Материалы тест №2

Физические основы оптимизации структуры и свойств конструкционных и инструментальных материалов

Жесткость

Влияние различных факторов на величину модуля упругости Термоупругий эффект

Конструкционная жесткость Пластичность

Основные способы повышения пластичности Материалы высокой пластичности Хрупкость и вязкость

Основные способы повышения вязкости Надежность Прочность

Основные способы повышения прочности Определение

прочностных

свойств Статическая

прочность Циклическая прочность Твердость

Износостойкость

Ползучесть и релаксационная стойкость Релаксационная стойкость

Жаропрочность

Сопротивляемость коррозионному разрушению Радиационная стойкость

Пути повышения эксплуатационных свойств

Основы термической обработки

Отжиг

Закалка

Отпуск

Старение Термомеханическая обработка Химикотермическая обработка

Список страниц Список кадров

[Like: 4]

Прочность

Прочность – способность материала сопротивляться пластическому, то есть необратимому деформированию и разрушению.

В реальных твердых телах, особенно металлах, прочностные свойства во многом определяются, как и в случае пластичности, концентрацией и подвижностью дислокаций. Если подвижность дислокаций отсутствует и нет других механизмов пластической деформации, то, как известно, происходит хрупкое разрушение, начинающееся вблизи концентраторов напряжений, к которым в первую очередь относятся трещины.

Дислокации при своем движении, реализующем пластическую деформацию, испытывают торможение следующими дефектами:

другими дислокациями,

примесными атомами, образующими вокруг них скопления, частицами твердых вторичных фаз, границами зерени двойников.

Основное упрочнение в процессе деформирования объясняется увеличением плотности дислокаций, образующихся в процессе деформации. Значительную роль в торможении дислокаций играют дальнодействующие поля напряжений, вызванные упругими искажениями решетки вблизи когерентных границ и скоплений дислокаций.

Важнейшей предпосылкой получения для металлов высокопрочного и одновременно нехрупкого состояния для сравнительно низких температур (<0,3Tпл) являетсясоздание однородной, мелкозернистой и высокодисперсной структуры, где дислокации не закрепленыоколо непреодолимых препятствий, а имеют возможность перемещения, но при больших напряжениях.

Физические основы оптимизации структуры и свойств конструкционных и инструментальных материалов

Жесткость

Влияние различных факторов на величину модуля упругости Термоупругий эффект

Конструкционная жесткость Пластичность

Основные способы повышения пластичности Материалы высокой пластичности Хрупкость и вязкость

Основные способы повышения вязкости Надежность Прочность

Основные способы повышения прочности Определение

прочностных

свойств Статическая

прочность Циклическая прочность Твердость

Износостойкость

Ползучесть и релаксационная стойкость Релаксационная стойкость

Жаропрочность

Сопротивляемость коррозионному разрушению Радиационная стойкость

Пути повышения эксплуатационных свойств

Основы термической обработки

Отжиг

Закалка

Отпуск

Старение Термомеханическая обработка Химикотермическая обработка

Список страниц Список кадров

[Like: 4]

Основные способыповышения прочности

Высокой прочности при сохранении вязкости добиваются путем деформационного упрочнения, легирования и термической обработки.

Для чистых металлов и многих однофазных твердых растворов единственным методом упрочнения являетсяхолодная пластическая деформация. При этом, применяя пластическую деформацию и последующий нагрев, вызывающий начальную рекристаллизацию, нужно добиться однородной, мелкозернистой структуры, а внутри зерен– так называемой ячеистой дислокационной структуры. Такая структура обеспечиваетравнопрочное состояние во всем объеме материала, отличающееся высокой прочностью и достаточным запасом пластичности. Этому способствуют препятствия в виде границ ячеек, проницаемых для движения дислокаций.

Важным фактором в рациональном упрочнении являетсяразмер зерен, так как в крупных зернах возможно появление плоских скоплений из большого количества дислокаций, увеличивающих напряжение у границы зернадо значения σ = σ0 · n, где n – число дислокаций (рис.). За счет этого на

границе возникает трещина, особенно если в соседнем зернеотсутствует благоприятно ориентированная для деформации система скольжения. Поэтому важно, чтобы структура материала была мелкозернистой и равнозернистой.

Упрочнение при легировании подразумевает введениев состав материала кроме основного компонента элементов, позволяющих создать торможение дислокаций засчет:

системы упрочняющих частиц с наиболее эффективными параметрами,

размещение атомов примесей вокруг дислокаций и на их пути,

предотвращения роста зерензакреплениемих тугоплавкими частицами, увеличения расщепления дислокаций, затрудняющего прохождение ими препятствий.

Другой путь получения высокопрочного состояния материалов заключаетсяв использовании высокопрочных малодефектных коротких кристаллов (усов) или волокон, имеющих прочность близкую к теоретической. Однако, непосредственно из них (из-замалости размеров) невозможно изготовить даже небольшие детали. Поэтому чаще всего они входят в состав композиционных материалов в качестве упрочняющего компонента. Такие композиционные материалы обладают высокой прочностью в направлениях ориентации усов или волокон, в зависимости от назначения, имеют ряд дополнительных улучшенных служебных свойств: низкую или высокую плотность, заданноезначениемодуля нормальной упругости, высокую демпфирующую способность и другие.

Физические основы оптимизации структуры и свойств конструкционных и инструментальных материалов

Жесткость

Влияние различных факторов на величину модуля упругости Термоупругий эффект

Конструкционная жесткость Пластичность

Основные способы повышения пластичности Материалы высокой пластичности Хрупкость и вязкость

Основные способы повышения вязкости Надежность Прочность

Основные способы повышения прочности Определение

прочностных

свойств Статическая

прочность Циклическая прочность Твердость

Износостойкость

Ползучесть и релаксационная стойкость Релаксационная стойкость

Жаропрочность

Сопротивляемость коррозионному разрушению Радиационная стойкость

Пути повышения эксплуатационных свойств

Основы термической обработки

Отжиг

Закалка

Отпуск

Старение Термомеханическая обработка Химикотермическая обработка

Список страниц Список кадров

[Like: 4]

Определениепрочностных свойств материалов

Основные характеристики прочности для металлических и неметаллических материалов, используемые в инженерной практике, получают из механических испытаний. Среди них ведущее значениеимеет испытание на растяжение стандартных образцов при постоянной скорости

деформирования ~10-2 1/с. В результате(для пластичных металлических материалов) получают кривую растяжения, на которой различают несколько предельных значений напряжений (пределов) σ, разграничивающих качественное изменение характерадеформации. Расчет σ, чаще всего, ведется как отношение растягивающей нагрузки P начальной площади F0 (σ = P/F0), но так как в процессе

деформации площадь сечения F уменьшается, то такие напряжения называются условными в отличие от болеевысоких истинных напряжений (σ = P/F).

В справочных источниках указывают, как правило, значения следующих условных пределов:

σпц - предел пропорциональности – напряжение, вызывающее отклонение величины упругой

деформации от значения, соответствующего закону Гука не болеечем на условленную величину (обычно >50%); применяется для расчетамаксимальных рабочих напряжений при проектировании прецизионных пружин.

σу - предел упругости – напряжение, характеризующее сопротивление микропластическим

деформациям, при котором пластическая деформация составляет не болееусловленной величины (<0,05%); применяется для расчетамаксимальных рабочих напряжений при проектировании упругих элементов

σт - предел текучести – напряжение, характеризующее сопротивление малым макропластическим

деформациям, при котором пластическая деформация составляет не болееусловленной величины

(обычно 0,2%),

σв - предел прочности – напряжение, характеризующее сопротивление большим пластическим

деформациям, при котором происходит переход от равномерной пластической деформации к развитию местной деформации с образованием резкого сужения (шейки); применяется для расчета максимальных допустимых напряжений при проектировании деталей из материалов пониженной пластичности.

Если растягивающую нагрузку разделитьна текущую площадь образцаFт, которая уменьшается по мере растяжения, то можно получить истинный предел прочности (σви = Pmax/Fт) и истинное сопротивление разрыву (Sк = Pк/Fк), однако эти характеристики редко применяются на практике.

Испытание на растяжение позволяет также получить характеристики пластичности материала:

δ = L max/L 0 – максимальное относительное удлинение при разрыве; для пластичных материалов не менее 10 - 15%,

φ= Fmax/F0 – максимальное относительное сужение при разрыве.

σт / σв – тем больше, чем меньше пластичность; для пластичных материалов не более0,45.

Примеры высокопрочныхматериалов

1.Нитевидные кристаллы Al 2O 3 – σв = 28 ГПа .

2.Тонкая проволока из особокачественной стали У 9 после сильного обжатия σв = 5,5 ГПа .

3.Стеклянные волокна – σв = 4,5 ГПа .

4.Сталь 30ХГСН 2А после низкотемпературной термомеханической обработки σв = 2,3 ГПа

Физические основы оптимизации структуры и свойств конструкционных и инструментальных материалов

Жесткость

Влияние различных факторов на величину модуля упругости Термоупругий эффект

Конструкционная жесткость Пластичность

Основные способы повышения пластичности Материалы высокой пластичности Хрупкость и вязкость

Основные способы повышения вязкости Надежность Прочность

Основные способы повышения прочности Определение

прочностных

свойств Статическая

прочность Циклическая прочность Твердость

Износостойкость

Ползучесть и релаксационная стойкость Релаксационная стойкость

Жаропрочность

Сопротивляемость коррозионному разрушению Радиационная стойкость

Пути повышения эксплуатационных свойств

Основы термической обработки

Отжиг

Закалка

Отпуск

Старение Термомеханическая обработка Химикотермическая обработка

Список страниц Список кадров

[Like: 4]

Эксплуатационная прочность материалов

В процессе эксплуатации деталей материалы подвергаются действию как постоянных (статических) так и переменных (циклических) нагрузок, при этом размеры и форма деталей и стандартных образцов для механических испытаний, как правило, отличаются. Механические свойства материалов (одной марки) также несколько отличаются из занеизбежных отклонений состава и структуры от нормированных стандартом на материал. В тех случаях, когда от материала требуется максимальное использование его свойств, необходимы испытания готовых деталей в реальных условиях эксплуатации, а также использование материалов с высокими стабильными свойствами, что обеспечиваетсяметаллургическим качеством, соблюдением режимов термической и механической обработки.

Для рассмотрения эксплуатации деталей с учетом действия постоянных и переменных нагрузок используется понятие статической и циклической прочности.

Статическая прочность

Способность материала деталей сопротивляться пластическому деформированию в условиях действия постоянных или медленноменяющихся нагрузок (при T < 0,3Tпл) или кратковременно действующих нагрузок (при T > 0,3Tпл) рассматривается как статическая прочность.

В соответствии с этом производится расчет на статическую прочность, при котором устанавливается максимально допустимое напряжение [ σ ], возникающее в материале под действием рабочей нагрузки Pр и не вызывающее значительной пластической деформации или

разрушения. Поэтому величина [ σ ] должна быть меньше пределатекучести σ0,2 и предела прочности σ в материала.

В случае растяжения или сжатия

[ σ ] = Pр / S < σ0,2 < σв

В связи с тем, что не всегда точно известно напряженное состояние во всех микрообъемах детали и количественные характеристики прочности имеют некоторый разброс, вводится коэффициент запасапрочности – n. С учетом n выбор материала производится:

•дляпластичных материалов по пределу текучести σ0,2

σ0,2 = nт·[ σ ];

•дляматериалов с пониженной пластичностью по пределу прочности σв

σв = nв·[ σ ].

Важно отметить, что в первом случаевозможно использование небольших коэффициентов запасапо пределу текучести nт ~ 1,5, так как пластичные материалы мало чувствительны к присутствию в

деталях концентраторов напряжений (отверстий, трещин, надрезов, структурных особенностей материалаи других), действие которых ослабляетсязасчет развития вблизи концентраторов микропластической деформации. Поэтому пластичные материалы имеют малый разброс характеристик прочности. При этом считается достаточно высокой пластичность материала соответствующая δ≥15%

Во втором случаезасчет концентраторов напряжения возможно значительное локальное увеличение действующего напряжения дажепри небольших рабочих нагрузках, поэтому малопластичные материалы имеют больший разброс характеристик и средний коэффициент запаса по пределу прочности nв ~ 2,4.

При расчетедопустимых контактных напряжений коэффициент запасаnk = 1,1÷1,3, так как материал в данном случаеработаетв условиях всестороннего сжатия.

Физические основы оптимизации структуры и свойств конструкционных и инструментальных материалов

Жесткость

Влияние различных факторов на величину модуля упругости Термоупругий эффект

Конструкционная жесткость Пластичность

Основные способы повышения пластичности Материалы высокой пластичности Хрупкость и вязкость

Основные способы повышения вязкости Надежность Прочность

Основные способы повышения прочности Определение

прочностных

свойств Статическая

прочность Циклическая прочность Твердость

Износостойкость

Ползучесть и релаксационная стойкость Релаксационная стойкость

Жаропрочность

Сопротивляемость коррозионному разрушению Радиационная стойкость

Пути повышения эксплуатационных свойств

Основы термической обработки

Отжиг

Закалка

Отпуск

Старение Термомеханическая обработка Химикотермическая обработка

Список страниц Список кадров

[Like: 4]

Циклическая прочность

Действие переменных нагрузок способствует возможному разрушению материала засчет возникновения усталостных явлений, появление и развитиекоторых определяетвыносливость материала.

Под выносливостью понимают способность материала сопротивляться развитию усталостных явлений - зарождению и росту усталостных трещин при действии переменных (циклических) нагрузок.

При действии переменных нагрузок в поверхностных слоях детали зарождаетсяусталостная трещина в местах:

слишком сильного упрочнения или малой прочности,

находящихся под влиянием остаточных напряжений растяжения,

вблизи концентраторов напряжения,

локального коррозионного разрушения,

С течением времени происходит скачкообразный рост трещины, пока она не достигнет критического размера, после чего наступает быстрое разрушение (стадия долома).

Изображение

Так как на этапе зарождения трещины вблизи концентраторов напряжения возникает только местная микропластическая деформация, то напряжение зарождения и развития усталостной трещины оказываетсяменьше пределатекучести материала, который соответствует началу макропластической деформации.

Характеристики выносливости определяются по результатам испытаний на усталость, где образец подвергается действию переменных напряжений в асимметричном (R ≠-1) или в симметричном цикле (R = -1), где R = - σmin/σmax. На кривой зависимости логарифма максимального напряжения в

симметричном цикле (σmax), от логарифма числа циклов N до разрушения различают следующие участки: наклонный участок 1 в области больших напряжениях (σK ), соответствующих небольшому количеству циклов до разрушения (N K ) и, в случае сталей (криваяI), горизонтальный участок 2, соответствующий напряжению (σR , σ-1), при котором не наступает разрушение зазаданноечисло циклов (≥107). Напряжение σK являетсяограниченным пределом выносливости, а σR , σ-1, физическим пределом выносливости.

В случае цветных сплавов (криваяII) участок 2 являетсянаклонным, то есть не существует σR , σ-1, но можно определить σK .

По кривым усталости оценивается:

циклическая прочность в виде пределавыносливости σK , σR , σ-1 при заданном числе циклов,

циклическая долговечность – число циклов до разрушения N K при заданном σ.

Увеличение выносливости при переменных нагрузках обеспечивается:

1. борьбой с зарождением трещин засчет:

создания в поверхностном слое упрочненной структуры пластическим деформированием или термической и химико-термической обработкой, при этом должны образоваться остаточные напряжения сжатия, препятствующие зарождению и раскрытию трещин,

предотвращением развития коррозии, особенно локальной (язвенной, межкристаллитной ), где возникает концентратор напряжении, а также при пластических

Физические основы оптимизации структуры и свойств конструкционных и инструментальных материалов

Жесткость

Влияние различных факторов на величину модуля упругости Термоупругий эффект

Конструкционная жесткость Пластичность

Основные способы повышения пластичности Материалы высокой пластичности Хрупкость и вязкость

Основные способы повышения вязкости Надежность Прочность

Основные способы повышения прочности Определение

прочностных

свойств Статическая

прочность Циклическая прочность Твердость

Износостойкость

Ползучесть и релаксационная стойкость Релаксационная стойкость

Жаропрочность

Сопротивляемость коррозионному разрушению Радиационная стойкость

Пути повышения эксплуатационных свойств

Основы термической обработки

Отжиг

Закалка

Отпуск

Старение Термомеханическая обработка Химикотермическая обработка

Список страниц Список кадров

[Like: 4]

Твердость

Твердость – способность материала сопротивляться локальному воздействию (вдавливанию, царапанию) болеетвердых тел (индентеров).

Твердость являетсяважным свойством, применяемым в инженерной практике и задаваемым в конструкторской документации. Количественные характеристики твердости определяются из испытаний на твердость.

Достоинства испытания на твердость:

измерения проводятся достаточно быстро и безразрушений, поэтому могут проводиться для контроля готовых деталей,

при вдавливании происходит локальнаядеформация в условиях всестороннего сжатия, что в некоторой степени предотвращает появление трещин, поэтому даже хрупкие материалы проявляют пластичность,

возможность оценки по значениям твердости уровня других свойств.

Недостатки заключаются в приблизительности оценки с помощью твердости других механических свойств и доступности для испытаний только поверхностного слоя детали.

Наиболее известные из испытаний на твердость:

методБринелля(HB ), где твердость определяетсякак отношение нагрузки вдавливания стального шарика к площади полученного отпечатка; применяется для измерения твердости, меньшей твердости шарика (400HB (4000МПа )).

методВиккерса(HV ), где твердость определяетсякак отношение нагрузки вдавливанияалмазной пирамиды к площади полученного отпечатка, наиболее востребован для испытания твердых материалов; находит применение и для измерения микротвердости отдельных фазпри очень малых нагрузках (меньше 2Н)

методРоквелла(HRB ) – глубина вдавливанияшарика малого диаметра в поверхность твердостью не более400 HB (4000МПа ) при нагрузке 1000Н,

методРоквелла(HRC ) – глубина вдавливаниятвердосплавного конуса в поверхность твердостью более400 HB (4000 МПа ) при нагрузке 1500Н,

методРоквелла(HRА ) – глубина вдавливанияалмазного конуса в поверхность особо твердых материалов при нагрузке 600Н,

методКноупа – определяетсякак отношение нагрузки вдавливанияалмазной пирамиды специальной формы к площади полученного отпечатка, применяется для измерения твердости хрупких материалов, главным образом оптических.

Для сталей и алюминиевых сплавов, обладающих достаточной вязкостью, между прочностью и твердостью наблюдается эмпирическая связь σв ~ HB /3 (МПа ).

Все материалы высокой твердости, как правило, тугоплавки, имеют большое количество участвующих в связи валентных электронов и значительную долю ковалентности связи. Моноатомные материалы высокой твердости представлены алмазом. К твердым соединениям относятся в первую очередь карбиды, нитриды, бориды, оксиды.

Они являются основой для создания износостойких и теплостойких режущих инструментов , входят в состав конструкционной керамики, а также в виде частиц второй фазы упрочняют конструкционные материалы.

Физические основы оптимизации структуры и свойств конструкционных и инструментальных материалов

Жесткость

Влияние различных факторов на величину модуля упругости Термоупругий эффект

Конструкционная жесткость Пластичность

Основные способы повышения пластичности Материалы высокой пластичности Хрупкость и вязкость

Основные способы повышения вязкости Надежность Прочность

Основные способы повышения прочности Определение

прочностных

свойств Статическая

прочность Циклическая прочность Твердость

Износостойкость

Ползучесть и релаксационная стойкость Релаксационная стойкость

Жаропрочность

Сопротивляемость коррозионному разрушению Радиационная стойкость

Пути повышения эксплуатационных свойств

Основы термической обработки

Отжиг

Закалка

Отпуск

Старение Термомеханическая обработка Химикотермическая обработка

Список страниц Список кадров

[Like: 4]

Износостойкость

Под действием трения в поверхностных слоях материалов развиваются процессы, вызывающие их постепенное разрушение. Это проявляется в случае контактирования поверхностей при скольжении и качении в опорах вращения, в механических передачах(зубчатые, червячные, винтовые), кулачковых механизмах, сцепных муфтах, направляющих, подвижных электрических контактах, при взаимодействии инструмента и обрабатываемого материала и т.п.

Износостойкость чаще всего оценивается интенсивностью износа J = h/ s - отношением величины износа h к пути скольжения s.

При изнашивании протекают следующие основные процессы:

1.упругая, макро- и микропластическая деформация

2.появление и развитиеусталостных трещин,

3.межатомное сцепление (адгезия) поверхностных слоев,

4.микрорезание твердыми (абразивными) частицами,

5.повышение температуры в зоне контакта,

6.химические и электрохимические реакции между сопрягаемыми телами при возможном присутствии внешней среды (смазка, агрессивные жидкости и газы, активизируемые нагревом и давлением),

7.коррозия.

Наиболее разрушительны абразивный и адгезионный износ. Условиями , способствующими износу, являются:

a.отсутствие смазывающей среды, что вызывает нагрев, увеличение трения и межатомного сцепления,

b.недостаточный отвод тепла из зоны трения,

c.вакуум, способствующий испарению смазки,

d.высокие коэффициенты трения и адгезиясопрягаемых материалов,

e.малая твердость изнашиваемой поверхности,

f.наличие высоких контактных и циклических напряжений,

g.присутствие в зоне трения продуктов износа и посторонних абразивных частиц.

Борьба с износом в первую очередь заключается:

в применении смазки в узлах трения, которая способствует уменьшению трения, отводу тепла, выносу продуктов износа и абразивных частиц из зоны трения и предотвращению прямого контакта между трущимися поверхностями,

в увеличении твердости изнашиваемых поверхностей засчет использования материалов высокой природной твердости (сплавы с высокой концентрацией карбидов, поверхностно упрочненные термической и химико-термической обработкой стали, минералы),

в сочетании материалов и покрытий с низким коэффициентом трения и малой взаимной адгезией,

в использовании в парах трения скольжения при больших нагрузках и обильной смазке материалов с высокой твердостью (50-60 HRC ) для цапф, а для вкладыша (втулки) подшипника болеемягких материалов со специальной структурой (мягкая основа-твердые включения, твердаяоснова-мягкие включения), к которым относятся баббит Б83 (83%Sn, 11% Sb, 6%Cu), бронза БрО10Ф1 (10% Sn, 1% P, ост Cu ), БрБ2 (2%Be, ост Cu ), латунь ЛЦ40С (40% Zn, 1% Pb, ост Cu ) и другие,

в использовании в парах трения скольжения при незначительных нагрузках, минимальной смазке и малых размерах трущихся деталей материалов высокой твердости с малым коэффициентом трения (цапфа (закаленнаясталь) - втулка (корунд)),

в использовании в парах трения качения твердых материалов во всех трущихся деталях (кроме сепаратора), так как здесь характерны контактные переменные напряжения (подшипники качения, зубчатые колеса).

Физические основы оптимизации структуры и свойств конструкционных и инструментальных материалов

Жесткость

Влияние различных факторов на величину модуля упругости Термоупругий эффект

Конструкционная жесткость Пластичность

Основные способы повышения пластичности Материалы высокой пластичности Хрупкость и вязкость

Основные способы повышения вязкости Надежность Прочность

Основные способы повышения прочности Определение

прочностных

свойств Статическая

прочность Циклическая прочность Твердость

Износостойкость

Ползучесть и релаксационная стойкость Релаксационная стойкость

Жаропрочность

Сопротивляемость коррозионному разрушению Радиационная стойкость

Пути повышения эксплуатационных свойств

Основы термической обработки

Отжиг

Закалка

Отпуск

Старение Термомеханическая обработка Химикотермическая обработка

Список страниц Список кадров

[Like: 4]

Ползучесть и релаксационнаястойкость

Ползучесть – склонность материала к увеличению пластической деформации во времени при постоянных условиях - температуре и нагрузке (напряжении).

Релаксационная стойкость – способность материала сохранять упругодеформированное состояние во времени, с чем связанавозможность сохранения размерови формы изделий.

Эти свойства объединены важным фактором влияния – температурой. При температурах больше 0,3 Tпл достаточно частыми становятся термические флуктуации ~ 1эв, способствующие активизации подвижности дислокаций и точечных дефектов, вызывающие как перемещение дислокаций, так и деформацию засчет диффузии.

Физические основы оптимизации структуры и свойств конструкционных и инструментальных материалов

Жесткость

Влияние различных факторов на величину модуля упругости Термоупругий эффект

Конструкционная жесткость Пластичность

Основные способы повышения пластичности Материалы высокой пластичности Хрупкость и вязкость

Основные способы повышения вязкости Надежность Прочность

Основные способы повышения прочности Определение

прочностных

свойств Статическая

прочность Циклическая прочность Твердость

Износостойкость

Ползучесть и релаксационная стойкость Релаксационная стойкость

Жаропрочность

Сопротивляемость коррозионному разрушению Радиационная стойкость

Пути повышения эксплуатационных свойств

Основы термической обработки

Отжиг

Закалка

Отпуск

Старение Термомеханическая обработка Химикотермическая обработка

Список страниц Список кадров

[Like: 4]

Релаксационнаястойкость

Релаксационная стойкость – способность материала сохранять упругонапряженное состояние во времени.

Необходимость учета релаксационной стойкости возникает при длительной деформации пружин, для сохранения усилий в болтовых соединениях, натягах, а также полезных остаточных напряжений в деталях и т.п.

В качестве характеристики релаксационной стойкости принимают величину падениянапряжения Δσ заопределенноевремя (от 200 до 3000 часов) в процессе испытаний при постоянной степени упругой деформации образца.

Δσ = E · ( ε0 - εпл ),

где ε0 - начальнаяупругая деформация, а εпл - пластическая деформация, возникшая из упругой за счет термофлуктуационного преодоления дислокациями препятствий.

Так как относительная упругая деформация обычно составляет малую величину (~10-1 % ), то и пластическая деформация в условиях релаксации также мала, поэтому с релаксационной стойкостью связанаспособность материала сопротивляться, в первую очередь, малой пластической деформации, для развития которой достаточно незначительного количества мест с неустойчивой структурой.

Неустойчивость структуры вызывают:

скопления дислокаций одного знака, приводящие к появлению растягивающих напряжений,

высокодисперсные нестабильные частицы,

повышенная концентрация вакансий и межузельных атомов,

пересыщенные твердые растворы,

фазовыепревращения, стимулируемые температурой и деформацией, например, превращения остаточного аустенита в сталях

остаточные напряжения.

Подобные особенности структуры возникают, в частности, после упрочнения при холодной пластической деформации, обработке резанием и шлифованием, термической обработке, связанной с образованием пересыщенных растворов, засчет облучения частицами высоких энергий. Поэтому при высокой твердости и сопротивляемости макропластической деформации, получаемой в результатеупрочнения, наблюдаются пониженные значения пределаупругости и даже предела текучести. В процессе стабилизации структуры предел упругости и предел текучести увеличиваются.

Основные способыповышения релаксационнойстойкости

Увеличению устойчивости структуры и, соответственно, релаксационной стойкости способствует:

1.повышение однородности и устойчивости дислокационных структур, что соответствует или полигонизованной или ячеистой структуре с тонкими упорядоченными границами из дислокаций, выстроенных в равновесные конфигурации;

2.формирование мелкозернистой рекристаллизованной структуры;

3.закреплениедислокаций часто расположенными термически стабильными частицами упрочняющих фаз;

4.распад пересыщенных твердых растворов;

5.использование, как основы, материалов с большой энергией связи,

6.уменьшение остаточных напряжений.

Материалы, обладающие высокой релаксационной стойкостью и стабильностью формы и размеров при термообработке:

Физические основы оптимизации структуры и свойств конструкционных и инструментальных материалов

Жесткость

Влияние различных факторов на величину модуля упругости Термоупругий эффект

Конструкционная жесткость Пластичность

Основные способы повышения пластичности Материалы высокой пластичности Хрупкость и вязкость

Основные способы повышения вязкости Надежность Прочность

Основные способы повышения прочности Определение

прочностных

свойств Статическая

прочность Циклическая прочность Твердость

Износостойкость

Ползучесть и релаксационная стойкость Релаксационная стойкость

Жаропрочность

Сопротивляемость коррозионному разрушению Радиационная стойкость

Пути повышения эксплуатационных свойств

Основы термической обработки

Отжиг

Закалка

Отпуск

Старение Термомеханическая обработка Химикотермическая обработка

Список страниц Список кадров

[Like: 4]

Жаропрочность

Для оценки сопротивляемости ползучести вводится понятие жаропрочности, как способности материала сопротивляться деформации ползучести и разрушению, возникающими при постоянно действующих напряжениях и повышенных температурах. (>0,3Tпл).

Выбор материалов для работы при повышенных температурах обычно производится не только с учетом жаропрочности, но и окалиностойкости, а также плотности.

Материалы на различной основе, применяемые при повышенных температурах:

I. сплавы на основе магния и алюминия до 300°C ,

II. спеченная порошковая композиция САП , содержащая до 12% тугоплавкого оксида Al 2O 3

рассчитанная на работу при 500°C , III. стали общего назначениядо 450°C , IV . сплавы на основе титана до 600°C ,

V . жаропрочные легированные стали до 700°C , VI . сплавы на основе никеля до 1000°C ,

VII . тугоплавкие металлы и керамика свыше 1000°C .

В качестве жаропрочных материалов используют специализированные стали, сплавы и керамику.

Жаропрочныестали

1.Стали перлитного классатипа 12Х 1МФ имеют ОЦК решетку железа, небольшую концентрацию C и невысокое содержание карбидообразующих элементов - Cr, Mo , V . В результатепосле термообработки структура сталей представляет собой легированную ферритную основу с равномерно распределенными в ней частицами тугоплавких, устойчивых карбидов типа МеC . К достоинствам данных сталей следует отнести их хорошую технологичность и невысокую стоимость. Рабочая температура до 580°C .

2.Стали мартенситного класса, такие как 40Х 10С2М , также имеющие ОЦК решетку, но большее содержание C и легирующих элементов. После закалки на воздухе и высокого отпуска на сорбит имеют легированную ферритоцементитную смесь высокой дисперсности и устойчивости . Обладают жаропрочностью до 650°C . Технологичность существенно хуже, чем у перлитных сталей.

3.Стали аустенитного класса, например, 12Х 18Н10Т имеют ГЦК решетку железа, очень малое количество C и значительную концентрацию Cr и Ni (или Mn ). Прочность данных сталей обеспечиваетсяпластическим деформированием, так как температура разупрочнения (рекристаллизации) соответствует 1000°C . Рабочая температура до 750°C .

4.Никелевые сплавы, упрочненные тугоплавкими W , Mo , V и другими элементами имеют рабочую температуру до 1000°C .

5.Сплавы на основе тугоплавких элементов (Cr, V , Ta , Nb , Zr , Mo , W , Re ). Наибольшей жаропрочностью (выше 2500°C ) обладаетнелегированный вольфрам.

6.Керамики на основе SiC , работающие до температуры 1800°C .