Механични свойства на метали

Използвайки данните от тази таблица може да бъде изчислена, например, силата, необходима да се простират стоманен прът на квадратно сечение със страна 1 см до 0.1% от неговата дължина:

F = 200 000 МРа х 1 cm 2 х 0,001 = 20 000 N (= 20 кН)

Когато се прилага метал модел напрежение над еластичен гранична стойност, те причиняват пластмаса (необратимо) деформация, което води до необратима промяна на формата си. По-високи напрежения могат да доведат до влошаване на материала.

Най-важният критерий при избора на метален материал, който изисква висока еластичност, точка на добив. В най-добрия пружина стоманата е почти същия модул на еластичност, както и в най-евтиното сградата, но пружина стоманата може да издържи много по-голям стрес и следователно, много по-еластична деформация без пластична деформация, тъй като те имат по-висока граница на провлачване.

Когато метален материал се зарежда над точката на добив, той продължава да се деформира пластично, но процес на деформация, става по-твърдо вещество, така че е необходимо повече увеличение напрежение за по-нататъшно увеличаване на деформация. Това явление се нарича напрежението или работата закаляване (и втвърдяване). Това може да се докаже, многократно усукване или усукване металната жица. Закаляване на метални изделия често се извършват на растенията. Месинг лист, меден проводник, алуминиеви пръчки могат да бъдат студено валцуване или студено изтегляне за привеждане на нивото на твърдост изисква от крайния продукт.

Стречинг. Връзката между стрес и напрежение за материали често изследва чрез провеждане на тест за якост на опън и където получава графиката разтягане - графика на хоризонталната ос на деформация, която се отлага и вертикалната - напрежение (Фигура 1). Въпреки опън образец напречно сечение намалява (като увеличава дължина), напрежението обикновено изчислява чрез свързване сила на оригиналния сечение, отколкото намалява, което ще даде истинската напрежение. За малки деформации, това няма значение, но може да доведе до значителна разлика. Фиг. 1 показва криви на деформация - напрежението за двата материала с неравно пластичност. (Пластичността -. Тази способност на материала за удължени без счупване, но без да се върне към първоначалната форма след натоварването се отстранява) начинаещи линеен участък, като този и другите краища на кривата в точка добив където започва пластмаса поток. За по-малко податлив материал, най-високата точка на диаграмата, неговата якост на опън съответства унищожаване. За по-податлив материал якост на опън се постига, когато скоростта на намаляване на напречното сечение деформация става по-голяма, когато работа скоростта на втвърдяване. На този етап в теста започва формирането на "врата" (местно ускорено скъсване). Въпреки, че способността да издържат на натоварването намалее примерните, материалът във врата продължава да се втвърди. Тестът завършва с врата почивка.

Фиг. 1. СХЕМА НА РАЗШИРЕНИЕ

две метали с различна еластичност: относително крехък (пунктирана линия) и повече пластмаса (плътна линия). Добивът от двата метала са почти идентични. По-крехки метал е унищожена при достигане на нейната максимална якост на опън, и е по-податлив - преминаване през нейната якост на опън.

Типични стойности за количествата, характеризиращи якостта на опън на редица метали и сплави са показани в таблица. 2. Лесно е да се види, че тези стойности за един и същ материал може да варират в широки граници в зависимост от лечението.

Компресия. Еластичните и пластмасови свойства на сгъстяване е обикновено много подобни на тези, наблюдавани в напрежение (Фиг. 2). съотношение крива между теоретичното напрежение и конвенционален комплект компресия преминава по-горе за съответните крива стрес щам защото натиск напречно сечение на пробата не се намалява, но увеличава. Ако осите на графиката, за да отложат вярно стрес и вярно щам, кривите са практически същите, въпреки че се появява неуспеха в началото на напрежение.

Фиг. 2. Диаграма на опън и натиск

Кривата за компресиране на кондиционирани напрежение отива по-висока от разтягане, защото на натиск напречно сечение се увеличава, а не намалява.

Твърдост. Твърдостта на материала - е неговата способност да устои пластична деформация. От теста на опън изисква скъпо оборудване и отнема много време и често прибягват до един прост тест за твърдост. Когато се изпитва чрез методи Бринел и Rockwell в металната повърхност в даден товар и скорост на зареждане натиснат "Indenter" (връх с форма на сфера или пирамида). След това се измерва (често това става автоматично) размера на печат, и тя е решена стойност (номер) на твърдост. Колкото по-малък отпечатък, толкова повече твърдост. Силата на твърдост и якост на опън - това е до известна степен сходни характеристики: обикновено чрез увеличаване на един от тях се увеличава и други.

Тя може да изглежда, че винаги е желателно максимална здравина и твърдост добив метални материали. В действителност това не е вярно, и то не само по икономически причини (втвърдяване процеси изискват допълнително заплащане).

Първо, материалите трябва да се прилагат под формата на различни продукти, но обикновено се провежда при използване на процеси (подвижния, коване, пресоване), който играе важна роля пластична деформация. Дори и при обработката на металообработваща машина е много значителна пластична деформация. Ако твърдостта на материала е твърде голям, за да му се даде желаната форма изисква твърде много сила, така че режещите инструменти бързо се износват. Тази трудност може да се намали чрез третиране на метали при повишена температура, когато те станат по-мек. Ако топлинната обработка не е възможно, се използва метал отгряване (бавно нагряване и охлаждане).

На второ място, тъй като металната материала става по-трудно, обикновено губи еластичност. С други думи, материалът става крехък ако силата добив е толкова голям, че пластичната деформация не настъпва до напрежение, което веднага предизвика разрушаване. Дизайнерът обикновено трябва да изберете междинни нива на твърдост и пластичност.

силата на въздействието и несигурност. Вискозитетът на обратното на нестабилност. способност Този материал да устоява на фрактура, която поглъща енергията на удара. Например, стъкло крехка, защото не е в състояние да абсорбира енергия чрез пластична деформация. В еднакво драматичен ефект върху мека алуминиев лист не настъпва големи натоварвания, така като алуминиев способен на пластична деформация, за поглъщане на енергия щифт.

Има много различни методи за изпитване метален ефект. При използване на метода от призматично метал Charpy назъбена проба CON подаване прибрано махало. Работа изразходвани за фрактура на образеца, определен от разстоянието, на което махалото се деформира след удара. Тези тестове показват, че стоманата и много метали държат като крехки при ниски температури, но лепкави - повишени. Преходът от сферографитен до крехък поведение често се случва в сравнително тесен температурен диапазон, който се нарича средата температура на преход крехък-податлив. Друг тест въздействие също показва наличието на такъв преход, но температурата на преход се измерва варира от процес на процес в зависимост от дълбочината на жлеба, размера и формата на пробата, и методът на натоварване и въздействие скорост. Тъй като нито един от видовете тестове не играят на пълната гама от работни условия на изпитването на удар са ценни само за онези, които ви позволяват да се сравняват различни материали. Независимо от това, те дадоха много важна информация за въздействието на топене, топлинна обработка и производство на технологии, за да тенденцията за крехко разрушаване. Температурата на преход за стомани, както е измерено от Charpy V-ниво може да достигне 90 ° С, но подходящи добавки и топлинната обработка могат да бъдат намалени до # 61485; # 130 61 616; S.

Крехко разрушаване на стомана е причината за много инциденти, като например внезапни революционни тръбопроводи, съдове под налягане и резервоари за съхранение на експлозии, свива мостове. Сред най-известните примери - голям брой кораби на "Liberty", който облицовъчни непредвидени разходи по време на пътуването. Разследването показа, че неуспехът на съдовете "Свобода" се дължи по-специално неадекватно заваръчна техника, оставете вътрешно напрежение, лошо контрола върху състава на дефекти за спояване и дизайн. Информацията, получена в резултат на лабораторни тестове, значително ще намали вероятността за такива инциденти. Температурата на преход крехък-податлив на някои материали, като волфрам, силиций и хром, при нормални условия, значително над стайна температура. Такива материали обикновено се считат крехки, и да им се даде желаната форма чрез пластична деформация само при нагряване. В същото време, мед, алуминий, олово, никел, някои класове от неръждаема стомана и други метали и сплави не стават крехки при ниски температури. Въпреки че се знае много за крехко разрушаване, това явление все още не може да се разглежда като напълно проучен.

Умората. Умората нарича структурна повреда под действието на циклични натоварвания. Когато част е огъната в една посока и след това от другата страна, повърхността му последователно се подлага на компресия, напрежението. Когато достатъчно голям брой товарни цикъла може да доведе до разрушаване на напрежение много по-ниски от тези, при които настъпва разграждане в случай на един натоварване. Променливия напрежения предизвикват локализиран пластична деформация и работа втвърдяване на материала, което води до малки пукнатини настъпи с течение на времето. Концентрацията на напрежения в близост до краищата на пукнатините ги кара да расте. Първите пукнатини растат бавно, но с намаляване на напречното сечение, което представлява натоварването, напрежението в краищата на пукнатини се увеличи. В този случай, пукнатините растат по-бързо и най-накрая, веднага се отнася за целия участък на частта.

Умората е ясно най-честата причина за разрушаване на конструкцията в областта. Особено податливи на това, машина, работеща при циклично натоварване. умората на въздухоплавателни средства е един много важен въпрос, защото от вибрациите. За да се избегне умората недостатъчност често трябва да се провери и да се замени части за самолети и вертолети.

Creep. Пълзене (или пълзене) е бавно покачване на пластмаса метал деформация под постоянно натоварване. С появата на реактивни двигатели, газови турбини и ракети са станали все по-важни свойства на материала при повишена температура. В много области на техниката нататъшно развитие е ограничен от ограниченията, свързани с висока температура механични свойства на материалите.

При нормални температури, пластичната деформация е разположен почти мигновено, след като се прилага правилното напрежение, и по-нататъшни увеличения малко. При повишени температури, металите са не само по-меки, но също деформирани, така че деформацията продължава да се увеличава с времето. Този път зависими деформация, или пълзене, може да ограничи срока на експлоатация на сгради, които се нуждаят от време, за да работят при повишени температури.

Фиг. 3. Типични криви пълзене.
След стъпка бързо преходно пълзене намалява проценти пълзене и става почти постоянни, а след това идва етап на ускорено пълзене който завършва унищожаване.

Компонент живот в условия на пълзене може да се определи от всяка от максимално допустимото деформация или унищожаване, както и дизайнерът винаги трябва да се има предвид тези две опции. Подходящи материали за производството на изделия, предназначени за работа при повишени температури, като лопатки, е трудно да се определи предварително. Тестовете за известно време, равен на очаквания срок на служба, често почти невъзможно и резултатите са краткосрочни (ускорение) тест не е толкова лесно да се екстраполира за по-дълги периоди от време, тъй като тя може да промени характера на разрушаването. Въпреки, че на механичните свойства на висока температура сплави са непрекъснато се подобрява, както и материали на учените да Metal винаги ще бъдат изправени пред предизвикателството да създадат материали, които могат да издържат дори и по-високи температури.

Над него бе общите модели на поведение на метали по механични натоварвания. За да разберем по-добре това явление, е необходимо да се помисли за атомната структура на метали. Всички твърди метали - кристални материали. Те са съставени от кристали или зърна с атомната разположение отговаря на правилната триизмерна решетка. кристалната структура на метала може да бъде представена като съставена от атомни самолети или слоеве. Когато се прилага напрежение на срязване (сила, принуждавайки два съседни метални равнина на пробата да се плъзга върху друг в противоположни посоки), един слой от атоми може да се движи интегрално с interatomic разстояние. Такава промяна ще се отрази на формата на повърхността, но не и в кристалната структура. Ако един слой е изместен от много interatomic разстояния след това формира на повърхността "стъпка". Макар че отделните атоми са твърде малки, за да се види с микроскоп, стъпка, образуван от плъзгане, ясно се вижда под микроскоп и се наричат ​​контактни линии.

Конвенционалните метални предмети, намерени нас всеки ден, са поликристални, т.е. Тя се състои от голям брой кристали всеки от които има собствена ориентация атомни равнини. Деформация конвенционален поликристален метал единичен кристал има щам общо е, че това се дължи на плъзгане на атомните равнини на всяка кристална. Забележителни цялата плъзгане по техните граници кристали се наблюдава само при условия на пълзене при повишени температури. Средният размер на единичен кристал или зърно може да бъде от няколко хилядни до няколко десети от cm. Желателно по-голяма детайлност, тъй като механичните свойства на фин метал-добре, отколкото груби. В допълнение, фини зърна метали малко крехък.

Плъзгащи се и разместване. процеси приплъзване може да проучи повече върху метални монокристали отгледани в лаборатория. Оказа се, не само, че фиша се случва в някои конкретни области и обикновено добре определени самолети, но това монокристали деформирани при много ниски напрежения. Лятно единични кристали в състояние на добив започва от 1 за алуминий и желязо - в 15-25 МРа. На теория, този преход е и в двата случая трябва да се извършва при напрежение от прибл. 10 000 МРа. Това несъответствие между експерименталните данни и теоретични изчисления продължение на много години е бил важен въпрос. През 1934, Taylor препоръчва Orowan Polani и обяснение на базата на представянето на дефекти на кристалната структура. Те предполагат, че първата плъзгаща обем възниква в някакъв момент от атомна равнина, която след това се разпространява през кристала. Преместен границата между регионите и nesdvinuvsheysya (фиг. 4) е линейна дефект на кристалната структура, наречена дислокация (на фигурата, тази линия отива на кристала, перпендикулярна на равнината на чертежа). Когато кристалите се прилага напрежение на срязване, на дислокация движи, причинява плъзгане в равнината, в която се намира. След дислокация оформени, те са много лесно да се движат през кристала, което обяснява "мекота" на кристали.

Фиг. 4. решетка кристал.
и - срязване стрес прилага в посока на стрелките; Ляв образува дислокация (б) обграден от кръг, който се движи надясно (в), след това остатъкът (Z) може да се възстанови отново.

Температурни ефекти. Влиянието на повишени температури може да бъде обяснено на базата на представяне на изкълчвания и структура на зърното. Многобройни размествания в кристали от щам втвърдени метал и нарушават кристална решетка енергията на кристала се увеличава. Когато метал се нагрява, атомите стават мобилни и се превръщат в нови, по-съвършени кристали с малко размествания. С такъв прекристализация и свързаното омекотяване което се случва по време на отгряване на метали.

Bernstein ML Zaymovsky VA Механичните свойства на метали. М. 1979
Uayett OG Оросяване-Hughes J. метали, керамика и полимери. М. 1979
Павлов PA Механичната състоянието и материал силата. Л. 1980
Соболев НД Богданович KP Механичните свойства на материалите и основите на Сила физика. М. 1985
Жукавец II Механично изпитване на метали. М. 1986
Бобилев AV Механични и технологични свойства на метали. М. 1987