Влияние размера зерна на механические свойства металлов

Обновлено: 11.04.2024

Па свойства стали влияет только действительный размер зерна, наследственный размер зерна влияния не оказывает. Если у двух сталей одной марки (одна наследственно крупнозернистая, другая наследственно мелкозернистая) при различных температурах термических обработок будет получен одинаковый действительный размер зерна, то свойства их будут одинаковыми. Если же размер зерна будет различный, то существенно будут различаться многие свойства стали. Надо отметить, что любое легирование, обусловливающее торможение диффузионных процессов будет сдерживать рост зерна, который контролируется диффузией. Следует отмстить, что термины — наследственно крупнозернистая и наследственно мелкозернистая сталь не обозначают того, что данная сталь имеет всегда крупное или всегда мелкое зерно. Наследственное зерно, полученное в стандартных условиях технологической пробы (рис. 96), указывает лишь на то, что при нагреве до определенных температур наследственно крупнозернистая сталь приобретает относительно более крупное зерно при более низкой температуре, чем сталь мелкозернистая. По склонности к росту зерна различают два предельных типа сталей: наследственно мелкозернистые и наследственно крупнозернистые. Наследственное зерно, полученное в стандартных условиях технологической пробы, указывает лишь на то, что при нагреве до определенных температур наследственно крупнозернистая сталь приобретает крупное зерно при более низкой температуре, чем наследственно мелкозернистая сталь.

Обрабатываемость резанием стали с преобладающим количеством в микроструктуре феррита повышается при укрупнении зерна, что обеспечивается нормализацией с высоких температур. Наилучшей структурой для обрабатываемости резанием стали с преобладающим количеством в микроструктуре перлита является структура пластинчатого перлита с тонкой разорванной сеткой, получаемая в результате специального отжига или нормализации с последующим отпуском при 720° С. Наилучшей структурой для обрабатываемости резанием высокоуглеродистой стали (шарикоподшипниковой) является структура мелкозернистого (точечного) перлита [2]. Для грубой обдирки, для которой чистота обработки не имеет существенного значения, наиболее подходящей является „наследственно" крупнозернистая сталь. Мелкозернистая (номера зерна 5—8 по шкале ASTM) вязкая сталь является наиболее подходящей для цементации и чистовой обработки [7]. Горяче- и холоднокатаная и волочёная углеродистая сталь с содержанием углерода выше 0,40/0 и легированная с содержанием углерода выше 0,3% для улучшения обрабатываемости должна подвергаться отжи-гу [8]. Сталь, раскисленная только ферромарганцем (кипящая сталь) или ферромарганцем и ферросилицием, — наследственно крупнозернистая сталь, а сталь, дополнительно раскисленная алюминием, — мелкозернистая.

Поэтому для определения зернистости необходимо знать зависимость размера зерна от температуры. Практически, однако, удобнее наследственную зернистость определять лишь размером зерна (соответствующим номером шкалы, рис. 182,а, • причем предварительно сталь должна быть нагрета до таких температур, при которых у наследственно мелкозернистой стали зерно еще не начнет расти (см. рис. 178), а у наследственно крупнозернистой стали уже вырастает.. Для обычных сортов конструкционной стали — эта температура 930°С. Стали, у которых при этой температуре номер зерна 1—4, принято считать наследственно крупнозернистыми, а стали с номером зерна 5—8 — наследственно мелкозернистыми. Наследственно мелкозернистая сталь не склонна к перегреву, т. е. интенсивный рост зерен начинается при значительно более высокой температуре, чем у наследственно крупнозернистой. Поэтому интервал температур закалки у наследственно мелкозернистых сталей значительно шире, чем у наследственно крупнозернистых. В наследственно мелкозернистой стали при нагреве до высоких температур (1000—1050°С) зерно увеличивается незначительно, однако при более высоком нагреве наступает бурный рост зерна. В наследственно крупнозернистой стали, наоборот, сильный рост зерна наблюдается даже при незначительном перегреве выше Act (рис, 107). Различная склонность к росту зерна определяется условиями раскисления стали и ее составом. Механические свойства стали (ударная вязкость, предел усталости и другие) зависят только от величины действительного зерна стали, т. е. падение идет быстро и при 650° временное сопротивление составляет около а/5 начальной величины. В отношении коррозии ковкий чугун считается наиболее устойчивым по сравнению с серым чугуном и сталью. Его поверхность — обычно ровная и гладкая — состоит из чистого феррита и потому, как совершенно однородная, она не дает в электролите микропар вследствие разности потенциалов отдель ных точек на поверхности. Такая однородная поверхность легко покрывается цинком, оловом, что невозможно для изделий из серого чугуна.Испытание отливок ковкого чугуна. Технические условия определяются ОСТ/НКТП 8826/2177. Поверка качеств отливок производится:а) наружным осмотром, обмером;б) испытанием контрольных образцов для определения временного сопротивления на разрыв и относительного удлинения;в) испытанием на твердость;г) проверкой отливок на качество отжига по виду излома;д) испытанием отливок на микроструктуру.Испытание на твердость производится на отливках в. местах, подлежащих обработке, для чего необходимо предварительно снять поверхность отливки в местах испытания не менее чем на 1 мм. Твердость по Бринелю определяется шариком диаметром 5 мм под нагрузкой 750 кг, время действия нагрузки не менее 10 сек. Количество отливок, отбираемых для испытания на твердость, определяется соглашением заказчика с заводом-изготовителем.Испытание изломом. Отливки весом более 5 кг, если конфигурация позволит, должны иметь специальные приливы (ушки) толщиной, соответствующей средней толщине отливки, но не более 16 х 19 мм. В отливках длиной > 600 мм такие приливы должны быть у каждого конца; ушки должны быть расположены в местах, допускающих свободный их отлом приемщиком.

Вопрос25

Отжиг первого родаОтжиг первого рода. Это отжиг, при котором, как правило не происходит фазовых превращений (перекристализации), а если они имеют место, то не оказывают влияния на конечные результаты. Различают следующие разновидности отжига первого рода: гомогенизационный, рекристаллизационный и уменьшающий напряжения. Гомогенизационный отжиг, или гомогенизация, применяется для выравнивания химической неоднородности (за счет диффузии) зерен твердого раствора, т. е. уменьшения микроликвации в фасонных отливках и в слитках главным образом из легированной стали. В процессе гомогенизации слитки нагревают до 1100-1200°С, выдерживают при этой температуре 8—15 ч, а затем медленно охлаждают до 200—250 °С. Продолжительность отжига 80 - 110 часов. Рекристаллизационному отжигу подвергают сталь,деформированную в холодном состоянии (см. гл. 2). Наклеп может оказаться столь большим, что сталь становится мало пластичной и дальнейшая деформация становится невозможной. Для возвращения стали пластичности и возможности дальнейшей деформации изделия проводят рекристализационный отжиг. При нагреве холоднодеформированной (наклепанной) стали до температуры 400—450 °С изменений в строении стали не происходит, механические свойства изменяются незначительно и только снимается большая часть внутренних напряжений. При дальнейшем нагреве механические свойства стали резко изменяются: твердость и прочность понижаются, а пластичность повышается (рис. 9.1). Это происходит в результате изменения строения стали. Вытянутые в результате деформации зерна становятся равноосными. Рекристаллизация начинается с появления зародышей на границах деформированных зерен. В дальнейшем зародыши растут за счет деформированных зерен, в связи с чем происходит образование новых зерен, пока деформмированных зерен совсем не останется (рис. 9.1). Под температурой рекристаллизации подразумевается температура, при которой в металлах, подвергнутых деформации в холодном состоянии, начинается образование новых зерен. А. А. Бочвар установил зависимость между температурой рекристаллизация температурой плавления стых металлов: Трекр = 0,4 Тпл, где Трскр и Тпл — соответственно температуры рекристаллизации и плавления в кельвинах по термодинамической шкале. Температуры рекристаллизации для некоторых металлов таковы: Молибден___ 900 °С Медь___270 °С Железо_____ 450 °С Свинец__-30°С В связи с тем что при температуре рекристаллизации процесс образования новых зерен происходит очень медленно, для ускорения процесса холоднодеформированные металлы и сплавы нагревают до более высокой температуры, например углеродистую сталь до 600 - 700 °С, медь до 500—700 °С. Эти температуры и являются температурами рекристаллизационного отжига. В зависимости от степени деформации размер зерна стали после рекристаллизации получается различный. При определенной степени деформации (для стали 7—15 %) после рекристаллизации получаются очень большие зерна. Такая степень деформации называется критической степенью деформации. Во избежание сильного роста зерна при рекристаллизации деформацию стали заканчивают со степенью обжатия, больше чем критическая степень деформации, или проводят отжиг с полной фазовой перекристаллизацией. Отжиг, уменьшающий напряжения. Это нагрев стали до температуры 200—700 °С (чаще до 350—600 °С) и последующее охлаждение с целью уменьшения внутренних напряжений после технологических операций (литье, сварка, обработка резанием и др.)

Имея подобный вид структуры, можно судить о расположении, форме и величине зерен, составляющих металл, и даже давать количественную оценку размерам зерен, т. е. определять их величину.

Эту величину принято характеризовать обычно средней площадью сечения каждого зерна, поскольку на шлифах наблюдаются всегда только сечения зерен, а не их пространственные размеры.

Полагая в общем случае, что все зерна одинаковы и в среднем могут быть уподоблены шарам (равноосны), для определения их величины измеряют некоторую площадь наблюдаемой структуры F и подсчитывают число N сечений зерен, наблюдаемых на этой площади. Частное от деления ^- будет представлять среднюю величину

зерна, выражаемую чаще всего в квадратных микронах (р.2).

Подробности об измерении зерен в металлах даются в практических руководствах. Следует отметить лишь примерные масштабы для суждения о размерах зерен. Весьма мелкие зерна (м и к р о-скопические, примерно, как изображенные на фиг. 23) имеют размеры порядка нескольких сот квадратных микрон; зерна крупные, макроскопические, можно выражать уже квадратными миллиметрами (10°р-2) и более.

Иногда величину зерен характеризуют средним диаметром, уподобляя их внешнюю форму шару. Размер зерна имеет весьма существенное влияние на свойства металла. В практике уже давно замечено, что крупные зерна большей частью сопровождаются пониженным механическим качеством металла; могут изменяться и прочие свойства, что находит объяснение отчасти в большем или меньшем развитии границ между зернами-кристаллами.

Влияние границ зерен на свойства металла в целом сказывается прежде всего в том, что эти границы являются поверхностями раздела зерен, в которых частицы (атомы) самого металла уже энергетически отличны от атомов, расположенных в решетке внутри зерна. Полагают, что частицы между зернами обладают повышенной энергией, представляющей поверхностную энергию, которая играет большую роль в явлениях, происходящих в различных телах и, в том числе, в металлах и их сплавах.

Таким образом, даже если представить себе абсолютно чистый металл, то и в нем должна существовать прослойка между зернами в циде неопределенно расположенных атомов, которую некоторые рассматривают как аморфную пленку металла и которая может влиять на свойства всего куска металла в целом.

Но помимо таких пленок, состоящих из атомов самого металла, в практически применимых металлах всегда имеются примеси, которые также могут расположиться в промежутках между зернами в виде пленок или включений и оказывать влияние на свойства металла.

Например, если эти пленки непрочны (хрупки), связь между зернами будет ослаблена, и разрушение металла при механическом воздействии произойдет по границам зерен. В этом случае будет наблюдаться межкристаллический излом металла (или интергранулярный).

Может быть и такой случай, когда прослойки между зернами окажутся прочнее самих зерен; тогда разрушение произойдет внутри самих зерен и будет виден в и утрикр металлический излом (или и н т р а г р а н у л я р н ы й).

Таким образом большее или меньшее развитие границ зерен должно оказывать влияние на металл. Так как это развитие границ определяется размерами зерна, то на последние должно быть обращено внимание при исследовании металлов.

Обработка металлов резанием. Формообразование поверхности металлов.

Обработка металлов резанием, технологические процессы обработки металлов путём снятия стружки, осуществляемые режущими инструментами на металлорежущих станках с целью придания деталям заданных форм, размеров и качества поверхностных слоев. Основные виды О. м. р.: точение,строгание, сверление, развёртывание, протягивание, фрезерование и зубофрезерование, шлифование, хонингование и др. Закономерности О. м. р. рассматриваются как результат взаимодействия системы станок — приспособление — инструмент — деталь

Пространственную конструктивную форму любой детали определяет сочетание различных поверхностей. Для облегчения обработки заготовки конструктор стремится использовать следующие геометрические поверхности: плоские, круговые цилиндрические и конические, шаровые, торовые, геликоидные и др. Любая геометрическая поверхность представляет собой совокупность последовательных положений (следов) одной производящей линии, называемой образующей, движущейся по другой производящей линии, называемой направляющей. Например, для образования круговой цилиндрической поверхности необходимо прямую линию (образующую) перемещать по окружноети (направляющей).

При обработке поверхностей на металлорежущих станках образующие и направляющие линии в большинстве случаев являются воображаемыми. Они воспроизводятся во времени комбинацией движений заготовки и инструмента, скорости которых строго согласованы между собой. Движения резания являются также формообразующими движениями. Механическая обработка заготовок деталей машин реализует в основном четыре метода формообразования поверхностей. Рассмотрим их на конкретных примерах.

Получение поверхностей по методу копирования состоит в том, что режущая кромка инструмента является реальной образующей линией 1, форма которой совпадает или обратна той, которая является образующей линией поверхности детали (рис. 48, а). Направляющая линия 2 воспроизводится во времени вращением заготовки. Главное движение здесь является формообразующим. Движение подачи необходимо для того, чтобы получить геометрическую поверхность определенного размера. Метод копирования широко используют при обработке фасонных поверхностей деталей на различных металлорежущих станках.

Образование поверхностей по методу следов состоит в том, что образующая линия 1 является траекторией движения точки (вершины) режущей кромки инструмента, а направляющая линия 2- траекторией движения точки заготовки (рис. 48, б). Здесь движения резания являются формообразующими. Этот метод формообразования поверхностей деталей распространен наиболее широко.

Образование поверхностей по методу касания состоит в том, что образующей линией 1является режущая кромка инструмента (рис. 48, в), а направляющая линия 2 поверхности служит касательной к ряду геометрических вспомогательных линий - траекториям точек режущей кромки инструмента. Здесь формообразующим является только движение подачи. Образование поверхностей по методу обкатки (огибания) заключается в том, что направляющая линия 2 воспроизводится вращением заготовки. Образующая линия 1 получается как огибающая кривая к ряду последовательных положений режущей кромки инструмента относительно заготовки (рис. 48, г) вследствие согласования между собой движения резания с движением подачи. Скорости этих движений согласуются так, что за время прохождения круглым резцом расстояния I резец должен сделать один полный оборот относительно своей оси вращения. Здесь все три движения являются формообразующими.

Резцы и их геометрия.

Различают токарные резцы:

проходные – для обтачивания наружных цилиндрических и конических поверхностей;

расточные – проходные и упорные – для растачивания глухих и сквозных отверстий;

отрезные – для отрезания заготовок;

резьбовые – для нарезания наружных и внутренних резьб;

фасонные – для обработки фасонных поверхностей;

прорезные – для протачивания кольцевых канавок;

галтельные – для обтачивания переходных поверхностей между ступенями валов по радиусу.

Головка резца имеет следующие элементы: переднюю поверхность, задние поверхности, режущие кромки и вершину.

Передней поверхностью называется поверхность резца, по которой сходит стружка.

Задними поверхностями называются поверхности резца, обращенные к обрабатываемой заготовке (главная и вспомогательная).

Режущие кромки образуются пересечением передней и задних поверхностей; их две — главная режущая кромка и вспомогательная.

Главная режущая кромкавыполняет основную работу резания. Она образуется от пересечения передней и главной задней поверхностей.

Вспомогательная режущая кромкаобразуется от (пересечения передней и вспомогательной задней поверхностей.

Вершина резцаэто место сопряжения главной и вспомогательной режущих кромок.

Измерение углов осуществляется по отношению к основной плоскости и плоскости резания.

Основной плоскостьюназывается плоскость, параллельная направлениям продольной и поперечной подач. У токарных резцов с призматическим телом за эту плоскость может быть принята нижняя опорная поверхность резца.

Плоскостью резанияназывается плоскость, перпендикулярная к основной и проходящая через режущую кромку резца, по касательной к поверхности резания.

© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.004)

Влияние величины зерна на механические свойства металлических материалов. Сущность ударного испытания надрезанных образцов на изгиб. Основные характеристики циклического нагружения. Механизмы пластической деформации. Коэффициент мягкости и жесткости.

Рубрика Производство и технологии
Вид контрольная работа
Язык русский
Дата добавления 20.10.2012
Размер файла 431,1 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Содержание

    Вопрос 1. Опишите влияние величины зерна на механические свойства
  • Вопрос 2. Изложите сущность ударного испытания надрезанных образцов на изгиб
  • Вопрос 3. Рассмотрите основные характеристики циклического нагружения
  • Вопрос 4. Опишите механизмы пластической деформации (скольжение, двойникование)
  • Вопрос 5. Методика и назначение технологического испытания на вытяжку сферической лунки
  • Вопрос 6. Рассчитать коэффициенты мягкости и жёсткости для трехосного сжатия, когдаS1 = -S,S2 = - 4/5S,S3 = - 7/14S
  • Список литературы

Вопрос 1. Опишите влияние величины зерна на механические свойства

Во многих случаях решающим для поведения материала помимо его механических свойств является величина зерна. Последняя может колебаться после отжига в чрезвычайно широких пределах.

Так, в листовом материале, идущем для глубокой вытяжки и давильных работ, где к поверхностным свойствам предъявляются высокие требования, стремятся получить зерно со средним диаметром 0,02-0,03 (0,04) мм. В противном случае, поверхность в сильно деформированных участках получается шероховатой, так как отдельные кристаллиты претерпевают различную деформацию и образуют поэтому рельеф.

Если лист поступает в дальнейшую прокатку это обычно почти не имеет значения: считают даже, что грубозернистый лист обрабатывается лучше. Однако подобное представление основывается главным образом на высоком удлинении и хороших характеристиках при испытании такого материала на продавливание, и неосновательно потому, что заключение об обрабатываемости материала, а следовательно и о способности его к глубокой вытяжке, недопустимо на основании только определения удлинения или глубины продавливания. Грубозернистый материал хуже полируется, так как он требует снятия значительного поверхностного слоя, прежде чем поверхность его станет снова плоской. Подобным же образом обнаруживается грубое зерно при обработке прутков, труб и т.д.

Существуют, с другой стороны, некоторые специальные области, например производство ламп накала, где предпочтителен грубозернистый металл, в данном случае тонкая проволока, с длинными, распространяющимися по всему или половине сечения, кристаллами.

По некоторым причинам, связанным с рекристаллизацией и укрупнением зерна, часто наблюдается, что материал полностью или отчасти приобретает структуру из крупных кристаллов размером в несколько миллиметров или сантиметров. Такая структура является вредной для многих целей. Так, при прессовании или при ковке между большими кристаллами легко образуются трещины.

Внутри зерна феррита нет сильных препятствий скольжению. Поэтому сопротивление его деформации течения создают границы зерна, и чем мельче зерно феррита, тем выше предел текучести. Чем больше деформация, тем больше препятствий создают внутри зерна сами следы скольжения и тем меньше влияет размер зерна на сопротивление течению.

Поэтому предел прочности зависит от размера зерна феррита слабее, чем предел текучести. У мартенсита столь сложная субзеренная структура, что в ней границы зерна исходного аустенита - препятствие пренебрежимо слабое. Прочность мартенсита от величины зерна не зависит. Перлит, сорбит, бейнит - двухфазные структуры. Их прочность определяется, прежде всего, температурой образования (дисперсностью цементита), а не величиной зерна исходного аустенита.

Если разрушение вязкое, то на деформацию до разрушения величина зерна почти не влияет. Но в условиях, например, хладноломкости хрупкое транскристаллитное разрушение (скол) распространяется по одной кристаллографической плоскости через всё зерно, то есть чем зерно феррита крупнее, тем сильнее концентрация напряжений от рассёкшей его фасетки скола и тем сталь более хрупкая.

Так же сильно влияет зерно исходного аустенита при граничной хрупкости, вызванной ослаблением границ от собирания на них примеси. Тогда вскрыть грань зерна - зернограничную фасетку - тем легче, чем зерно крупнее (чем больше концентрация напряжений у его границ).

металлический деформация мягкость жесткость

Вопрос 2. Изложите сущность ударного испытания надрезанных образцов на изгиб

Испытания на ударный изгиб позволяют оценить сопротивление хрупкому разрушению вязких материалов. Они наряду с растяжением являются приемосдаточными испытаниями металлов и используются также для контроля качества обработки, однородности структурного состояния.

При проведении испытаний на ударный изгиб надрезанный с одной стороны образец разрушается или прогибается посредством удара маятникового копра. Для этого стандартный образец (рис.1, а), свободно установленный на опоры копра, разрушается за один удар тяжелого маятника по стороне, противоположной надрезу (рис.1, б). Кроме U-образного концентратора, показанного на рис.1, применяются V-образные с углом раствора 45° и радиусом скругления 0,25 мм. Скорость маятникового копра в момент соударения зависит от угла падения б и обычно лежит в интервале 5 - 7 м/с.

Рис.1. Испытание образца на ударную вязкость: а - образец; б - схема испытания

Количественной характеристикой вязкости при ударном разрушении является отношение работы Wк, необходимой для разрушения образца, к площади его поперечного сечения, измеренной в плоскости симметрии надреза. Этот параметр ан= Wк /A0 (Дж/м2) округляют до целого числа и называют ударной вязкостью.

Вопрос 3. Рассмотрите основные характеристики циклического нагружения

Циклические испытания - это испытания, в процессе которых нагрузка меняется через определённые промежутки времени, т.е. периодически.

В практике наблюдаются случаи разрушения металлов под действием нагрузок, не достигающих предела прочности. Данное явление обычно наблюдается в случае, если нагрузки носят повторно-переменный характер, например, когда растяжение сменяется сжатием и т.п. Причина разрушения при многократном повторении чередующихся нагрузок носит название усталости металла, а способность выдерживать указанные нагрузки - выносливости. Причиной разрушения металлов от усталости является образование разрывов в тех местах, где присутствуют посторонние вещества, например крупинки шлака, или где имеются мелкие внутренние трещинки. Постепенное их соединение приводит к образованию больших трещин и к разрушению. Испытание на усталость производится на специальных машинах, где образцы металлов подвергаются многократной переменной нагрузке (до 10 и более миллионов циклов или смен нагрузки, т.е. растяжению и сжатию, переменному изгибу, переменному кручению и др.)

Усталостная прочность - способность металла сопротивляться упругой и пластической деформации при переменных нагрузках, она характеризуется наибольшим напряжением, которое выдерживает металл при бесконечно большом числе циклов нагружения, т.е. не разрушается. Такое напряжение называется пределом усталости, или пределом выносливости. Например, для углеродистой конструкционной стали = (0,4 - 0,5).

Вопрос 4. Опишите механизмы пластической деформации (скольжение, двойникование)

Деформацией называется изменение формы и размеров тела под действием внешних усилий. Деформации подразделяются на упругие и пластические. Упругие деформации исчезают, а пластические деформации остаются после окончания действия внешних сил. В основе упругих деформаций лежат обратимые смещения атомов металлов от положений равновесия; в основе пластических деформаций лежат необратимые перемещения атомов на значительные расстояния от исходных положений равновесия. Механизм пластической деформации рассмотрим на примере деформации монокристалла. Пластическая деформация в монокристалле осуществляется путем сдвига одной его части относительной другой. Сдвиг вызывают касательные напряжения.

Имеется две разновидности сдвига: скольжение и двойникование (рис.2).

Рис.2. Схемы пластической деформации скольжения (а) и двойникование (б)

При скольжении одна часть кристалла смещается параллельно другой части вдоль плоскости, которая называется плоскостью скольжения или сдвига (рис.2а). Скольжение - основной вид сдвига в металле и сплавах. Деформация двойникованием представляет собой перестройку части кристалла в новое положение, зеркально симметричное к его недеформированной части (рис.2б). Плоскость зеркальной симметрии называют плоскостью двойникования. При двойниковании атомные плоскости кристалла сдвигаются параллельно плоскости двойникования на разные расстояния. Часть кристалла, в которой в результате двойникования произошла переориентация кристаллической решетки, называют двойником деформации. По сравнению со скольжением, двойникование имеет второстепенное значение и его роль возрастает, когда скольжение затруднено.

Деформация скольжения развивается по плоскостям и направлениям, на которых плотность атомов максимальна.

Плоскость скольжения вместе с направлением скольжения, принадлежащим этой плоскости, образует систему скольжения. Элементарный акт сдвига - это смещение одной части кристалла относительно другой на одно межатомное расстояние.

Пластическая деформация в реальных кристаллах осуществляется путем последовательного перемещения дислокаций (рис.3).

Рис.3. Схема перемещения краевой дислокации при скольжении.

При постоянно действующем напряжении дислокация как бы по эстафете передается от одной атомной плоскости к другой, последовательно вытесняя при этом каждый соседний "правильный" ряд атомов. Процесс повторяется до тех пор, пока дислокация не выйдет на поверхность кристалла и его верхняя часть сдвинется относительно нижней части на одно межатомное расстояние (рис.3г). При этом на поверхности образуется ступенька в одно межатомное расстояние.

В плоскости скольжения обычно расположены десятки дислокаций. Их последовательное перемещение вдоль плоскости скольжения развивает процесс пластической деформации. Высота ступеньки, образующейся при этом на поверхности кристалла, увеличивается пропорционально числу дислокаций, выходящих на поверхность кристалла. Ступенька, видимая под микроскопом, называется линией скольжения. Группы близко расположенных линий скольжения образуют полосы скольжения. В процессе деформации возникают новые дислокации, и их плотность повышается от 108 до 1012 см - 2.

Вопрос 5. Методика и назначение технологического испытания на вытяжку сферической лунки

Для оценки способности материала воспринимать определенную деформацию в условиях, максимально приближенных к производственным, служат технологические испытания. Такие оценки носят качественный характер. Они необходимы для определения пригодности материала для изготовления изделий по технологии, предусматривающей значительную и сложную пластическую деформацию.

Испытания на вытяжку сферической лунки (метод Эриксена) проводят на листе и ленте толщиной 0,1 …2,0 мм для выяснения способности материала к холодной штамповке. Испытание заключается в вытяжке сферической лунки в образце, зажатом по контуру между матрицей и прижимным кольцом, путем вдавливания пуансона соответствующей формы. В процессе испытания фиксируется усилие вытяжки. Испытание прекращается при появлении мелких трещин на стороне, противоположной вдавливанию, которые обнаруживают с помощью зеркала. Схема испытания приведена на рис.4.

Рис.4. Схема испытания на вытяжку сферической лунки по Эриксену

Конструкция прибора предусматривает автоматическое прекращение процесса вытяжки Мерой способности материала к вытяжке служит глубина вытянутой лунки.

Вопрос 6. Рассчитать коэффициенты мягкости и жёсткости для трехосного сжатия, когда S1 = - S, S2 = - 4/5S, S3 = - 7/14S

Вопрос 8. Найдите потенциальную энергию стальной проволоки длиной 80см и диаметром 1мм, если она закручена на угол 0,8 градусов.

Один и тот же металл, но с разной величиной зерна подвергается воздействию жидкометаллической среды в различной степени. Во всех работах, посвященных исследованию влияния размера зерна, получен однозначный результат. Установлено, что с увеличением среднего диаметра зерна прочность твердого металла, находящегося в контакте с жидким, уменьшается.
Такое заключение вытекает, например, из приведенных вышe результатов испытания на растяжение с разной скоростью деформации медных образцов, покрытых ртутью. Из табл. 40 следует, что при всех использованных скоростях растяжения предел прочности и относительное удлинение образцов со средним диаметром зерна 0,1 мм ниже, чем образцов со средним диаметром 0,03 мм.
В работе исследовались механические свойства отожженной латуни ЛС59-1, имеющей диаметр зерна 50, 220 и 280 мкм. Испытание проводилось путем растяжения образцов с постоянной скоростью деформации, равной 0,03 мм/сек. Одна серия образцов испытана с ртутным покрытием, другая без покрытия. Температура испытании — комнатная. Полученные результаты показали, что с увеличением размера зерна прочность образцов чистых и с поверхностной пленкой жидкого металла снижается. Однако степень снижения их прочности неодинакова: под действием жидкой ртути снижение прочности латуни с увеличением размера зерна происходит интенсивнее. Например, при диаметре зерна 220 мкм предел прочности латуни в ртути на 31% ниже предела прочности на воздухе, а при диаметре зерна 280 мкм — на 40%.
Испытанием стальных образцов на изгиб в контакте с расплавленным оловянно-свинцовым припоем установлено, что- эффект воздействия жидкого металла также уменьшается с уменьшением размера зерна.
Найдена функциональная связь между истинным сопротивлением разрыву в жидкометаллической среде и средним диаметром зерна испытуемого металла. На рис. 82 приводится зависимость между этими величинами для латуни 70/30 при комнатной температуре, полученная в работе. В соответствии с графиком можно записать выражение.

Влияние величины зерна


где Sк — истинное сопротивление разрыву латуни с ртутным покрытием; d — средний диаметр зерна; S0 и К — постоянные.
Аналогичные зависимости получены также при испытании малоуглеродистой стали в литии при температуре 250° С, кадмия в галлии при 25° С и меди в ртути при 25° C и в литии при 205° С. Следует отметить, что уравнение (149) часто не соблюдается при испытании тех же материалов на воздухе. Причина заключается в том, что разрыву металла на воздухе предшествует значительная пластическая деформация. Когда разрушение образцов, не находящихся в контакте с жидким металлом, происходит хрупко, связь между напряжением при разрыве и диаметром зерна также описывается уравнением (149).

Влияние величины зерна


Зависимость в форме (149) справедлива не только для истинного предела прочности, но и для пределов текучести и пропорциональности. Из рис. 83, на котором приведены результаты испытания на растяжение с постоянной скоростью латуни 70/30 с ртутным покрытием, видно, что константа К в уравнении типа (149) для предела текучести меньше, чем для истинного сопротивления разрыву, в то время как величина S0 у них одинаковая. Различие в константах К означает, что с уменьшением размера зерна разница величин истинного сопротивления разрыву и предела текучести увеличивается, т. е. чем меньше диаметр зерна, тем большая пластическая деформация предшествует разрушению образца.
Никольс и Ростокер исследовали зависимость напряжения, соответствующего появлению трещины в поликристаллическом металле, и напряжения, необходимого для ее развития, от величины среднего диаметра зерна. Исследование проведено при комнатной температуре на латуни 70/30, покрытой тонким слоем ртути. Напряжение, необходимое для развития трещины, определяли испытанием образцов, в которых предварительно создавали трещины, захватывающие часть сечения. Его вычисляли по величине приложенной силы и площади оставшегося целым сечения образца. Испытания показали, что напряжение, необходимое для появления трещины, выше напряжения для ее развития, причем разница между ними тем больше, чем меньше линейный размер зерна. Связь между каждым из этих характерных напряжений и корнем квадратным из обратной величины среднего диаметра зерен оказалась линейной, подобной уравнению (149).

Влияние величины зерна


Размер зерен твердого металла сказывается также на температуре перехода из хрупкого состояния в пластичное или на величине верхней температурной границы эффекта воздействия жидкого металла. В работе исследовались температурные зависимости относительного удлинения при разрыве растяжением образцов из отожженной латуни 70/30 с разной величиной зерна. Установлено, что исчезновение хрупкости латуни, вызванной контактом с жидкой ртутью, происходит при температурах, находящихся в определенной зависимости от величины зерна. Из рис. 84 следует, что зависимость между температурой перехода от хрупкости к пластичности и логарифмом среднего диаметра зерна является линейной.

Читайте также: