Testarea chimică constă de obicei în metode standard calitative și cantitative analiza chimica se determină compoziţia materialului şi se stabileşte prezenţa sau absenţa impurităţilor nedorite şi dopante. Acestea sunt adesea completate de o evaluare a rezistenței materialelor, în special cu acoperiri, la coroziune sub acțiunea reactanților chimici. Când este macrogravată, suprafața materiale metalice, în special oțelurile aliate, sunt supuse expunerii selective la soluții chimice pentru a dezvălui porozitatea, segregarea, liniile de alunecare, incluziunile și, de asemenea, structura brută. Prezența sulfului și a fosforului în multe aliaje poate fi detectată prin amprente de contact, în care suprafața metalică este presată pe hârtie fotografică sensibilizată. Cu ajutorul soluțiilor chimice speciale se evaluează susceptibilitatea materialelor la fisurarea sezonieră. Testul de scânteie vă permite să determinați rapid tipul de oțel examinat.
Metodele de analiză spectroscopică sunt deosebit de valoroase prin faptul că permit determinarea calitativă rapidă a unor cantități mici de impurități care nu pot fi detectate prin alte metode chimice. Instrumentele de înregistrare fotoelectrică cu mai multe canale, cum ar fi quantometrele, policromatoarele și cuantificatoarele analizează automat spectrul unei probe de metal, după care un dispozitiv indicator indică conținutul fiecărui metal prezent.
metode mecanice.
Testarea mecanică este de obicei efectuată pentru a determina comportamentul unui material într-o anumită stare de solicitare. Astfel de teste oferă informații importante despre rezistența și ductilitatea metalului. Pe lângă tipurile standard de teste, pot fi utilizate echipamente special concepute care reproduc anumite condiții specifice de funcționare ale produsului. Încercările mecanice pot fi efectuate fie în condiții de aplicare treptată a tensiunilor (încărcare statică), fie de încărcare la impact (încărcare dinamică).
Tipuri de tensiuni.
În funcție de natura acțiunii, tensiunile sunt împărțite în tensiuni de tracțiune, de compresiune și forfecare. Momentele de torsiune cauzează un tip special de tensiuni de forfecare, în timp ce momentele de încovoiere provoacă o combinație de tensiuni de tracțiune și compresiune (de obicei în prezența forfeierii). Toate aceste tipuri diferite de tensiuni pot fi create în eșantion folosind echipament standard care vă permite să determinați tensiunile maxime admisibile și de defecțiune.
Încercări de tracțiune.
Acesta este unul dintre cele mai comune tipuri de teste mecanice. Proba pregătită cu grijă este plasată în mânerele unei mașini puternice care îi aplică forțe de tracțiune. Se înregistrează alungirea corespunzătoare fiecărei valori a tensiunii de întindere. Din aceste date, se poate construi o diagramă tensiune-deformare. La solicitări mici, o creștere dată a tensiunii determină doar o mică creștere a deformarii, corespunzătoare comportării elastice a metalului. Panta liniei efort-deformare servește ca măsură a modulului elastic până când este atinsă limita elastică. Peste limita elastică începe curgerea plastică a metalului; alungirea crește rapid până când materialul cedează. Rezistența la tracțiune este solicitarea maximă pe care o poate suporta un metal în timpul unei încercări.
Test de impact.
Unul dintre cele mai importante tipuri de testare dinamică este testarea la impact, care se efectuează pe testere de impact cu pendul cu sau fără crestături. În funcție de greutatea pendulului, înălțimea inițială a acestuia și înălțimea de ridicare după distrugerea probei, se calculează munca de impact corespunzătoare (metodele Charpy și Izod).
Teste de oboseală.
Astfel de încercări au ca scop studierea comportării metalului la aplicarea ciclică a sarcinilor și determinarea limitei de oboseală a materialului, adică. efort sub care materialul nu cade după un număr dat de cicluri de încărcare. Cea mai utilizată mașină de testare a oboselii la încovoiere. În acest caz, fibrele exterioare ale probei cilindrice sunt supuse acțiunii unor tensiuni variabile ciclic, uneori de tracțiune, alteori de compresiune.
Teste de embotire adâncă.
O probă de tablă este prinsă între două inele și un poanson cu bile este presat în el. Adâncimea adâncirii și timpul până la cedare sunt indicatori ai plasticității materialului.
Teste de fluaj.
În astfel de încercări, se evaluează efectul combinat al aplicării prelungite a unei sarcini și a temperaturii ridicate asupra comportării plastice a materialelor la solicitări care nu depășesc limita de curgere determinată în încercările de scurtă durată. Rezultate fiabile pot fi obținute numai cu echipamente care controlează cu precizie temperatura probei și măsoară cu precizie modificări dimensionale foarte mici. Durata testelor de fluaj este de obicei de câteva mii de ore.
Determinarea durității.
Duritatea este măsurată cel mai adesea prin metodele Rockwell și Brinell, în care măsura durității este adâncimea de adâncime a unui „indenter” (vârf) de o anumită formă sub acțiunea unei sarcini cunoscute. Pe scleroscopul Shor, duritatea este determinată de revenirea unui percutor cu vârf de diamant care cade de la o anumită înălțime pe suprafața probei. Duritatea este un indicator foarte bun al stării fizice a unui metal. După duritatea unui metal dat, se poate aprecia adesea cu certitudine structura sa internă. Testarea durității este adesea efectuată de departamente control tehnicîn producții. În cazurile în care una dintre operații este tratamentul termic, acesta este adesea prevăzut pentru controlul complet al durității tuturor produselor care ies din linie automată. Un astfel de control al calității nu poate fi efectuat prin alte metode de testare mecanică descrise mai sus.
Teste de pauză.
În astfel de teste, o probă de gât este ruptă cu o lovitură puternică, iar apoi fractura este examinată la microscop, dezvăluind pori, incluziuni, linii de păr, stoluri și segregare. Astfel de teste fac posibilă estimarea aproximativă a mărimii granulelor, a grosimii stratului întărit, a adâncimii de carburare sau decarburare și a altor elemente ale structurii brute din oțeluri.
Metode optice și fizice.
Examinare microscopica.
Microscoapele metalurgice și (într-o măsură mai mică) polarizante oferă adesea o indicație fiabilă a calității unui material și a adecvării acestuia pentru aplicația în cauză. În acest caz, este posibil să se determine caracteristicile structurale, în special, dimensiunea și forma boabelor, relațiile de fază, prezența și distribuția materialelor străine dispersate.
control radiografic.
Razele X dure sau radiațiile gamma sunt direcționate către partea supusă testului pe o parte și înregistrate pe un film fotografic situat pe cealaltă parte. Radiografia cu umbră sau gamagrama rezultată dezvăluie imperfecțiuni precum pori, segregare și fisuri. Prin iradierea în două direcții diferite, se poate determina locația exactă a defectului. Această metodă este adesea folosită pentru a controla calitatea sudurilor.
Control magnetic al pulberii.
Această metodă de control este potrivită numai pentru metalele feromagnetice - fier, nichel, cobalt - și aliajele acestora. Cel mai adesea este utilizat pentru oțeluri: unele tipuri de defecte de suprafață și interne pot fi detectate prin aplicarea unei pulberi magnetice pe o probă premagnetizată.
Control cu ultrasunete.
Dacă un puls scurt de ultrasunete este trimis în metal, atunci acesta va fi parțial reflectat dintr-un defect intern - o fisură sau o incluziune. Semnalele ultrasonice reflectate sunt înregistrate de traductorul receptor, amplificate și prezentate pe ecranul unui osciloscop electronic. Din timpul măsurat al sosirii lor la suprafață, se poate calcula adâncimea defectului din care a fost reflectat semnalul, dacă se cunoaște viteza sunetului în metalul dat. Controlul se efectuează foarte rapid și adesea nu necesită scoaterea din funcțiune a piesei.
Metode speciale.
Există o serie de metode de control specializate care au aplicabilitate limitată. Acestea includ, de exemplu, metoda de ascultare cu un stetoscop, bazată pe o modificare a caracteristicilor vibraționale ale materialului în prezența defectelor interne. Uneori se efectuează teste ciclice de vâscozitate pentru a determina capacitatea de amortizare a materialului, adică. capacitatea sa de a absorbi vibrațiile. Se estimează prin munca convertită în căldură pe unitatea de volum de material într-unul ciclu complet inversarea tensiunii. Este important ca un inginer implicat în proiectarea structurilor și mașinilor supuse vibrațiilor să cunoască capacitatea de amortizare a materialelor de construcție.
ÎNCERCAREA METALURILOR
Scopul testării materialelor este de a evalua calitatea unui material, de a determina caracteristicile mecanice și de performanță ale acestuia și de a identifica cauzele pierderii rezistenței.
Metode chimice. Testarea chimică constă de obicei în faptul că metodele standard de analiză chimică calitativă și cantitativă determină compoziția materialului și stabilesc prezența sau absența impurităților nedorite și dopante. Acestea sunt adesea completate de o evaluare a rezistenței materialelor, în special cu acoperiri, la coroziune sub acțiunea reactanților chimici. În macrogravare, suprafața materialelor metalice, în special a oțelurilor aliate, este supusă acțiunii selective a soluțiilor chimice pentru a dezvălui porozitatea, segregarea, liniile de alunecare, incluziunile și, de asemenea, structura brută. Prezența sulfului și a fosforului în multe aliaje poate fi detectată prin amprente de contact, în care suprafața metalică este presată pe hârtie fotografică sensibilizată. Cu ajutorul soluțiilor chimice speciale se evaluează susceptibilitatea materialelor la fisurarea sezonieră. Testul de scânteie vă permite să determinați rapid tipul de oțel examinat. Metodele de analiză spectroscopică sunt deosebit de valoroase prin faptul că permit determinarea calitativă rapidă a unor cantități mici de impurități care nu pot fi detectate prin alte metode chimice. Instrumentele de înregistrare fotoelectrică cu mai multe canale, cum ar fi quantometrele, policromatoarele și cuantificatoarele analizează automat spectrul unei probe de metal, după care un dispozitiv indicator indică conținutul fiecărui metal prezent.
Vezi si CHIMIE ANALITICĂ.
metode mecanice. Testarea mecanică este de obicei efectuată pentru a determina comportamentul unui material într-o anumită stare de solicitare. Astfel de teste oferă informații importante despre rezistența și ductilitatea metalului. Pe lângă tipurile standard de teste, pot fi utilizate echipamente special concepute care reproduc anumite condiții specifice de funcționare ale produsului. Încercările mecanice pot fi efectuate fie în condiții de aplicare treptată a tensiunilor (încărcare statică), fie de încărcare la impact (încărcare dinamică).
Tipuri de tensiuni.În funcție de natura acțiunii, tensiunile sunt împărțite în tensiuni de tracțiune, de compresiune și forfecare. Momentele de torsiune provoacă un tip special de tensiuni de forfecare și momente de încovoiere - o combinație de tensiuni de tracțiune și compresiune (de obicei în prezența forfeierii). Toate aceste tipuri diferite de tensiuni pot fi create în eșantion folosind echipament standard care vă permite să determinați tensiunile maxime admisibile și de defecțiune.
Încercări de tracțiune. Acesta este unul dintre cele mai comune tipuri de teste mecanice. Proba pregătită cu grijă este plasată în mânerele unei mașini puternice care îi aplică forțe de tracțiune. Se înregistrează alungirea corespunzătoare fiecărei valori a tensiunii de întindere. Pe baza acestor date, se poate construi o diagramă tensiune-deformare. La solicitări mici, o creștere dată a tensiunii determină doar o mică creștere a deformarii, corespunzătoare comportării elastice a metalului. Panta liniei efort-deformare servește ca măsură a modulului elastic până când este atinsă limita elastică. Peste limita elastică începe curgerea plastică a metalului; alungirea crește rapid până când materialul cedează. Rezistența la tracțiune este solicitarea maximă pe care o poate suporta un metal în timpul unei încercări. Vezi si PROPRIETĂȚI MECANICE METALICE.
Test de impact. Unul dintre cele mai importante tipuri de testare dinamică este testarea la impact, care se efectuează pe testere de impact cu pendul cu sau fără crestături. În funcție de greutatea pendulului, înălțimea inițială a acestuia și înălțimea de ridicare după distrugerea probei, se calculează munca de impact corespunzătoare (metodele Charpy și Izod).
Teste de oboseală. Astfel de încercări au ca scop studierea comportării metalului la aplicarea ciclică a sarcinilor și determinarea limitei de oboseală a materialului, adică. efort sub care materialul nu cade după un număr dat de cicluri de încărcare. Cea mai utilizată mașină de testare a oboselii la încovoiere. În acest caz, fibrele exterioare ale probei cilindrice sunt supuse acțiunii unor tensiuni schimbătoare ciclic - uneori de tracțiune, alteori de compresiune.
Teste de embotire adâncă. O probă de tablă este prinsă între două inele și un poanson cu bile este presat în el. Adâncimea adâncirii și timpul până la cedare sunt indicatori ai plasticității materialului.
Teste de fluaj.În astfel de încercări, se evaluează efectul combinat al aplicării prelungite a unei sarcini și a temperaturii ridicate asupra comportării plastice a materialelor la solicitări care nu depășesc limita de curgere determinată în încercările de scurtă durată. Rezultate fiabile pot fi obținute numai cu echipamente care controlează cu precizie temperatura probei și măsoară cu precizie modificări dimensionale foarte mici. Durata testelor de fluaj este de obicei de câteva mii de ore.
Determinarea durității. Duritatea este măsurată cel mai adesea prin metodele Rockwell și Brinell, în care măsura durității este adâncimea de adâncime a unui „indenter” (vârf) de o anumită formă sub acțiunea unei sarcini cunoscute. Pe scleroscopul Shor, duritatea este determinată de revenirea unui percutor cu vârf de diamant care cade de la o anumită înălțime pe suprafața probei. Duritatea este un indicator foarte bun al stării fizice a unui metal. După duritatea unui metal dat, se poate aprecia adesea cu certitudine structura sa internă. Testele de duritate sunt adesea adoptate de departamentele de control tehnic în producție. În cazurile în care una dintre operații este tratamentul termic, acesta este adesea prevăzut pentru controlul complet al durității tuturor produselor care părăsesc linia automată. Un astfel de control al calității nu poate fi efectuat prin alte metode de testare mecanică descrise mai sus.
Teste de pauză.În astfel de teste, o probă de gât este ruptă cu o lovitură puternică, iar apoi fractura este examinată la microscop, dezvăluind pori, incluziuni, linii de păr, stoluri și segregare. Astfel de teste fac posibilă estimarea aproximativă a mărimii granulelor, a grosimii stratului întărit, a adâncimii de carburare sau decarburare și a altor elemente ale structurii brute din oțeluri.
Metode optice și fizice. Examinare microscopica. Microscoapele metalurgice și (într-o măsură mai mică) polarizante oferă adesea o indicație fiabilă a calității unui material și a adecvării acestuia pentru aplicația în cauză. În acest caz, este posibil să se determine caracteristicile structurale, în special, dimensiunea și forma boabelor, relațiile de fază, prezența și distribuția materialelor străine dispersate.
control radiografic. Razele X dure sau radiațiile gamma sunt direcționate către partea supusă testului pe o parte și înregistrate pe un film fotografic situat pe cealaltă parte. Radiografia cu umbră sau gamagrama rezultată dezvăluie imperfecțiuni precum pori, segregare și fisuri. Prin iradierea în două direcții diferite, se poate determina locația exactă a defectului. Această metodă este adesea folosită pentru a controla calitatea sudurilor.
Control magnetic al pulberii. Această metodă de control este potrivită numai pentru metalele feromagnetice - fier, nichel, cobalt - și aliajele acestora. Cel mai adesea este utilizat pentru oțeluri: unele tipuri de defecte de suprafață și interne pot fi detectate prin aplicarea unei pulberi magnetice pe o probă premagnetizată.
Control cu ultrasunete. Dacă un puls scurt de ultrasunete este trimis în metal, atunci acesta va fi parțial reflectat dintr-un defect intern - o fisură sau o incluziune. Semnalele ultrasonice reflectate sunt înregistrate de traductorul receptor, amplificate și prezentate pe ecranul unui osciloscop electronic. Din timpul măsurat al sosirii lor la suprafață, se poate calcula adâncimea defectului din care a fost reflectat semnalul, dacă se cunoaște viteza sunetului în metalul dat. Controlul se efectuează foarte rapid și adesea nu necesită scoaterea din funcțiune a piesei.
Vezi si ECOGRAFIE.
Metode speciale. Există o serie de metode de control specializate care au aplicabilitate limitată. Acestea includ, de exemplu, metoda de ascultare cu un stetoscop, bazată pe o modificare a caracteristicilor vibraționale ale materialului în prezența defectelor interne. Uneori se efectuează teste ciclice de vâscozitate pentru a determina capacitatea de amortizare a materialului, adică. capacitatea sa de a absorbi vibrațiile. Este estimat prin munca convertită în căldură per unitate de volum de material pentru un ciclu complet de inversare a tensiunii. Este important ca un inginer implicat în proiectarea structurilor și mașinilor supuse vibrațiilor să cunoască capacitatea de amortizare a materialelor de construcție.
Vezi si REZISTENTA MATERIALELOR.
LITERATURĂ
Pavlov P.A. Starile mecanice si rezistenta materialelor. L., 1980 Metode de testare nedistructivă. M., 1983 Zhukovets I.I. Testarea mecanică a metalelor. M., 1986
Enciclopedia Collier. - Societate deschisă. 2000 .
Vedeți ce este „TESTARE A METALULUI” în alte dicționare:
încercări de încovoiere pe metale- - [A.S. Goldberg. Dicţionar de energie engleză rusă. 2006] Subiecte energie în general EN bend unbend test...
testarea uleiurilor lubrifiante pentru conținutul de metale- — Subiecte industria petrolului și gazelor EN testul metalelor cu ulei lubrifiant … Manualul Traducătorului Tehnic
testare naturală- încercări în teren Încercări de coroziune a metalelor efectuate în atmosferă, în mare, în sol etc. [GOST 5272 68] Subiecte coroziunea metalelor Sinonime teste de teren... Manualul Traducătorului Tehnic
Atunci când o forță sau un sistem de forțe acționează asupra unei probe de metal, aceasta reacționează la aceasta schimbându-i forma (se deformează). Diverse caracteristici care determină comportamentul și starea finală a unei probe de metal, în funcție de tip și ... ... Enciclopedia Collier
teste- 3.3 teste: Determinarea experimentală a caracteristicilor cantitative sau calitative ale unui obiect în timpul funcționării acestuia sub diferite influențe asupra acestuia. Sursă … Dicționar-carte de referință de termeni ai documentației normative și tehnice
teste de îndoire la impact- încercări de încovoiere a probelor crestate pe testere de impact cu pendul la o viteză inițială de impact de 3-6 m/s (GOST 9454); Probele dreptunghiulare sunt utilizate în principal cu lungimea de 55 mm, înălțime de 10 mm și lățime de 2 10 mm cu ... ...
încercări statice de întindere- teste (GOST 1497) de probe cilindrice sau plate pentru tensiune pe termen scurt cu viteza de deplasare a mânerului activ al mașinii ≤ 0,1l0; mm/min, până la atingerea limitei de curgere și Dicționar Enciclopedic de Metalurgie
teste de coroziune- teste pentru a obține date comparative privind rezistența la coroziune a materialelor și acoperirilor în diferite medii (GOST 9905), precum și pentru a studia cinetica și mecanismul de coroziune. Testele sunt efectuate pe mostre de foi (5 10x25x40 ... ... Dicţionar enciclopedic de metalurgie
test de cavitație- [încercări de cavitație] încercări pentru caracteristicile estimate ale rezistenței metalelor și aliajelor la efectele de cavitație cu cea mai completă imitație a parametrilor reali ai produselor (proprietățile mediului, temperatură și durată de testare etc.). ... .. . Dicţionar enciclopedic de metalurgie
teste de încovoiere- 1. testarea probelor netede înguste, de obicei cu îndoire statică concentrată (în trei puncte) pentru a determina proprietățile mecanice ale metalelor și aliajelor limitelor: proporționalitate (σpcizg), elasticitate condiționată (σ0,05izg) și fluiditate ... . .. Dicţionar enciclopedic de metalurgie
Cărți
- Știința metalelor și tratamentul termic al metalelor. Manual , Yu. M. Lakhtin , Structura cristalină a metalelor, deformarea plastică și recristalizarea sunt luate în considerare. Conturat metode moderne teste de proprietăți mecanice și criterii de evaluare a proiectării... Categoria: Industria metalurgică. prelucrarea metalelor Editura: Alliance,
Testarea chimică constă de obicei în faptul că metodele standard de analiză chimică calitativă și cantitativă determină compoziția materialului și stabilesc prezența sau absența impurităților nedorite și dopante. Acestea sunt adesea completate de o evaluare a rezistenței materialelor, în special cu acoperiri, la coroziune sub acțiunea reactanților chimici. În macrogravare, suprafața materialelor metalice, în special a oțelurilor aliate, este supusă acțiunii selective a soluțiilor chimice pentru a dezvălui porozitatea, segregarea, liniile de alunecare, incluziunile și, de asemenea, structura brută. Prezența sulfului și a fosforului în multe aliaje poate fi detectată prin amprente de contact, în care suprafața metalică este presată pe hârtie fotografică sensibilizată. Cu ajutorul soluțiilor chimice speciale se evaluează susceptibilitatea materialelor la fisurarea sezonieră. Testul de scânteie vă permite să determinați rapid tipul de oțel examinat.
Metodele de analiză spectroscopică sunt deosebit de valoroase prin faptul că permit determinarea calitativă rapidă a unor cantități mici de impurități care nu pot fi detectate prin alte metode chimice. Instrumentele de înregistrare fotoelectrică cu mai multe canale, cum ar fi quantometrele, policromatoarele și cuantificatoarele analizează automat spectrul unei probe de metal, după care un dispozitiv indicator indică conținutul fiecărui metal prezent.
metode mecanice.
Testarea mecanică este de obicei efectuată pentru a determina comportamentul unui material într-o anumită stare de solicitare. Astfel de teste oferă informații importante despre rezistența și ductilitatea metalului. Pe lângă tipurile standard de teste, pot fi utilizate echipamente special concepute care reproduc anumite condiții specifice de funcționare ale produsului. Încercările mecanice pot fi efectuate fie în condiții de aplicare treptată a tensiunilor (încărcare statică), fie de încărcare la impact (încărcare dinamică).
Tipuri de tensiuni.
În funcție de natura acțiunii, tensiunile sunt împărțite în tensiuni de tracțiune, de compresiune și forfecare. Momentele de torsiune cauzează un tip special de tensiuni de forfecare, în timp ce momentele de încovoiere provoacă o combinație de tensiuni de tracțiune și compresiune (de obicei în prezența forfeierii). Toate aceste tipuri diferite de tensiuni pot fi create în eșantion folosind echipament standard care vă permite să determinați tensiunile maxime admisibile și de defecțiune.
Încercări de tracțiune.
Acesta este unul dintre cele mai comune tipuri de teste mecanice. Proba pregătită cu grijă este plasată în mânerele unei mașini puternice care îi aplică forțe de tracțiune. Se înregistrează alungirea corespunzătoare fiecărei valori a tensiunii de întindere. Din aceste date, se poate construi o diagramă tensiune-deformare. La solicitări mici, o creștere dată a tensiunii determină doar o mică creștere a deformarii, corespunzătoare comportării elastice a metalului. Panta liniei efort-deformare servește ca măsură a modulului elastic până când este atinsă limita elastică. Peste limita elastică începe curgerea plastică a metalului; alungirea crește rapid până când materialul cedează. Rezistența la tracțiune este solicitarea maximă pe care o poate suporta un metal în timpul unei încercări.
Test de impact.
Unul dintre cele mai importante tipuri de testare dinamică este testarea la impact, care se efectuează pe testere de impact cu pendul cu sau fără crestături. În funcție de greutatea pendulului, înălțimea inițială a acestuia și înălțimea de ridicare după distrugerea probei, se calculează munca de impact corespunzătoare (metodele Charpy și Izod).
Teste de oboseală.
Astfel de încercări au ca scop studierea comportării metalului la aplicarea ciclică a sarcinilor și determinarea limitei de oboseală a materialului, adică. efort sub care materialul nu cade după un număr dat de cicluri de încărcare. Cea mai utilizată mașină de testare a oboselii la încovoiere. În acest caz, fibrele exterioare ale probei cilindrice sunt supuse acțiunii unor tensiuni variabile ciclic, uneori de tracțiune, alteori de compresiune.
Teste de embotire adâncă.
O probă de tablă este prinsă între două inele și un poanson cu bile este presat în el. Adâncimea adâncirii și timpul până la cedare sunt indicatori ai plasticității materialului.
Teste de fluaj.
În astfel de încercări, se evaluează efectul combinat al aplicării prelungite a unei sarcini și a temperaturii ridicate asupra comportării plastice a materialelor la solicitări care nu depășesc limita de curgere determinată în încercările de scurtă durată. Rezultate fiabile pot fi obținute numai cu echipamente care controlează cu precizie temperatura probei și măsoară cu precizie modificări dimensionale foarte mici. Durata testelor de fluaj este de obicei de câteva mii de ore.
Determinarea durității.
Duritatea este măsurată cel mai adesea prin metodele Rockwell și Brinell, în care măsura durității este adâncimea de adâncime a unui „indentor” (vârf) de o anumită formă sub acțiunea unei sarcini cunoscute. Pe scleroscopul Shor, duritatea este determinată de revenirea unui percutor cu vârf de diamant care cade de la o anumită înălțime pe suprafața probei. Duritatea este un indicator foarte bun al stării fizice a unui metal. După duritatea unui metal dat, se poate aprecia adesea cu certitudine structura sa internă. Testele de duritate sunt adesea adoptate de departamentele de control tehnic în producție. În cazurile în care una dintre operații este tratamentul termic, acesta este adesea prevăzut pentru controlul complet al durității tuturor produselor care părăsesc linia automată. Un astfel de control al calității nu poate fi efectuat prin alte metode de testare mecanică descrise mai sus.
Teste de pauză.
În astfel de teste, o probă de gât este ruptă cu o lovitură puternică, iar apoi fractura este examinată la microscop, dezvăluind pori, incluziuni, linii de păr, stoluri și segregare. Astfel de teste fac posibilă estimarea aproximativă a mărimii granulelor, a grosimii stratului întărit, a adâncimii de carburare sau decarburare și a altor elemente ale structurii brute din oțeluri.
Metode optice și fizice.
Examinare microscopica.
Microscoapele metalurgice și (într-o măsură mai mică) polarizante oferă adesea o indicație fiabilă a calității unui material și a adecvării acestuia pentru aplicația în cauză. În acest caz, este posibil să se determine caracteristicile structurale, în special, dimensiunea și forma boabelor, relațiile de fază, prezența și distribuția materialelor străine dispersate.
control radiografic.
Razele X dure sau radiațiile gamma sunt direcționate către partea supusă testului pe o parte și înregistrate pe un film fotografic situat pe cealaltă parte. Radiografia cu umbră sau gamagrama rezultată dezvăluie imperfecțiuni precum pori, segregare și fisuri. Prin iradierea în două direcții diferite, se poate determina locația exactă a defectului. Această metodă este adesea folosită pentru a controla calitatea sudurilor.
Control magnetic al pulberii.
Această metodă de control este potrivită numai pentru metalele feromagnetice - fier, nichel, cobalt - și aliajele acestora. Cel mai adesea este utilizat pentru oțeluri: unele tipuri de defecte de suprafață și interne pot fi detectate prin aplicarea unei pulberi magnetice pe o probă premagnetizată.
Control cu ultrasunete.
Dacă un puls scurt de ultrasunete este trimis în metal, atunci acesta va fi parțial reflectat dintr-un defect intern - o fisură sau o incluziune. Semnalele ultrasonice reflectate sunt înregistrate de traductorul receptor, amplificate și prezentate pe ecranul unui osciloscop electronic. Din timpul măsurat al sosirii lor la suprafață, se poate calcula adâncimea defectului din care a fost reflectat semnalul, dacă se cunoaște viteza sunetului în metalul dat. Controlul se efectuează foarte rapid și adesea nu necesită scoaterea din funcțiune a piesei.
Metode speciale.
Există o serie de metode de control specializate care au aplicabilitate limitată. Acestea includ, de exemplu, metoda de ascultare cu un stetoscop, bazată pe o modificare a caracteristicilor vibraționale ale materialului în prezența defectelor interne. Uneori se efectuează teste ciclice de vâscozitate pentru a determina capacitatea de amortizare a materialului, adică. capacitatea sa de a absorbi vibrațiile. Este estimat prin munca convertită în căldură per unitate de volum de material pentru un ciclu complet de inversare a tensiunii. Este important ca un inginer implicat în proiectarea structurilor și mașinilor supuse vibrațiilor să cunoască capacitatea de amortizare a materialelor de construcție.
Răspunsuri la examene pe TCM.
1. .Structura materialelor structurale.
Metalele- corpuri cristaline, ai căror atomi sunt dispuși într-o ordine geometrică corectă, formând cristale, spre deosebire de corpurile amorfe (de exemplu, rășină), ai căror atomi sunt într-o stare dezordonată.
Fiind localizați în metale într-o ordine strictă, atomii din plan formează o rețea atomică, iar în spațiu - o rețea cristalină atomică. Liniile de pe aceste diagrame sunt condiționate; în realitate, nu există linii, iar atomii vibrează în jurul punctelor de echilibru, adică locuri de rețea cu o frecvență înaltă. Celulele elementare ale unor astfel de rețele cristaline sunt prezentate în Fig. 1. Toate corpurile cristaline formează șapte varietăți de rețele cristaline, dintre care cele mai tipice pentru metale sunt cubic centrat pe corp (bcc), cubic centrat pe față (fcc) și compactat hexagonal (hcp) (Fig. 1)
Într-o celulă cubic centrat pe corp atomii de rețea sunt localizați la vârfurile cubului și în centrul cubului; cromul, vanadiul, wolfram, molibdenul etc au o astfel de rețea. feţe cubice centrate atomii de rețea sunt localizați la vârfurile și în centrul fiecărei fețe a cubului; aluminiul, nichelul, cuprul, plumbul etc au o astfel de rețea. hexagonal atomii de rețea sunt localizați la vârfurile bazelor hexagonale ale prismei, în centrul acestor baze și în interiorul prismei; magneziul, titanul, zincul etc au o rețea hexagonală.Într-un metal adevărat rețeaua cristalină este formată dintr-un număr imens de celule.
Dimensiunile rețelei cristaline sunt caracterizate de parametrii săi, măsurați în angstromi - A (1A = 10 -8 cm sau lA = 0,1 Nm). Parametrul rețelei cubice este caracterizat de lungimea muchiei cubului, notat cu literă Ași este în intervalul 0,28-0,6 Nm (2,8 - 6A). Pentru a caracteriza rețeaua hexagonală, se iau doi parametri - partea hexagonului Ași înălțimea prismei Cu. Când atitudinea s/a -- 1.633, atunci atomii sunt împachetati cel mai dens și, prin urmare, o astfel de rețea se numește hexagonale împachetate.
Fig.1. Structura atomo-cristalină a metalelor.
2. Tipuri de rețele cristaline.
Proprietățile unui cristal sunt determinate nu numai de tipul rețelei cristaline, ci și de natura interacțiunii atomilor, ionilor și electronilor între ei. Atunci când vaporii de metal trec într-un lichid și apoi în stare solidă, atomii săi se apropie unul de celălalt atât de mult încât electronii de valență sunt capabili să se miște de la un atom la altul și să se miște liber, astfel pe întregul volum al metalului, oferind un nivel ridicat. conductivitate electrică și termică. Forțele de interacțiune electrică apar între electroni și ionii pozitivi.
 |
Orez. 2. Scheme ale rețelelor cristaline:
a – cubic centrat pe corp; b - cubic centrat pe față; c - împachetat strâns hexagonal.
În funcție de temperatură și presiune, multe metale pot forma diferite tipuri de rețele cristaline. Această capacitate a metalelor se numește polimorfism sau alotropie. Transformările polimorfe sunt caracteristice unor astfel de metale utilizate pe scară largă în inginerie mecanică precum Fe, Ti, Mn, Co, Sn. Modificările polimorfe ale elementelor sunt de obicei notate, începând cu temperatura cea mai scăzută, cu literele α, β, γ, δ etc. De exemplu: fierul, când este încălzit la o temperatură de 910 ° C, formează o modificare α-Fe cu o rețea bcc, în intervalul °С - γ-Fe cu rețea fcc și peste 1400 °С - δ-Fe cu rețea bcc. În acest caz, are loc o schimbare semnificativă a proprietăților materialului. Acest fenomen este utilizat pe scară largă în inginerie pentru a îmbunătăți prelucrabilitatea metalelor în timpul tratamentului termic și a altor procese.
Pentru a caracteriza forma și dimensiunea celulei unitare a rețelei cristaline, sunt utilizați șase parametri principali (Fig. 2): distanțe de-a lungul axelor de coordonate - a, b, c numită perioadă de rețea și trei unghiuri - α, β, γ între aceste segmente. Pe lângă parametrii principali din cristalografie, sunt adoptați alții care caracterizează suplimentar rețeaua cristalină.
3. Anizotropia cristalelor și influența acesteia asupra proprietăților materialelor.
În diferite planuri ale rețelei cristaline, atomii sunt localizați cu densități diferite și, prin urmare, multe proprietăți ale cristalelor în direcții diferite sunt diferite. O astfel de diferență se numește anizotropie.
Toate cristalele sunt anizotrope. Spre deosebire de cristale, corpurile amorfe (de exemplu, rășina) în direcții diferite au practic aceeași densitate de atomi și, prin urmare, aceleași proprietăți, adică izotrop.
În metalele formate dintr-un număr mare de cristale anizotrope mici orientate diferit (policristal), proprietățile sunt aceleași în toate direcțiile (medie). Această aparentă independență a proprietăților față de direcție se numește cvasiizotropie*.
Dacă în structura metalică se creează aceeași orientare a cristalelor, atunci apare anizotropia.
În timpul trecerii unui metal de la o stare lichidă la o stare solidă, are loc un așa-numit proces. cristalizare. Bazele teoriei cristalizării au fost dezvoltate de fondatorul științei metalelor - știința metalelor D.K. Chernov, care a stabilit că cristalizarea constă din două procese: nuclearea celor mai mici particule de cristal (nuclee de cristalizare) și creșterea cristalelor din acestea. centrele (Fig. 3).
Fig.3. Etape succesive ale procesului de cristalizare.
Creșterea cristalelor constă în faptul că la nucleele lor sunt atașați tot mai mulți atomi noi de metal lichid. La început, cristalele cresc liber, păstrând forma geometrică corectă, dar acest lucru se întâmplă doar până în momentul în care cristalele în creștere se întâlnesc. În punctul de contact al cristalelor, creșterea fețelor lor individuale se oprește și nu se dezvoltă toate, ci doar unele dintre fețele de cristal. Ca urmare, cristalele nu au forma geometrică corectă. Astfel de cristale sunt numite cristalite sau boabe. Mărimea granulelor depinde de numărul de centre de cristalizare și de rata de creștere a cristalelor. Cu cât sunt mai mulți centri de cristalizare, cu atât se formează mai multe cristale într-un volum dat și fiecare cristal (granule) este mai mic. Formarea centrilor de cristalizare este afectată de viteza de răcire. Cu cât viteza de răcire a metalului este mai mare, cu atât în el apar mai multe centre de cristalizare, iar boabele devin mai mici (Fig. 4). Acest lucru este confirmat în practică în secțiunile subțiri ale pieselor turnate care se răcesc mai repede, metalul se dovedește întotdeauna a fi cu granulație mai fină decât în piesele turnate masive groase care se răcesc mai lent. Cu toate acestea, nu este întotdeauna posibil să se controleze viteza de răcire.
Anizotropia este inerentă tuturor cristalelor, adică proprietăți neuniforme în direcții, determinate de distanțe diferite dintre atomi dintr-o celulă de cristal. Anizotropia este cea mai pronunțată la metalele cu structură cristalină asimetrică. Direcția de acțiune a forțelor într-un cristal afectează în mod semnificativ indicatori ai proprietăților fizice precum caracteristicile de rezistență, modulul elastic, coeficientul de dilatare termică, coeficienții de conductivitate termică și electrică, indicele de refracție a luminii etc. Anizotropia este, de asemenea, caracteristică straturilor de suprafață ale cristalelor. Proprietăți precum tensiunea superficială, potențialele electronice, capacitatea de adsorbție, activitatea chimică diferă semnificativ pentru diferite fețe de cristal.
Fig.4. Influența vitezei de răcire asupra apariției centrilor de cristalizare și asupra mărimii boabelor formate.
1 - răcire lentă, 2 - răcire accelerată, 3 - răcire rapidă.
4. Defecte ale rețelelor cristaline.
Structura și proprietățile cristalelor reale diferă de cele ideale prezentate în Fig. 1, din cauza prezenței de defecte în ele, care sunt împărțite în suprafață și interne. Un singur cristal real are o suprafață liberă (exterioară), pe care, deja din cauza tensiunii superficiale, rețeaua va fi distorsionată. Această distorsiune se poate extinde și în zona adiacentă suprafeței.
Fig.5. Defecte ale rețelei cristaline :
A- punct; b- liniar; in - bidimensional (planar)
Defectele structurii interne sunt împărțite în zero-dimensionale (punct), unidimensionale - liniare și bidimensionale, adică dezvoltate în două direcții. Defectele punctuale includ: locuri libere în cazul în care locurile individuale ale rețelei cristaline nu sunt ocupate de atomi; atomi dislocați, când atomii individuali se găsesc în situsuri interstițiale sau atomi de impurități, al căror număr este foarte mare chiar și în metale pure. În apropierea unor astfel de defecte, rețeaua va fi distorsionată elastic la o distanță de una sau două dintre perioadele sale (Fig. 5, A). Deși concentrația relativă a defectelor punctuale poate fi mică, acestea provoacă modificări extrem de mari ale proprietăților fizice ale materialului. De exemplu, miimi dintr-un procent atomic de impurități din cristalele semiconductoare pure își schimbă rezistența electrică de 10 5 -10 8 ori.
Defectele liniare sunt mici în două dimensiuni ale rețelei cristaline și destul de mari în a treia. Astfel de defecte includ deplasări ale planurilor atomice sau dislocații și lanțuri de locuri libere (Fig. 5, b). Cea mai importantă proprietate a unor astfel de defecte este mobilitatea lor în interiorul cristalului și interacțiunea activă între ele și cu alte defecte.
Densitatea luxaţiilor în cristale este mare: în cristalele neformate, numărul lor la 1 cm 3 ajunge la 10 6 -10 8 ; în timpul deformării plastice apar noi dislocații, iar acest număr crește de mii de ori. Defectele bidimensionale sunt caracteristice materialelor policristaline, adică pentru materialele constând dintr-un număr mare de cristale mici orientate diferit în spațiu.
Limita cristalelor topite în timpul solidificării este o zonă subțire, de până la 10 diametre atomice, cu o încălcare a ordinii în aranjarea atomilor. Într-un corp policristalin, limitele cristalelor individuale au interfețe curbate, iar cristalele în sine au o formă neregulată. Prin urmare, ele, spre deosebire de cristalele limitate corect, sunt numite cristalite sau boabe. În timpul solidificării, boabele de policristal cresc din diferite centre de cristalizare, iar orientarea axelor rețelelor cristaline ale boabelor adiacente este diferită. Granulația metalului constă din blocuri separate orientate unul față de celălalt într-un unghi ușor. Granițele dintre ele sunt de obicei grupuri de luxații (Fig. 5, în). Defectele de suprafață sunt mici într-o singură direcție; în celelalte două, pot ajunge la dimensiunea unui cristalit.
5. Influența defectelor rețelelor cristaline asupra proprietăților materialelor.
Influența defectelor structurale asupra proprietăților materialelor este enormă. De exemplu, rezistența la forfecare a cristalelor reale datorită prezenței defectelor structurale scade cu trei până la patru ordine de mărime în comparație cu aceeași caracteristică a unui cristal ideal. Influența defectelor structurale asupra caracteristicilor de rezistență ale metalelor nu este clară. Din cea prezentată în fig. Dependența 6 arată că rezistența cristalelor practic fără defecte (așa-numitele „muștați”) este foarte mare. Creșterea cantității P defectele structurale în 1 cm 3 conduc la o scădere bruscă a rezistenței (ram DAR). Punct R la caracterizează rezistența metalelor, care sunt denumite în mod obișnuit „pure”. O creștere suplimentară a defectelor, de exemplu, prin introducerea de dopanți sau prin metode de distorsiune specială a rețelei cristaline, crește rezistența reală a metalelor (ramură). LA). Pentru a crea cele mai durabile materiale, ei încearcă să obțină numărul optim de defecte. Cea mai mare întărire se realizează la o densitate de dislocare de 10 12 -10 18 pe 1 cm 3 .
Orez. 6. Dependența rezistenței unui corp cristalin de densitatea defectelor structurale
Pe lângă faptul că afectează caracteristicile de rezistență, defectele rețelei joacă un rol mare rolîn procesele de difuziune și autodifuzie, care determină în mare măsură viteza reacțiilor chimice într-un solid, precum și conductivitatea ionică a cristalelor. Defectele rețelei cristaline, distribuite în mod necesar pe volumul cristalului, fac posibilă crearea unor regiuni cu diferite tipuri de conductivitate într-o probă, ceea ce este necesar la fabricarea unor elemente semiconductoare.
6. Tipuri de rețele cristaline ale aliajului.
În tehnologie, nu metalele pure sunt folosite mult mai des, ci aliajele formate din două sau mai multe elemente, numite componente. Ca componente ale aliajelor, pot exista atât elemente pure, cât și compuși chimici. Utilizarea pe scară largă a aliajelor ca materiale de inginerie poate fi explicată prin faptul că au un set divers de proprietăți care pot fi modificate intenționat în funcție de numărul și tipul componentelor, precum și cu ajutorul tratamentului termic sau de altă natură.
Orez. 7. Tipuri de rețele cristaline ale aliajelor.
A- solutie de substitutie solida; b- solutie solida de interstitial; in - component chimic
A b
putere A.
Unde R F0
7. Conceptul de faze, tipuri de faze.
În timpul fuziunii, componentele formează faze în aliaj - volume omogene delimitate între ele prin interfețe - limite, în timpul tranziției prin care proprietățile se pot schimba brusc. În aliaje se formează următoarele faze principale: soluții solide, compuși chimici și amestecuri mecanice.
Soluțiile solide sunt cea mai comună fază în aliajele metalice. O trăsătură caracteristică a structurii lor este păstrarea rețelei cristaline a metalului solvent. Metalele dizolvate pot fi distribuite în el sub forma unei soluții solide de substituție (Fig. 7, A) în cazul în care ambele componente au același tip de rețea, raze atomice suficient de apropiate și proprietăți fizico-chimice, sau sub formă de soluție solidă interstițială (Fig. 7, b) dacă raza atomică a componentei dizolvate este suficient de mică.
Compușii chimici se formează de obicei între metale și nemetale și au proprietățile incluziunilor nemetalice, precum și între metale. În acest caz, se formează un nou tip de rețea cristalină, care este diferită de rețelele componentelor constitutive și are alte proprietăți (Fig. 7, c). La alierea componentelor cu raze atomice și proprietăți electrochimice foarte diferite, solubilitatea reciprocă este practic absentă. În acest caz, se formează un amestec mecanic de cristale componente.
De regulă, trei tipuri de faze pot fi găsite simultan în aliajele metalice multicomponente. O modificare direcționată a combinației de componente din aliaje poate modifica numărul de defecte structurale și, prin urmare, poate controla caracteristicile fizice și mecanice.
Atunci când se alege un material pentru o structură, acestea pornesc dintr-un set de proprietăți, care sunt împărțite în mecanice, fizico-chimice, tehnologice și operaționale. Principalele proprietăți mecanice includ rezistența, ductilitatea, rezistența la impact, rezistența la oboseală, fluajul, duritatea și rezistența la uzură. Sub putereînțelegeți capacitatea unui material de a rezista la deformare sau distrugere sub influența sarcinilor statice sau dinamice. Sub sarcini statice se efectuează încercări de tracțiune, compresiune, încovoiere și torsiune. Indicatorul de rezistență este rezistența la rupere a probei de metal testat, prezentată în fig. 9, A.
Unde R este sarcina necesară pentru distrugerea probei standard, MN; F0 este aria secțiunii transversale a probei în mm.
8. .Proprietăți mecanice materiale structurale.
Metode de testare a proprietăților mecanice ale metalelor.
În funcție de metoda de aplicare a sarcinii, metodele de testare a proprietăților mecanice ale metalelor sunt împărțite în trei grupe:
static, când sarcina crește lent și lin (încercări de tracțiune, compresie, încovoiere, torsiune, forfecare, duritate);
dinamic, când sarcina crește la viteză mare, șoc (test de impact);
testarea sub sarcini variabile repetate când sarcina în timpul încercării se modifică în mod repetat în mărime sau în mărime și semn (test de oboseală).
Necesitatea testării în diferite condiții este determinată de diferența dintre condițiile de funcționare a pieselor de mașini, unelte și alte produse metalice.
Încercarea de tracțiune. Pentru încercările de tracțiune, se folosesc probe cilindrice sau plate de o anumită formă și dimensiune, conform standardului. Încercarea de tracțiune a probelor se efectuează pe mașini de tracțiune cu acționare mecanică sau hidraulică. Aceste mașini sunt echipate cu un dispozitiv special pe care diagrama de tensiune este înregistrată automat în timpul încercării (întindere).
Având în vedere că natura diagramei de tensiune este afectată de mărimea probei, diagrama este construită (Fig. 8) în coordonatele efort σ (în N / m 2 sau kgf / mm 2) - alungirea relativă δ (în % ). Într-o încercare de tracțiune se determină următoarele caracteristici ale proprietăților mecanice: limite de proporționalitate, elasticitate, curgere, rezistență, rezistență reală la rupere, alungire relativă și îngustare.
 |
Orez. 8. Diagrama de întindere.
Limita de proporționalitate(condițional) σ pc este o astfel de solicitare atunci când abaterea de la relația liniară dintre sarcină și alungire atinge o astfel de valoare la care tangenta unghiului format de tangenta la curba sarcină-deformare cu axa sarcină crește, de exemplu, cu 25 sau 50% față de valoarea inițială:
Unde R pr- sarcina corespunzatoare limitei de proportionalitate (conditionala).
limita elastica(condiţional) pachet σ numită efort la care alungirea reziduală atinge 0,05% din valoarea calculată a probei și este determinată de formula:
Unde P0.05- sarcina corespunzatoare limitei elastice (conditionata).
Rezistenta la curgere(fizic) σ t numită cea mai mică tensiune la care proba este deformată (curge) fără o creștere vizibilă a sarcinii:
Unde Rt- sarcina corespunzatoare limitei de curgere (fizica).
Rezistenta la curgere(condiţional) σ 0,2 numită efort la care alungirea reziduală atinge 0,2% din lungimea estimată a probei:
Unde P 0,2- sarcina corespunzatoare limitei de curgere (conditionala).
Rezistență la tracțiune(rezistenta temporara) σ în numită tensiunea corespunzătoare sarcinii maxime R în,înainte de distrugerea probei:
Adevărata rezistență la distrugere S K numită tensiune determinată de raportul de sarcină R laîn momentul ruperii probei în zona secţiunii transversale F K proba în gât după ruptură:
Alungirea relativăδ este raportul de alungire absolută, adică creșterea lungimii estimate a probei după ruptură ( de la l la - l 0), la lungimea sa estimată inițială l 0 , exprimat ca procent:
,
Unde l k este lungimea probei după ruptură.
Alungirea relativă se caracterizează prin plasticitate metalul este proprietatea materialelor solide de a modifica fără distrugere forma și dimensiunile sub influența sarcinii sau tensiunii, păstrând stabil forma și dimensiunile rezultate după încetarea acestei influențe.
Fig.9. Încercări pentru determinarea caracteristicilor mecanice:
a - rezistența la tracțiune și caracteristicile plastice; b - rezistența la impact; c - duritate (după Brinell)
Rezistența la sarcini dinamice se determină conform datelor de testare: pentru rezistența la impact - prin distrugerea prin impactul unui eșantion standard pe o copra (Fig. 9b), pentru rezistența la oboseală - prin determinarea capacității unui material de a rezista, fără a se prăbuși, un număr mare de sarcini variabile repetitiv, pentru fluaj - prin determinarea capacității unui material încălzit de a se deforma lent și continuu sub sarcini constante. Cele mai frecvent utilizate teste de impact sunt:
Unde DAR- munca petrecuta la distrugerea probei, MJ; A \u003d PH - Ph, Aici R- greutate pendul, MN; F- aria secțiunii transversale a probei distruse, m 2 .
Test de duritate.duritate numită capacitatea unui metal de a rezista introducerii unui alt corp mai solid în el. Determinarea durității este metoda cea mai frecvent utilizată pentru testarea metalelor. Pentru a determina duritatea, nu este necesară fabricarea de mostre speciale, adică testarea se efectuează fără distrugerea piesei.
Există diferite metode pentru determinarea durității - indentare, zgâriere, recul elastic, precum și o metodă magnetică. Cea mai comună este metoda de presare a unei bile de oțel, a unui con de diamant sau a unei piramide de diamant în metal. Pentru testarea durității se folosesc dispozitive speciale, simple ca design și ușor de utilizat.
Duritatea Brinell O bilă de oțel călit cu un diametru de 10, 5 sau 2,5 mm este presată în suprafața metalului testat cu o anumită forță. Ca urmare, se obține o amprentă (găuri) pe suprafața metalică. Diametrul amprentei se măsoară cu o lupă specială cu diviziuni. Numărul durității Brinell este scris cu litere latine HB, urmate de un indice numeric de duritate. De exemplu, duritatea este HB 220. Metoda Brinell nu este recomandată pentru metale cu o duritate mai mare de HB 450, deoarece bila se poate deforma și rezultatul va fi incorect. De asemenea, este imposibil să testați materiale subțiri care sunt presate atunci când mingea este apăsată.
duritatea Rockwell - testul de duritate prin apăsarea unui con sau a unei bile în suprafața metalului testat. Este presat un con diamant cu un unghi de 120° sau o bilă de oțel întărit cu un diametru de 1,59 mm. Testarea cu bile este utilizată pentru determinarea durității materialelor moi și cu un con de diamant în testarea materialelor dure. Numărul durității Rockwell este scris cu litere latine HRC, după care se scrie valoarea numerică a durității. De exemplu, duritatea HRC 230.
duritatea Vickers - test de duritate a indentării piramidei. O piramidă de diamant cu patru laturi este presată în suprafața metalică. În funcție de încărcarea pe unitatea de suprafață a amprentei, se determină numărul de duritate, notat HV 140.
Test de microduritate. Acest test este utilizat pentru a determina duritatea unor volume microscopice mici de metal, cum ar fi duritatea constituenților structurali individuali ai aliajelor. Microduritatea se determină pe un dispozitiv special constând dintr-un mecanism de încărcare cu vârf de diamant și un microscop metalografic. Suprafața probei este pregătită în același mod ca și pentru microexaminare (slefuire, lustruire, gravare). O piramidă tetraedrică de diamant (cu un unghi de vârf de 136°, la fel ca piramida Vickers) este presată în materialul testat sub o sarcină foarte ușoară. Duritatea este determinată de valoare N/m2 sau kgf/mm 2.
rezistenta la uzura- capacitatea materialului de a rezista la distrugerea suprafeței sub acțiunea frecării externe.
La proprietățile fizico-chimice materialele includ punctul de topire, densitatea, conductivitatea electrică și termică, coeficienții de dilatare liniară și de volum, capacitatea de a interacționa chimic cu mediile agresive, precum și proprietățile anticorozive. Aceste proprietăți sunt în mare măsură determinate de compoziția chimică a componentelor aliajului și de structura lor.
Proprietăți tehnologice
Proprietăți de turnare
Ductilitate
Sudabilitate
prelucrabilitate
Performanța proiectării este determinată de caracteristicile operaționale sau de serviciu ale materialelor utilizate pentru fabricarea lor. În funcție de condițiile de funcționare și de mediul de lucru, pe lângă caracteristicile de rezistență, materialele de construcție a mașinilor pot fi supuse cerințelor de rezistență la căldură, adică menținând caracteristici mecanice ridicate la temperaturi ridicate; rezistență la coroziune atunci când se lucrează în diferite medii agresive; rezistență crescută la uzură, necesară dacă piesele sunt supuse la abraziune în timpul funcționării etc. În unele cazuri, materialele trebuie să poată forma îmbinări permanente prin sudare sau lipire cu alte materiale, în special, cu ceramică, grafit etc.
9. Proprietăţi tehnice ale materialelor structurale.
Proprietăți tehnologice metalele și aliajele își caracterizează capacitatea de a ceda la diferite metode de prelucrare la cald și la rece. Principalele includ proprietățile de turnare, maleabilitatea, sudarea și prelucrabilitatea cu o unealtă de tăiere.
Proprietăți de turnare caracterizează capacitatea unui metal sau aliaj de a umple o matriță, de a oferi o turnare de o dimensiune și o configurație date, fără pori și fisuri în toate părțile sale.
Ductilitate- aceasta este capacitatea unui metal sau aliaj de a se deforma cu o rezistență minimă sub influența unei sarcini externe aplicate și de a lua o formă dată. Maleabilitatea depinde de mulți factori externi, în special de temperatura de încălzire și schema stării de stres.
Sudabilitate numită capacitatea unui material de a forma conexiuni permanente cu un set de proprietăți care asigură performanța structurii. În funcție de gradul de sudabilitate, materialele sunt împărțite în bine și limitat sudabile. Sudabilitatea depinde atât de materialul pieselor de sudat, cât și de cel selectat proces tehnologic sudare.
prelucrabilitate numită proprietatea unui metal de a fi prelucrat. Criteriile de prelucrabilitate sunt condițiile de tăiere și calitatea suprafeței prelucrate.
Proprietățile tehnologice determină adesea alegerea materialului pentru o structură. Materialele dezvoltate pot fi introduse în producție numai dacă proprietățile lor tehnologice îndeplinesc cerințele necesare. Indicatorii proprietăților tehnologice sunt determinați prin teste speciale pentru maleabilitate, prelucrabilitate, sudabilitate, precum și mostre de turnare.
Performanța proiectării este determinată de caracteristicile operaționale sau de serviciu ale materialelor utilizate pentru fabricarea lor. În funcție de condițiile de funcționare și de mediul de lucru, pe lângă caracteristicile de rezistență, materialele de construcție a mașinilor pot fi supuse cerințelor de rezistență la căldură, adică menținând caracteristici mecanice ridicate la temperaturi ridicate; rezistență la coroziune atunci când se lucrează în diferite medii agresive; rezistență crescută la uzură, necesară dacă piesele sunt supuse la abraziune în timpul funcționării etc. În unele cazuri, materialele trebuie să poată forma îmbinări permanente prin sudare sau lipire cu alte materiale, în special, cu ceramică, grafit etc.
Prin urmare, atunci când alegeți un material pentru crearea unei structuri tehnologice, este necesar să luați în considerare rezistența, caracteristicile tehnologice și operaționale ale acestuia.
10. Turnare aliaje.
Aliaje turnate și aplicațiile lor.Aliajele turnate se obțin prin topirea a două sau mai multe metale și nemetale. Astfel de aliaje trebuie să aibă o conductivitate electrică și termică bună, ductilitate crescută etc. Semnificația practică a aliajelor turnate determină că acestea sunt superioare metalelor pure în unele proprietăți (rezistență, duritate, capacitatea de a reproduce contururile matrițelor de turnare, prelucrabilitate cu o tăiere). instrument etc.). Un loc important în industria de turnătorie îl ocupă aliajele cu speciale proprietăți fizice(de exemplu, conductivitate electrică, permeabilitate magnetică etc.).
Aliajele, în funcție de compoziția chimică, diferă între ele prin punctul de topire, activitatea chimică, vâscozitatea în stare topită, rezistența, ductilitatea și alte proprietăți. Pentru producția de piese turnate modelate se folosesc fonte gri, de înaltă rezistență, maleabile și alte fonte, oțeluri carbon și aliaje, aliaje de aluminiu, magneziu, cupru, titan etc.
Fontă cenușie(compoziție în %: 2,8-3,5 C; 1,8-2,5 Si; 0,5-0,8 Mn; până la 0,6 P și până la 0,12 S) are o rezistență destul de mare, vâscozitate ciclică mare, ușor de prelucrat și ieftin. Dezavantajul fontei cenușii este rezistența scăzută la impact și fragilitatea. Rezistența fonturilor cenușii se datorează formei lamelare a incluziunilor de grafit și rezistenței bazei metalice. Fonta cenușie este folosită pentru a face paturi de mașini, carcase și capace ale cutiilor de viteze, scripete și alte piese turnate.
Fier ductil(compoziție în %: 3,2-3,6 C; 1,6-2,9 Si; 0,4-0,9 Mn; nu mai mult de 0,15 P; nu mai mult de 0,02 S; nu mai puțin de 0, 04 Mg) are rezistență ridicată, ductilitate și este bine prelucrat . Proprietățile mecanice ridicate ale acestor fonte sunt obținute prin tratarea fontei topite cu magneziu sau ceriu, în care grafitul capătă o formă sferică. Fonta de înaltă rezistență este utilizată pentru a produce piese critice pentru sarcini grele: arbori cotiți, tamburi pentru mașini de mine, biele etc.
fier maleabil(compoziție în %: 2,4-2,8 C; 0,8-1,4 Si; mai puțin de 1 Mn; nu mai puțin de 0,2 P; nu mai puțin de 0,1 S) depășește fontele cenușii ca rezistență și are o ductilitate ridicată. Fonta ductilă se obține prin recoacere din fontă albă (în fontă albă, carbonul este aproape complet în stare legată sub formă de Fe 3 C) timp de 30-60 de ore la o temperatură de 900-1050 ° C. În timpul recoacerii, grafitul se formează sub formă de fulgi (Fig. 6f). În funcție de condițiile de recoacere, fonta maleabilă poate fi feritică (KCh 37-12), feritic-perlitică (KCh 45-6) și perlitică (KCh 63-2). Fonta ductilă este utilizată pentru a produce corpuri de scule pneumatice, butuci, console, zale și alte piese.
oteluri carbon(compoziție în %: 0,12-0,6 C; 0,2-0,5 Si; 0,5-0,8 Mn; până la 0,05 P și până la 0,05 S) au proprietăți mecanice mai mari decât fontele cenușii și maleabile. Oțelurile carbon sunt utilizate pentru fabricarea diferitelor cilindri, paturi de laminoare, angrenaje și alte produse.
Oteluri aliate diferă de aliajele de carbon în compoziția alierei, adică elemente adăugate suplimentar (crom, nichel, molibden, titan etc.) sau un conținut crescut de mangan și siliciu. Elementele de aliere conferă oțelului rezistență ridicată la coroziune, rezistență la căldură și alte proprietăți speciale. Oțelurile aliate sunt folosite pentru a produce palete de turbine, colectoare de evacuare, diferite fitinguri și alte piese similare.
Aliaje de aluminiu au densitate scăzută, rezistență ridicată și ductilitate, sunt ușor de prelucrat. Cele mai comune aliaje de aluminiu cu siliciu (silici), care au rezistență crescută la coroziune, sudabilitate bună și alte proprietăți. Aliajele de aluminiu sunt folosite la fabricarea blocurilor de cilindri, a carcaselor pentru instrumente și scule etc.
aliaje de magneziu au densitate scăzută, rezistență ridicată, prelucrabilitate bună. Dezavantajul aliajelor de magneziu este rezistența scăzută la coroziune. Pentru a îmbunătăți proprietățile mecanice, aproape toate aliajele de magneziu sunt tratate (modificate) cu hexacloretan, cretă și alte substanțe. Aliajele de magneziu sunt folosite pentru a face carcase pentru pompe, aparate și unelte și alte piese.
aliaje de cupru(bronz și alamă) au proprietăți mecanice și antifricțiune relativ ridicate, rezistență ridicată la coroziune, prelucrabilitate bună. Pentru fabricarea pieselor turnate se folosesc bronzuri și alama fără staniu și cositor. Bronzurile fără cositor sunt folosite ca înlocuitori pentru bronzurile de staniu.
În ceea ce privește proprietățile mecanice, de coroziune și antifricțiune, bronzurile fără cositor sunt superioare bronzurilor de staniu. Aliajele de cupru sunt folosite la fabricarea fitingurilor, lagărelor, elicelor, angrenajelor etc.
Aliajele de aluminiu, magneziu și cupru sunt utilizate pe scară largă în instrumentare.
11. Fonte.
FONTĂ
Fonta se numește aliaje de fier cu carbon care conțin mai mult de 2% C (mai precis, mai mult de 2,14% C)
În funcție de starea carbonului din fontă, există:
fontă albă, în care tot carbonul este legat în cementită. În fontele albe, carbonul formează un compus chimic Fe 3 C cu fierul, iar carbonul liber este sub formă de grafit.
Fontă cenușie, în care tot carbonul este în stare liberă sub formă de grafit, sau o parte din carbon (mare) este sub formă de grafit și o parte în stare legată sub formă de cementit. Forma grafitului este lamelară.
fier ductil, la fel ca fonta cenușie, dar forma grafitului este nodulară.
fier maleabil, la fel ca fonta cenușie, dar forma grafitului este fulgioasă.
După cum se poate observa din clasificarea de mai sus a fontei, o trăsătură distinctivă a fontelor cenușii, ductile și maleabile este prezența carbonului liber - grafit în structură. În funcție de forma și locația incluziunilor de grafit, acestea slăbesc într-o măsură mai mare sau mai mică baza metalica in care sunt situate.
Pentru stabilirea complexului de proprietăți mecanice ale metalelor, probele din materialul studiat sunt supuse unor încercări statice și dinamice.
Testele statice sunt teste în care sarcina aplicată probei crește încet și fără probleme.
4.2.1. Testele statice includ încercări de tracțiune, compresie, torsiune, încovoiere și duritate. În urma încercărilor statice de tracțiune, care se efectuează pe mașini de tracțiune, se obțin o diagramă de tracțiune (Fig. 4.6 a) și o diagramă de tensiuni condiționate (Fig. 4.6 b) a metalului ductil.
Orez. 4.6. Modificarea deformarii in functie de solicitare: a - diagrama tensiunii material plastic; b - diagrama tensiunilor condiționate ale materialului plastic
Din grafic se poate observa că oricât de mică este solicitarea aplicată, aceasta provoacă deformare, iar deformațiile inițiale sunt întotdeauna elastice, iar magnitudinea lor depinde direct de efort. Pe curba prezentată în diagramă (Fig. 4.6), deformarea elastică este caracterizată de linia OA și continuarea acesteia.
Deasupra punctului A, proporționalitatea dintre efort și deformare este ruptă. Stresul provoacă nu numai deformare elastică, ci și plastică.
Arată în Fig. 4.6 relația dintre solicitarea aplicată din exterior și deformarea relativă cauzată de aceasta caracterizează proprietățile mecanice ale metalelor:
Panta dreptei OA (Fig. 4.6a) arată duritatea metalului sau o descriere a modului în care sarcina aplicată din exterior modifică distanțele interatomice, care în prima aproximare caracterizează forțele de atracție interatomică; panta dreptei OA este proporţională cu modul de elasticitate (E), care este numeric egal cu tensiunea împărțită la deformarea relativă elastică (E = s / e);
Tensiunea s PTS (Fig. 4.6b), care se numește limita de proporționalitate, corespunde debutului deformarii plastice. Cu cât metoda de măsurare a deformarii este mai precisă, cu atât se află punctul inferior A;
Controlul tensiunii s (Fig. 4.1b), care se numește limita elastica, şi la care deformaţia plastică atinge o valoare mică predeterminată stabilită de condiţii. Utilizați adesea valori de deformare permanentă de 0,001; 0,005; 0,02 și 0,05%. Limitele elastice corespunzătoare sunt notate s 0,005, s 0,02 etc. Limita elastică este o caracteristică importantă a materialelor cu arc care sunt utilizate pentru elementele elastice ale dispozitivelor și mașinilor;
Tensiunea s 0,2, care se numește limita de curgere condiționată si care corespunde unei deformari plastice de 0,2%. Limita de curgere fizică s t este determinată din diagrama de tracțiune atunci când are un platou de curgere. Cu toate acestea, în timpul încercării la tracțiune a majorității aliajelor, nu există un platou de curgere pe diagrame.Deformația plastică selectată de 0,2% caracterizează destul de precis trecerea de la deformațiile elastice la cele plastice, iar tensiunea s 0,2 este ușor de determinat în timpul încercărilor, indiferent dacă sau nu există un platou de randament pe diagramă.întindere. Tensiunea admisibilă, care este utilizată în calcule, este de obicei aleasă mai mică de s 0,2 de 1,5 ori;
Tensiunea maximă s in, care se numește rezistență temporară, caracterizează capacitatea portantă maximă a materialului, rezistența acestuia înainte de distrugere și este determinată de formulă
s în \u003d P max / F o
Tensiunea admisibilă, care este utilizată în calcule, este aleasă mai puțin de s de 2,4 ori.
Plasticitatea materialului este caracterizată prin alungirea relativă d și îngustarea relativă y:
d \u003d [(l k - l o) / l o] * 100,
y \u003d [(F o - F k) / F o] * 100,
unde l o și F o sunt lungimea inițială și aria secțiunii transversale a probei;
l la - lungimea finală a probei;
F k - aria secțiunii transversale la locul ruperii.
4.2.2. Duritate- capacitatea materialelor de a rezista la deformarea plastică sau elastică atunci când este introdus în el un corp mai solid, care se numește indentor.
Există diferite metode pentru determinarea durității.
Duritatea Brinell este definit ca raportul dintre sarcina atunci când o bilă de oțel este presată în materialul testat și suprafața adânciturii sferice rezultate (Fig. 4.7a).
HB=2P/pD,
D este diametrul bilei, mm;
d – diametrul găurii, mm
Orez. 4.7. Scheme de încercare de duritate: a - conform Brinell; b - conform lui Rockwell; c - conform lui Vickers
Duritatea Rockwell este determinată de adâncimea de pătrundere în materialul testat a unui con de diamant cu un unghi la vârf de 120 ° sau a unei bile întărite cu diametrul de 1.588 mm (Fig. 4.7.b).
Un con sau o bilă este presată cu două încărcări succesive:
P o preliminară \u003d 10 n;
General R \u003d R o + R 1, unde R 1 este sarcina principală.
Duritatea este indicată în unități convenționale:
Pentru scalele A și C HR = 100 - (h - h o) / 0,002
Pentru scara B HR = 130 - (h - h o) / 0,002
Pentru a determina duritatea, se folosește un con de diamant la o sarcină de 60 N (HRA), un con de diamant la o sarcină de 150 N (HRC) sau o bilă de oțel cu un diametru de 1,588 mm (HRB).
Duritatea Vickers măsurată pentru piese de grosime mică și straturi superficiale subțiri obținute prin tratament chimico-termic.
Această duritate este definită ca raportul sarcinii în timpul indentării în materialul testat al unei piramide tetraedrice de diamant cu un unghi între fețele de 136 o față de suprafața amprentei piramidale rezultate (Fig. 4.7.c):
HV \u003d 2P * sin a / 2 / d 2 \u003d 1,854 P / d 2,
a \u003d 136 o - unghiul dintre fețe;
d este media aritmetică a lungimilor ambelor diagonale, mm.
Valoarea HV se găsește din d cunoscut conform formulei sau din tabelele de calcul conform GOST 2999-75.
microduritate,ținând cont de eterogenitatea structurală a metalului, acesta este utilizat pentru măsurarea unor suprafețe mici ale probei. În acest caz, piramida este presată ca la determinarea durității Vickers, cu o sarcină P = 5-500 N, iar media aritmetică a lungimilor ambelor diagonale (d) se măsoară în microni. Un microscop metalografic este folosit pentru a măsura microduritatea.
4.2.3. Rezistența unui material la distrugere sub sarcini dinamice caracterizează puterea impactului. Este definit (GOST 9454-78) ca lucrare specifică de distrugere a unei probe prismatice cu un concentrator (crestătură) în mijloc cu o lovitură de tester de impact pendular (Fig. 4.8): KS = K / S o (K este lucrarea de distrugere; S o este aria secțiunii transversale a probei în locul concentratorului).
Orez. 4.8. Schema testului de impact
Rezistența la impact (MJ / m 2) reprezintă KCU, KCV și KCT. Literele KS înseamnă simbolul rezistenței la impact, literele U, V, T - tipul de concentrator: în formă de U cu raza crestăturii r n = 1 mm, în formă de V cu r n = 0,25 mm; T este o fisură de oboseală creată la baza crestăturii; KCU este principalul criteriu pentru rezistența la impact; KCV și KCT sunt utilizate în cazuri speciale.
Munca depusă la distrugerea probei este determinată de formulă
Și n \u003d P * l 1 (cos b - cos a),
unde P este masa pendulului, kg;
l 1 este distanța de la axa pendulului până la centrul său de greutate;
b - unghi după impact;
a - unghi înainte de impact
4.2.4.Durabilitate ciclică caracterizează performanța materialului în condiții de cicluri de solicitare repetate în mod repetat. Ciclul stresului - totalitatea tensiunii se modifică între cele două valori limită ale sale s max și s min în perioada T (Fig. 4.9).
Orez. 4.9. Ciclu de tensiune sinusoidal
Există cicluri simetrice (R = -1) și asimetrice (R variază foarte mult). Tipuri diferite ciclurile caracterizează diferite moduri de funcționare a pieselor mașinii.
Procesele de acumulare treptată a deteriorării materialului sub acțiunea sarcinilor ciclice, care duc la modificarea proprietăților sale, formarea de fisuri, dezvoltarea și distrugerea lor, se numesc oboseală, iar capacitatea de a rezista la oboseală se numește rezistență (GOST). 23207 - 78).
O serie de factori influențează oboseala pieselor mașinii (Fig. 4.10).
Orez. 4.10. Factori care afectează rezistența la oboseală
Defecțiunea prin oboseală în comparație cu defecțiunea sarcinii statice are o serie de caracteristici:
Apare la solicitări mai mici decât la sarcină statică, limite mai mici de curgere sau rezistență la tracțiune;
Distrugerea începe la suprafață (sau aproape de aceasta) local, în locurile de concentrare a tensiunilor (deformare). Concentrarea locală a tensiunilor este creată de deteriorarea suprafeței ca urmare a încărcării ciclice sau crestături sub formă de urme de prelucrare, expunere la mediu;
Fractura se desfășoară în mai multe etape, caracterizând procesele de acumulare a deteriorării în material, formarea fisurilor de oboseală, dezvoltarea treptată și contopirea unora dintre ele într-o fisură principală și distrugerea finală rapidă;
Fractura are o structură de fractură caracteristică, reflectând succesiunea proceselor de oboseală. Fractura constă dintr-un loc de fractură (locul în care se formează microfisurile) și două zone - oboseală și fractură (Fig. 4.11).
Orez. 4.11. Schema unei fracturi de oboseală: 1 – locul de inițiere a fisurii; 2 – zona de oboseală; 3 - zona doloma
4.3. Rezistența structurală a metalelor și aliajelor
Rezistența structurală metale și aliaje este un complex de proprietăți de rezistență care sunt în cea mai mare corelație cu proprietățile de serviciu ale unui produs dat.
Rezistenta materialelor fractura fragilă este cea mai importantă caracteristică care determină fiabilitatea structurii.
Trecerea la fractura fragilă se datorează mai multor factori:
Natura aliajului (tipul rețelei, compoziția chimică, dimensiunea granulelor, contaminarea aliajului);
Caracteristica de proiectare (prezența concentratoarelor de stres);
Condiții de funcționare (condiții de temperatură, prezența unei sarcini pe metal).
Există mai multe criterii pentru evaluarea rezistenței structurale a metalelor și aliajelor:
Determinarea criteriilor fiabilitate metale împotriva fracturilor bruște (temperatură critică fragilă; tenacitate la rupere; lucru absorbit în timpul propagării fisurilor; supraviețuire la încărcare ciclică);
Determinarea criteriilor durabilitate material (rezistența la oboseală; rezistența la contact; rezistența la uzură; rezistența la coroziune).
Pentru a evalua fiabilitatea materialului, se folosesc și următorii parametri: 1) rezistența la impact KCV și KCT; 2) pragul de temperatură al fragilității la rece t 50 . Cu toate acestea, acești parametri sunt doar calitativi, nepotriviți pentru calculele de rezistență.
Parametrul KCV evaluează adecvarea materialului pentru vase sub presiune, conducte și alte structuri de fiabilitate crescută.
Parametrul KCT, determinat pe probe cu o fisură de oboseală la baza crestăturii, este mai indicativ. Caracterizează activitatea de dezvoltare a fisurilor în timpul îndoirii la impact și evaluează capacitatea materialului de a încetini fractura care a început. Dacă materialul are KCT = 0, atunci aceasta înseamnă că procesul de distrugere a acestuia se desfășoară fără costul muncii. Un astfel de material este fragil, nefiabil din punct de vedere operațional. În schimb, cu cât parametrul KCT determinat la temperatura de funcționare este mai mare, cu atât este mai mare fiabilitatea materialului în condiții de funcționare. KCT este luat în considerare la alegerea unui material pentru structuri de utilizare deosebit de critică ( aeronave, rotoare de turbine etc.).
Pragul de fragilitate la rece caracterizează efectul scăderii temperaturii asupra tendinței unui material de a se rupe fragil. Se determină din rezultatele încercărilor de impact ale probelor crestate la o temperatură în scădere.
Trecerea de la fractura ductilă la cea fragilă este indicată de modificări ale structurii ruperii și de o scădere bruscă a rezistenței la impact (Fig. 4.12), observată în intervalul de temperatură (t in - t x) (temperaturile limită ale fracturii ductile și fragile).
Orez. 4.12. Influența temperaturii de încercare asupra procentului de componentă ductilă în fractură (B) și rezistența la impact a materialului KCV, KCT
Structura fracturii se schimbă de la mată fibroasă cu fractură ductilă (t > tc) la strălucitoare cristalină cu fractură fragilă (t< t х). Порог хладноломкости обозначают интервалом температур (t в – t н) либо одной температурой t 50 , при которой в изломе образца имеется 50 % волокнистой составляющей, и величина КСТ снижается наполовину.
Adecvarea materialului pentru funcționarea la o temperatură dată este apreciată de marja de temperatură a vâscozității egală cu diferența dintre temperatura de funcționare și t50. În același timp, cu cât temperatura de tranziție fragilă este mai mică în raport cu temperatura de funcționare, cu atât marja de temperatură a vâscozității este mai mare și cu atât garanția împotriva ruperii fragile este mai mare.
4.4. Modalități de creștere a rezistenței metalelor
Se obișnuiește să se facă distincția între rezistența tehnică și cea teoretică. Rezistenta tehnica este determinata de valoarea proprietatilor: limita elastica (s 0,05); limita de curgere (s 0,2); rezistența la tracțiune (s in); modulul de elasticitate (E); limita de anduranță (s R).
Sub puterea teoretică înțelegeți rezistența la deformare și distrugere, pe care ar trebui să o aibă materialele conform calculelor fizice, ținând cont de forțele interacțiunii interatomice și de ipoteza că două rânduri de atomi sunt deplasate simultan unul față de celălalt sub influența forfeirii. stres.
Pe baza structurii cristaline și a forțelor interatomice, este posibil să se determine aproximativ rezistența teoretică a metalului conform următoarei formule:
t teoretic » G / 2p,
unde G este modulul de forfecare.
Valoarea teoretică a rezistenței, calculată conform formulei specificate, este de 100 - 1000 de ori mai mare decât rezistența tehnică. Acest lucru se datorează defectelor structurii cristaline și, în primul rând, existenței unor luxații. Rezistența metalelor nu este o funcție liniară a densității de dislocare (Fig. 4.13).
Orez. 4.13. Schema de dependență a rezistenței la deformare de densitate și alte defecte ale metalelor: 1 - rezistența teoretică; 2-4 - rezistență tehnică (2 - mustăți; 3 - metale pure neîntărite; 4 - aliaje întărite prin aliere, călire, tratament termic sau termomecanic)
După cum se poate observa din Figura 4.13, rezistența minimă este determinată de o anumită densitate critică de dislocare A, aproximativ egal cu 10 6 – 10 8 cm -2 . Această valoare se referă la metalele recoapte. Valoarea lui s 0,2 pentru metalele recoapte este 10 -5 - 10 -4 G . În cazul în care un A> 10 12 - 10 13 cm -2, atunci în acest caz se pot forma fisuri.
Dacă densitatea de dislocare (numărul de defecte) este mai mică decât valoarea A(Fig. 4.13), atunci rezistența la deformare crește brusc și rezistența se apropie rapid de cea teoretică.
Creșterea forței se realizează:
Crearea de metale și aliaje cu o structură fără defecte, de ex. obținerea de mustăți („muștați”);
Creșterea densității defectelor, inclusiv a luxațiilor, precum și a obstacolelor structurale care împiedică deplasarea luxațiilor;
Crearea materialelor compozite.
4.5. Influența încălzirii asupra structurii și proprietăților metalului deformat (recristalizare)
Deformarea plastică (Fig. 4.14) duce la crearea unei stări instabile a materialului datorită creșterii energiei interne (tensiuni interne). Deformarea metalului este însoțită de întărirea lui sau așa-numita întărit . În mod spontan, ar trebui să apară fenomene care readuc metalul la o stare structurală mai stabilă.
Orez. 4.14. Influența încălzirii asupra proprietăților mecanice și structurii metalului lucrat din greu
Procesele spontane care aduc metalul deformat plastic la o stare mai stabilă includ îndepărtarea distorsiunii rețelei cristaline, alte procese intragranulare și formarea de noi granule. Pentru a reduce tensiunile rețelei cristaline, nu este necesară o temperatură ridicată, deoarece în acest caz există o ușoară mișcare a atomilor. Deja o încălzire ușoară (pentru fier 300-400 o C) îndepărtează distorsiunile rețelei, și anume, reduce densitatea dislocațiilor ca urmare a anihilării lor reciproce, îmbinării blocurilor, reducerea tensiunilor interne, reducerea numărului de locuri libere etc. .
Corectarea unei rețele distorsionate în timpul încălzirii unui metal deformat se numește întoarcere sau vacanță. În acest caz, duritatea metalului scade cu 20-30% față de original, iar ductilitatea crește.
În paralel cu returul la o temperatură de 0,25 - 0,3 T pl are loc poligonizarea (colecția de dislocații în pereți) și se formează o structură celulară.
Recristalizarea este una dintre modalitățile de ameliorare a tensiunilor interne în timpul deformării materialelor. Recristalizare , adică formarea de boabe noi, care se desfășoară la temperaturi mai ridicate decât cea de retur, poate începe într-un ritm vizibil după încălzirea peste o anumită temperatură. Cu cât puritatea metalului este mai mare, cu atât temperatura de recristalizare este mai mică. Există o relație între temperaturile de recristalizare și de topire:
T râuri \u003d a * T pl,
unde a este un coeficient care depinde de puritatea metalului.
Pentru metale pure comercial a = 0,3 - 0,4, pentru aliaje a = 0,8.
Temperatura de recristalizare este de mare importanță practică. Pentru a restabili structura și proprietățile metalului întărit la lucru (de exemplu, dacă este necesar, pentru a continua tratamentul sub presiune prin laminare, trefilare, trefilare etc.), acesta trebuie încălzit peste temperatura de recristalizare. Această prelucrare se numește recoacere de recristalizare.
Procesul de recristalizare poate fi împărțit în două etape:
Recristalizare primară sau recristalizare prin procesare, când boabele alungite din cauza deformării plastice se transformă în granule mici rotunjite orientate aleator;
Recristalizare secundară sau colectivă, care constă în creșterea boabelor și se desfășoară la o temperatură mai ridicată.
Cristalizarea primară constă în formarea de noi boabe. Acestea sunt de obicei boabe mici care apar pe interfețele boabelor mari deformate. Deși procesele intragranulare de eliminare a defectelor (retur, repaus) au loc în timpul procesului de încălzire, ele, de regulă, nu se termină complet; pe de altă parte, boabele nou formate sunt deja lipsite de defecte.
Până la sfârșitul primei etape de recristalizare se poate obține o structură formată doar din granule foarte fine, având un diametru de câțiva microni. Dar în acest moment începe procesul de cristalizare secundară, care constă în creșterea boabelor.
Sunt posibile trei mecanisme esențial diferite de creștere a cerealelor:
- embrionar, constând în faptul că, după cristalizarea primară, reapar centrii de semințe ai noilor cristale, creșterea lor duce la formarea de noi boabe, dar sunt mai puține dintre ele decât boabele în starea inițială și, prin urmare, după finalizarea recristalizării. proces, boabele vor deveni mai mari în medie;
- migratoare , care constă în deplasarea graniței și mărirea dimensiunii acestuia. Boabele mari cresc „mâncând” pe cele mici;
- coalescența boabelor , constând în „dizolvarea” treptată a granițelor de cereale și combinarea multor boabe mici într-unul mare. În acest caz, se formează o structură neechigranulară cu proprietăți mecanice scăzute.
Implementarea unuia dintre principalele mecanisme de creștere depinde de:
De la temperatură. La temperaturi scăzute, creșterea are loc datorită coalescenței boabelor, iar la temperaturi ridicate, datorită migrării limitelor boabelor;
Din starea inițială (din gradul de deformare). La un grad scăzut de deformare (3-8%), recristalizarea primară este dificilă, iar creșterea boabelor are loc datorită coalescenței boabelor. La sfârșitul procesului, se formează boabe gigantice. La un grad ridicat de deformare (mai mult de 10%), coalescența boabelor devine mai dificilă, iar creșterea are loc datorită migrării granițelor. Se formează boabe mai mici. Astfel, după recoacere, se obține o structură de echilibru, proprietățile mecanice se modifică, întărirea metalului este îndepărtată și plasticitatea crește.
