Бринелля, Роквелла, Супер-Роквелла и Виккерса. Применение различных методов измерений твёрдости металлов обусловлено механическими свойствами металлов и конструктивно-технологическими особенностями изделий. Измерение твёрдости по методу Бринелля основано на вдавливании в испытуемое изделие стального закаленного шарика определенного диаметра, под действием заданной нагрузки в течение определенного времени. .Измерение твёрдости по методу Роквелла основано на вдавливании алмазного конуса с углом при вершине 120° или стального закаленного шарика диаметром 1,588 мм под действием двух последовательно прилагаемых нагрузок.При измерении твёрдости на выпуклых цилиндрических и сферических поверхностях по шкалам А, В, С, D, F, G в результаты измерений твёрдости должны быть введены поправки.Для измерений твёрдости по шкале «С» Роквелла применяют шкалу, воспроизводимую государственным специальным эталоном и обозначаемую HRCэ.Все образцовые и рабочие средства измерений следует настраивать и калибровать по образцовым мерам твёрдости, имеющим обозначение HRCэ. Измерение твёрдости по методу Виккерса основано на вдавливании четырехгранной алмазной пирамиды с углом между гранями 136° под действием определенной нагрузки, поддержании постоянства приложенной нагрузки в течение установленного времени и измерении диагоналей отпечатка, оставшихся на поверхности образца после снятия нагрузки. Основные требования, предъявляемые к измерению твёрдости по методу Бринелля, Роквелла и Супер-Роквелла: — температура измеряемого металла (20 ±10) °С; — поверхность испытуемого образца должна быть свободна от окалины, масла, краски, окисных пленок и других посторонних веществ; — поверхность испытуемого образца обрабатывается в виде плоскости так, чтобы края отпечатка были достаточно отчётливы для измерения его размера с требуемой точностью; — при подготовке поверхности испытуемого образца необходимо принять меры предосторожности против возможного изменения твёрдости испытываемого образца вследствие нагрева или наклепа поверхности в результате механической обработки

№13Как определяется сопротивление металлов ударному нагружению

Способность материала сопротивляться ударным нагрузкам характеризуется ударной вязкостью и определяется отношением работы W, затраченной на разрушение образца, к площади поперечного сечения А в месте излома:

aк=W/A (15.1)

Чем больше ударная вязкость aк, тем лучше материал сопротивляется динамическим нагрузкам.

№14 Сущность деформационного упрочнения металов

Наклеп – изменение структуры и свойств металлического материала, вызванное пластической деформацией. Наклеп снижает пластичность и ударную вязкость, но увеличивает предел пропорциональность, предел текучести и твердость. Наклеп снижает сопротивление материала деформации противоположного знака. При поверхностном наклепе изменяется остаточное напряженное состояние в материале и повышается его усталостная прочность. Наклеп возникает при обработке металлов давлением (прокатка, волочение, ковка, штамповка), резанием, при обкатке роликами, при специальной обработке дробью.

Упрочнение металла в процессе пластической деформации (наклеп) объясняется увеличением числа дефектов кристаллического строения (дислокаций, вакансий, межузельных атомов). Повышение плотности дефектов кристаллического строения затрудняет движение отдельных новых дислокаций, а, следовательно, повышает сопротивление деформации и уменьшает пластичность. Наибольшее значение имеет увеличение плотности дислокаций, так как возникающее при этом между ними взаимодействие тормозит дальнейшее их перемещение.

Повышение долговечности деталей машин методом поверхностного пластического деформирования (ППД) или поверхностного наклепа широко используется в промышленности для повышения сопротивляемости малоцикловой и многоцикловой усталости деталей машин

а – дробеструйная упрочняющая обработка; б – чистовая обработка – обкатываем шаром; в – обработка дорнованием; г – центробежно-шариковая чистовая обработка; д – обработка чеканкой; е – упрочнение взрывом; ж - упрочнение виброобкатыванием; з – алмазное выглаживание

Поверхностное упрочнение достигается:

1) дробеструйным наклепом за счет кинетической энергии потока чугунной или стальной дроби; поток дроби на обрабатываемую поверхность направляется или скоростным потоком воздуха, или роторным дробеметом (рис. 3, а);

2) центробежно-шариковым наклепом за счет кинетической энергии стальных шариков (роликов), расположенных на периферии вращающегося диска; при вращении диска под действием центробежной силы шарики отбрасываются к периферии обода, взаимодействуют с обрабатываемой поверхностью и отбрасываются в глубь гнезда;

3) накатываем стальным шариком или роликом (60 HRC) (рис. 3, б); передача нагрузки на ролик может быть с жестким и упругим контактом между инструментом и обрабатываемой поверхностью;

4) алмазным выглаживанием оправкой с впаенным в рабочей части алмазом (рис. 3, з); оно позволяет получать блестящую поверхность с малой шероховатостью.

№15

Пути повышения прочности металла

- Создание металлов и сплавов с бездефектной структурой; повышением плотности дефектов, затрудняющих движения дислокации. В настоящее время получены ните- видные кристаллы (усы), прочность которых в 50- 15 раз больше прочности обычного металла.

- Создание искусственного наклепа объёмного и особенно поверхностного ( нагартовки ).

- Легирование металла в т.ч. железа элементами таблицы Менделеева.

- Получение наследственно-мелкозернистого зерна путем регулируемой кристаллизации, модифицирования, модификаторами первого (V, Ti, Mo, Nb, Ta и др.) и второго рода (Ca, Mg, РЗМ и др.).

- Очистка металла от вредных примесей S, P, Sb, As, газов H, N, O. При этом повышаются все механические свойства, уменьшается способность распространения трещин.

- Термическая обработка, термомеханическая обработка.

- Уменьшение шероховатости поверхности деталей.