Головна

Механічні і спеціальні властивості матеріалів

  1. III. Норми витрат мастильних матеріалів
  2. XI. Пристосування ТА ІНШІ ЕЛЕМЕНТИ, властивості. Здібностей та обдарувань АРТИСТА
  3. А. Вірогідність і надійність матеріалів.
  4. АТ. Механічні характеристики АД при різних режимах роботи
  5. Алюміній, його властивості та застосування в техніці
  6. Амфотерними називаються такі гідроксиди, які в залежності від умов виявляють властивості яких підстав, або кислот.
  7. Аналіз результатів і оформлення матеріалів

Властивість - це якісна або кількісна характеристика матеріалу, що визначає спільність або відмінність його від інших матеріалів і служить основою вибору матеріалу для використання його в конкретних умовах.

Вибір здійснюють, оцінюючи експлуатаційні, технологічні та вартісні властивості матеріалу.

Експлуатаційні властивості визначають працездатність виготовлених з цього матеріалу деталей машин і приладів, їх силові та швидкісні параметри, надійність і довговічність.

До основних експлуатаційними властивостями відносяться: - механічні властивості при звичайних умовах випробувань; жаростійкість; корозійна стійкість; жаропрочность; особливі фізичні властивості (електричні, магнітні; теплофізичні і т.п.).

Механічні властивості характеризують опір матеріалу деформацій і руйнування під дією зовнішніх механічних навантажень.

Характеристики механічних властивостей, виміряні при лабораторних випробуваннях стандартних зразків, відносяться тільки до матеріалу, але не враховують впливу конструкції деталі і машини в цілому, а також умов експлуатації. Проте, саме ця група показників механічних властивостей використовується для оцінки матеріалу і на стадії проектування, і на стадії виготовлення машини.

Крім того, механічні властивості матеріалу залежать від швидкості прикладання навантаження, температури, напруженого стану (наприклад, можуть відрізнятися при розтягуванні і крученні) та ін.

 Основні стандартні параметри, що характеризують механічні властивості, визначають при випробуваннях зразків на статичний розтяг (при повільному і плавному зростанні навантаження). Механічне поведінка матеріалу при такому випробуванні описує діаграма розтягування, побудована в координатах s-e.

Тут s = P / F - внутрішня напруга, рівні відношенню прикладеного навантаження P до площі перетину зразка F, нормального до цього навантаження. s = [кгс / м2] = 10 [Н. / м2] Або [Па]. e = Dl / l0 - Відносна деформація, зміна робочої довжини зразка Dl , Віднесене до вихідної довжини l0.

Спочатку прикладання навантаження і зростання внутрішніх напружень зразок, як будь-яке тверде тіло, деформується пружно. Пружна деформація зростає пропорційно збільшенню напружень. У пружною області виконується закон Гука: s = Еe. При знятті навантаження і зникнення викликаних нею напружень пружна деформація теж зникає, зразок повертається до початкових розмірів.

Коефіцієнт пропорційності Е називається модулем нормальної пружності або модулем Юнга. Він є константою даного матеріалу, характеризує його жорсткість і силу міжатомної взаємодії. Модуль Юнга може бути знайдений як тангенс кута нахилу пружного ділянки кривої деформації - Е = tga.

Інші характеристики, які можуть бути визначені по кривій розтягування:

sупр - Межа пружності - максимальна напруга, що викликає оборотні (пружні) деформації. Точно визначити sупр важко через дуже малих пружних деформацій (eупр<0,2%).

sт (s02) - Межа плинності, напруга, при якому відбувається відхилення від пропорційної взаємозв'язку s-e і починає розвиватися необоротна (пластична) деформація. Фізичний межа плинності - sт може бути визначений для сплавів, у яких на діаграмі деформацій явно виражена майданчик плинності. В іншому випадку визначають умовний межа плинності - s02, Напруга, яке відповідає залишкової деформації eост= 0,2%.

sв - Тимчасовий опір руйнуванню або межа міцності, максимальна напруга, що може витримати зразок до руйнування.

 Державні стандарти на відливання і прокат якісної сталі регламентують такі характеристики механічних властивостей, які визначаються при статичному розтягуванні: Е, sт(s02), Sв, D, f. Тут d - відносне подовження, [%], і f - відносне звуження, [%], які характеризують пластичність матеріалу.

У деяких сплавах пластична деформація не розвивається, а відразу за областю пружного деформування настає руйнування. Так, наприклад, поводиться сірий чавун для виливків. Діаграма його деформації має вигляд:

Тому механічні властивості сірого чавуну характеризуються межею міцності (тимчасовим опором руйнуванню), sв і модулем пружності: Е = tga.

Механічні властивості чавуну в великій мірі залежать від умов кристалізації. У різних ливарних цехах міцність виливків з чавунів одного складу може мати відчутні відмінності, і однакові властивості можуть бути у чавунів з різним складом. Тому маркування чавуну для виливків виробляється по його міцності.

Наприклад, СЧ20 - сірий чавун з межею міцності 20кгс / мм2в<25кгс / мм2, Наступна марка СЧ25 регламентує міцність в межах від 25кгс / мм2 до 30кгс / мм2, При цьому зразки для випробувань виготовляють з стрижня ?30 мм, відлитого в сиру піщано-глинистий форму, що забезпечує фіксовану швидкість охолодження литої заготовки.

Ще більш поширеним статичним випробуванням є визначення твердості.

під твердістю слід розуміти опір матеріалу втискуванню іншого твердого тіла - індентора.

Залежно від розмірів, твердості і структурної однорідності твердого тіла застосовують різні методи випробування. Ці методи розрізняються формою і матеріалом индентора, а також навантаженням на индентор.

Найбільш поширені такі методи:

- Метод Брінелля, визначення твердості металів втискуванням в випробуваний зразок сталевого загартованого кульки. Твердість по Брінеллю вказується в одиницях НВ (Hardness Brinell)., Застосовується для визначення загальної твердості металом і сплавів, в тому числі сплавів, структура яких складається з фаз різної твердості, як, наприклад, у сірого чавуну;

- Метод Роквелла визначення твердості матеріалів (головним чином металів) вдавленням в випробовуваний зразок алмазного конуса (шкали А і С, які відповідають різним навантаженням) або сталевого загартованого кульки (шкала В). Твердість вказується в одиницях HR (Hardness Rockwell) з додаванням позначення шкали (HRA, HRB, HRC);

- Метод Віккерса визначення твердості металів HV (Hardness Vickers), проводиться шляхом вдавлення в випробуваний зразок алмазної піраміди силою (навантаженням) від декількох гам до 5 кг. Твердість по Віккерсу вказується в одиницях -кгс / мм2 або МПа. Цей метод може застосовуватися для визначення твердості тонких зміцнених або, навпаки, разупрочненних шарів, для випробування малих по перетину об'єктів і т.п .;

- Метод визначення мікротвердості, Нm дозволяє виміряти твердість окремих фаз мікроструктури сплавів, так як Мікротвердоміри забезпечений мікроскопом зі збільшенням до '500 (по крайней мере, на вітчизняних приладах).

Для визначення твердості матеріалів в польових умовах використовують таровані напилки або метод Шора, за яким твердість визначають за допомогою склероскопа по висоті відскоку легкого бойка з алмазним наконечником, що падає на поверхню випробовуваного масивного тіла з певної висоти.

Більшість деталей машин в процесі роботи піддаються динамічним навантаженням, тобто навантажень, зростаючим з дуже високою швидкістю, наприклад, ударам.

При динамічному навантаженні матеріали схильні до найбільш небезпечного крихкому руйнуванню, ймовірність такого руйнування посилюється в присутності концентраторів напружень, таких як надрізи.

Тому для визначення механічних властивостей технічних сплавів виробляють динамічні випробування при ударному вигині.

В результаті цих випробувань визначають питому енергію, витрачену на руйнування зразка - ударну в'язкість: KCU = К / S0 [МДж / м2], Де К - енергія, витрачена на руйнування зразка, а S0 - Поперечний переріз зразка, за яким він зруйнований.

Для збільшення жорсткості випробувань на зразку з боку, протилежного удару, роблять надріз U-Б V-подібної форми або наводять тріщину, відповідно отримана в результаті випробувань характеристика - ударна в'язкість, позначається KCU, KCV або KCT.

Випробування проводяться на машині, яка називається маятниковий копер. Зразок - паралелепіпед перетином 10'10 мм, довжиною 55 мм (можливі стандартні зразки інших розмірів).

 Проводячи випробування при знижених температурах, визначають схильність матеріалів до охрупчіванію в умовах холоду.

Будуючи за результатами випробувань серіальні криві залежності КСU-t °, знаходять порігхладноломкості (критичну температуру крихкості) tхр температуру, при якій ударна в'язкість різко знижується, внаслідок переходу матеріалу в крихке стан.

Для виготовлення деталей машин, які експлуатуються в умовах низьких температур, необхідно використовувати матеріали з низьким порогом хладноломкости, щоб виключити аварійні поломки через низькотемпературного охрупчивания.

Перехід від в'язкого руйнування до крихкого супроводжується зміною виду зламу.

В'язкий злам має матовий волокнистий вигляд, крихкий характеризується блискучим кристалічним рельєфом.

Тому іноді порігхладноломкості, t50 - Визначають як температуру, при якій 50% площі зламу має волокнистий (в'язкий) рельєф, а 50% кристалічний (крихкий).

Багато деталей машин: шестерні, вали, шатуни і ін., Працюють в умовах циклічно мінливих навантажень. За час циклу t напруги в таких деталях міняються від smin до smax.

 При такому режимі роботи в матеріалі накопичуються пошкодження, і розвивається утомлююча руйнування при напрузі нижче статичного межі міцності sв

Руйнування від втоми супроводжується характерним видом зламу.

1 вогнище (фокус) зламу - місце зародження втомної тріщини;

2 зона втоми - повільно, поступово зростаюча усталостная тріщина;

3 зона доломіт - перетин, зруйноване при одноразовому навантаженні в останньому циклі.

Здатність матеріалу протистояти втомі називається витривалістю. Про витривалості матеріалу судять по межі витривалості s-1, Який визначається за результатами циклічних випробувань і за допомогою втомної кривої, побудованої на базі певного числа цікловN, зазвичай, Nк = 106.

 N - циклічна довговічність - число циклів роботи матеріалу до утворення втомної тріщини.

sк- Обмежений (малоциклова) межа втоми, напруження яке може витримати матеріал протягом Nк числа циклів навантаження;

s-1 - Фізичний межа втоми, напруження, при якому матеріал може працювати нескінченно довго.

Всі ці види випробувань на розтяг, твердість, ударну в'язкість і міцність від утоми, стандартизовані та проводяться відповідно до ГОСТами. ГОСТом на випробування обумовлюються: місця і спосіб відбору зразків, форма і розміру їх, характеристики випробувальних машин, умови випробувань, вимірювання і розрахунок обумовлених характеристик.

Результати випробувань порівнюють з вимогами ГОСТів на продукцію.



Попередня   14   15   16   17   18   19   20   21   22   23   24   25   26   27   28   29   Наступна

Предмет матеріалознавства. Взаємозв'язок структури і властивостей матеріалів. | Взаємозв'язок структури і властивостей матеріалів | Фази і структурні складові металевих сплавів. Діаграми стану. | Форма первинних кристалів і будова зливка. | Лекція 5. Залізовуглецеві сплави. Система залізо - графіт і залізо - цементит. | залізовуглецевих сплавів | Перетворення в сталі при нагріванні | Перетворення аустеніту при охолодженні | Перетворення при відпуску загартованої сталі | Зміна властивостей стали при термічній обробці |

© um.co.ua - учбові матеріали та реферати