Механические свойства металлов

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Механические свойства металлов

Механические свойства при растяжении, как и при других статических испытаниях, могут быть разделены на три основные группы: прочностные, пластические и характеристики вязкости. Прочностные свойства — это характеристики сопротивления материала образца деформации или разрушению. Большинство стандартных прочностных характеристик рассчитывают по положению определенных точек на диаграмме растяжения, в виде условных растягивающих напряжений. В гл. III анализировались диаграммы в координатах истинное напряжение — истинная деформация, которые наиболее точно характеризуют деформационное упрочнение. На практике же механические свойства обычно определяют по первичным кривым растяжения в координатах нагрузка — абсолютное удлине-
...
ние, которые автоматически записываются на диаграммой ленте испытательной машины. Для поликристаллов различных металлов и сплавов все многообразие этих кривых при низких температурах можно свести в первом приближении к трем типам (рис. 85).
...
Диаграмма растяжения I типа характерна для образцов, разрушающихся без заметной пластической деформации. Диаграмма II типа получается при растяжении образцов, равномерно деформирующихся вплоть до разрушения. Наконец, диаграмма III
...
(см. рис. 85, ///) может быть либо плавным (сплошные линии), либо прерывистым. В последнем случае на диаграмме растяжения могут, в частности, появиться «зуб» и площадка текучести (пунктир на рис. 85, //, III).
...
В зависимости от типа диаграммы меняется набор характеристик, которые по ней можно рассчитывать, а также их физический смысл. На рис. 86 (диаграмма III
...
нейный участок до пересечения с осью деформаций в точке 0, которую и принимают за новое начало координат, исключая таким образом искаженный из-за недостаточной жесткости машины начальный участок диаграммы. Далее можно пользоваться двумя способами. По первому из них на произвольной высоте в пределах упругой области вос-
...
олтико-механические (зеркальные), емкостные, индуктивные, дифференциально-трансформаторные, механотронные и др.
...
Условные пределы пропорциональности, упругости и текучести характеризуют сопротивление материала малым деформациям. Величина их незначительно отличается от истинных напряжений, отвечающих соответствующим допускам по деформации. Техническое значение этих пределов сводится к тому, чтобы оценить уровни напряжений, под действием которых та или иная деталь может работать, не подвергаясь остаточной деформации (предел пропорциональности) или деформируясь на какую-то небольшую допускаемую величину, определяемую условиями эксплуатации (сто.оь 0о,о5. 0о
...
Физический смысл предела пропорциональности любого материала настолько очевиден, что не требует специального обсуждения. Действительно, оиц
...
и важной характеристикой сопротивления металлов и сплавов малой пластической деформации. Поэтому физический смысл предела текучести и его зависимость от различных факторов необходимо проанализировать подробнее.
...
Плавный переход от упругой к пластической деформации (без зуба и площадки текучести) наблюдается при растяжении таких металлов и сплавов, в которых имеется достаточно большое количество подвижных, незакрепленных дислокаций в исходном состоянии (до начала испытания). Напряжение, необходимое для начала пластической деформации поликристаллов этих материалов, оцениваемое через условный предел текучести, определяется силами сопротивления движению дислокаций внутри зерен, легкостью передачи деформации через их границы и размером зерен.
...
В последние десятилетия показано, что зуб и площадку текучести можно получить при растяжении моно- и поликристаллов металлов и сплавов с различными решетками и микроструктурой. Наиболее часто фиксируется резкая текучесть при испытании металлов с о. ц. к. решеткой и сплавов на их основе. Естественно, практическое значение резкой текучести для этих металлов особенно велико, и большинство теорий также разрабатывалось применительно к особенностям этих материалов. Использование дислокационных представлений для объяснения резкой текучести было одним из первых и очень плодотворных приложений теории дислокации.
...
Вначале образование зуба и площадки текучести в о. ц. к. металлах связывали с эффективной блокировкой дислокаций примесями. Известно, что в о. ц. к. решетке атомы примесей внедрения образуют не обладающие шаровой симметрией поля упругих напряжений и взаимодействуют с дислокациями всех типов, в том числе с чисто винтовыми. Уже при малых концентрациях [<10-1—10~2 %' ;(ат.)] примеси (например, азот и углерод в железе) способны блокировать все дислокации, имеющиеся в металле до деформации. Тогда, по Коттреллу, для начала движения дислокаций и для начала пластического течения необходимо приложить напряжение, гораздо большее, чем это требуется для перемещения дислокаций, свободных от примесных атмосфер. Следовательно, вплоть до момента достижения верхнего предела текучести заблокированные дислокации не могут начать двигаться, и деформация идет упруго. После достижения ат.в
...
Подтверждением правильности теории Коттрелла служат результаты следующих простых опытов. Если проде-формировать железный образец, например до точки А
...
ций. Кроме того, образование зуба и площадки текучести наблюдается у бездислокациониых кристаллов — «усов». Следовательно, теория Коттрелла описывает лишь частный, хотя и важный случай проявления резкой текучести.
...
Основой современной общей теории резкой текучести, которую еще нельзя считать окончательно установившейся, является все то же положение, выдвинутое Коттреллом: зуб и площадка текучести обусловлены резким увеличением числа подвижных дислока
...
ций в начале пластического течения. Это значит, что для их появления требуется выполнение двух условий: 1) в исходном образце число подвижных дислокаций должно быть очень малым, и 2) оно должно иметь возможность быстро увеличиться по тому или иному механизму в самом начале пластической деформации.
...
В общем виде возможность возникновения резкой текучести в материале с малой исходной плотностью подвижных дислокаций и быстрым ее увеличением в начале пластического течения описывается теорией Гана. Предположим, что наш образец растягивается с постоянной скоростью деформации. Его удлинение е
...
Зуб текучести образуется на ней из-за первоначального снижения S в соответствии с формулой (55), если минимум этой кривой лежит правее прямой S
...
Увязка микро- и макроскопической картины развития резкой текучести представляется следующим образом. Еще до достижения верхнего предела текучести в некоторых зернах, где максимальна концентрация напряжений (например, вблизи головок образца) и наиболее благоприятна ориентировка относительно растягивающей силы, начинают работать дислокационные источники или разблокируются и начинают двигаться «старые» дислокации, имевшиеся в металле до начала испытания. Если исходный образец имеет достаточно совершенную субструктуру, подвижные дислокации относительно легко перемещаются по плоскостям скольжения, где касательные напряжения максимальны, и многие из них доходят до границ зерен. Здесь они тормозятся, образуя плоские или объемные скопления, напряжения от которых инициируют работу источников в соседнем зерне.
...
При макроскопически равномерном распределении напряжений момент перехода деформации через первую границу зерна считается началом распространения полосы Чернова — Людерса, и ему соответствует верхний предел текучести. При наличии же концентраторов напряжений полосы могут образовываться при более низких внешних напряжениях, и высота зуба текучести будет уменьшаться вплоть до полного исчезновения. Такая сильная зависимость величины от.в
...
жесткости машины и образца этот спад в машине становится настолько значительным, что не фиксируется силоизме-рительным устройством, и зуб текучести не выявляется.
...
В районе фронта (пунктир на рис. 95) распространения полосы Чернова—Людерса можно выделить четыре области. В первой из них деформация еще не началась, здесь напряжение не достигло ат.в. Вторая область —это узкий слой непосредственно перед фронтом полосы, где напряжение равно или больше верхнего предела текучести, причем складывается оно из ат.и
...
Пластическая деформация внутри полос Чернова — Людерса характеризуется большой скоростью, относительно высоким для подвижных дислокаций уровнем напряжений и значительным количеством почти мгновенно образующихся дислокаций (в отсутствие резкой текучести плотность дислокаций с увеличением деформации возрастает плавно и с гораздо меньшей скоростью).
...
В макромасштабе полосы Чернова — Людерса распространяются под углом ~45° к оси образца, т. е. в направлении действия максимальных касательных напряжений.
...
Из рассмотрения механизма резкой текучести следует, что величина физического (нижнего) предела текучести определяется теми же основными факторами, что и значения условного предела текучести: сопротивлением перемещению дислокаций, размером зерен и легкостью передачи деформации через их границы.
...
Зависимость предела текучести от размера зерна является важнейшей в теории предела текучести поликристаллов. Границы зерен служат эффективными барьерами для движущихся дислокаций. Чем мельче зерно, тем чаще встречаются эти барьеры на пути скользящих дислокаций и большие напряжения требуются для продолжения пластической деформации уже на начальных ее стадиях. В результате по мере измельчения зерна предел текучести возрастает. Многочисленные эксперименты показали, что нижний предел текучести
...
Формула (56), называемая по имени ее первых авторов уравнением Петча — Холла, универсальна и хорошо описывает влияние размера зерна не только на'от.н» но и на условный предел текучести и вообще любое напряжение течения в области равномерной деформации.
...
Физическая трактовка эмпирического уравнения (56) базируется на уже рассмотренных представлениях о природе резкой текучести. Константа а, рассматривается как напряжение, необходимое для перемещения дислокаций внутри зерна, а слагаемое Kyd~xl'1
...
Эффект резкой текучести зависит от температуры испытания. Ее изменение сказывается и на высоте зуба текучести, и на длине площадки, и, что самое главное, на величине нижнего (физического) предела текучести. С повышением температуры испытания высота зуба и длина площадки текучести обычно уменьшаются. Такой эффект, в частности, проявляется при растяжении о. д.
...
размытием примесных атмосфер уже при низких температурах из-за высокой диффузионной подвижности примесей внедрения.
...
Условный предел текучести обычно слабее зависит от температуры, хотя и он закономерно снижается при нагреве чистых металлов и сплавов, в которых при испытании не проходит фазовых превращений. Если же такие превращения (особенно старение) имеют место, то характер изменения предела текучести с повышением температуры становится неоднозначным. В зависимости от превращений структуры здесь возможен и спад, и подъем, и сложная зависимость от температуры. Например, повышение температуры растяжения предварительно закаленного сплава — пересыщенного твердого раствора приводит вначале к повышению предела текучести вплоть до какого-то максимума, соответствующего наибольшему количеству дисперсных когерентных выделений продуктов распада твердого раствора, а при дальнейшем повышении температуры 00,2
...
на диаграмме растяжения (см. рис. 86) в образце развивается интенсивная пластическая деформация, которая была ранее подробно рассмотрена. До точки
...
эта макроравномериость пластической деформации нарушается. В какой-то части образца, обычно вблизи концентратора напряжений, который был уже в исходном состоянии или образовался при растяжении (чаще всего в середине расчетной длины), начинается локализация деформации. Ей соответствует местное сужение поперечного сечения образца — образование шейки.
...
ции вплоть до момента разрушения. Кривая на рис. 98 позволяет проводить строгий анализ деформационного упрочнения и прочностных свойств при растяжении. Диаграмма истинных напряжений (см. рис. 98) для материалов, разрушающихся с образованием шейки, обладает рядом интересных свойств. В частности, продолжение прямолинейного участка диаграммы за точку b
...
напряжений позволяет примерно оценить величину ов, а экстраполяция прямолинейного участка до точки с,
...
Диаграмма на рис. 98 качественно отличается от ранее рассмотренных кривых деформационного упрочнения, поскольку при анализе последнего мы обсуждали
...
деформации, на которой сохраняется схема одноосного растяжения, т.е. ранее анализировались диаграммы истин-' ных напряжений, соответствующих II типу кривых.
...
Для относительно малопластичных материалов, дающих кривую растяжения, показанную на рис. 85, //, (7В—
...
няется, если разрыв происходит вблизи головок — в одной из крайних третей расчетной части образца. Дело в том, что распределение удлинения в пределах расчетной длины неравномерно (рис. 99). Вблизи шейки, где локализуется пластическая деформация, удлинение, естественно, больше, чем
...
Схема на рис. 99 позволяет сделать несколько важных выводов. Ширина зоны сосредоточенной деформации cd
...
Характеристики пластичности часто связаны с прочностными свойствами. При достаточно высоких значениях относительного удлинения и сужения (>10—20 %) прочность обычно тем меньше, чем выше пластичность. Но переход к хрупкому разрушению сопровождается, как правило, снижением прочностных свойств.
...
В зависимости от величины удлинения меняется разница между пределами текучести и прочности. Отношение оо,2
...
Из формул (59) —(61) следует, что удельная работа деформации—это комплексная характеристика. Она определяется совокупностью более «простых» механических свойств материала-—прочностных и пластических. Следует подчеркнуть, что по формуле (61) экспериментальным точкам на зависимостях вязкости от различных параметров, например от температуры или концентрации легирующего элемента, не должны в общем случае соответствовать экстремумы на соответствующих зависимостях предела текучести, истинного сопротивления разрыву или коэффициента деформационного упрочнения. При плавном, монотонном изменении этих свойств на кривой вязкости могут наблюдаться максимумы и минимумы. Таким образом, удельная работа деформации может оказаться более чувствительной характеристикой изменения структурного состояния материала, чем «простые» свойства.
...
Многие листовые конструкции — баллоны и сосуды под внутренним давлением, обшивка самолетов и ракет—работают в условиях двухосного растяжения. Для оценки поведения материалов в таких условиях проводят специальные испытания на двухосное растяжение методом гидравлического или пневматического выдавливания. Квадратный листовой образец закрепляют на опорной плите с круглым или эллиптическим отверстием и выдавливают снизу под давлением жидкости или газа вплоть до разрушения образующегося сферического или эллипсовидного сегмента. В полюсе сегмента создается схема двухосного растяжения: симметричного (Si = S2) в сферическом и несимметричного (5
...
В процессе испытания может быть записана диаграмма деформации в координатах давление — стрела прогиба (или радиус изгиба), по которой рассчитывают напряжения на разных стадиях деформации и в момент разрушения. Основными характеристиками свойств материала при испытании на двухосное растяжение по описанной схеме являются условный и истинный пределы прочности. Для сферического сегмента авл
...
Испытания на двухосное растяжение более жесткие, чем на одноосное. При решении вопроса о возможности применения материала в листовой конструкции, работающей в условиях двухосного растяжения, сопоставляют его свой
...
ства по результатам испытаний на одноосное и двухосное растяжение. Если они близки или выше в условиях двухосного растяжения, то считают, что материал может использоваться в
...
Часто для лучшего моделирования реальных условий эксплуатации испытания на двухосное растяжение проводят, задавая листовому образцу определенный запас упругой энергии (в конструкциях запас упругой энергии обычно значительно больше, чем в испытательных машинах, особенно жестких). Для этого образец подвергают предварительному выдавливанию. В таком случае величина tQ
...

Газовая сварка и резка металлов
Специальные стали
Трансформаторы для электродуговой сварки
Механические свойства металлов
Сварочный аппарат своими руками
Сварка на контактных машинах
Краткий справочник технолога-термиста

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Механические свойства металлов