Технологія конструкційних матеріалів та матеріалознавство (стр. 15 )

Випробування на витримку (ДЕРЖСТАНДАРТ 2860) дають характеристики утомної міцності.

Утома - руйнування матеріалу при повторних знакозмінних напругах, величина яких не перевищує границі текучості.

Утома міцність – здатність матеріалу пручатися утоми.

Процес утоми складається із трьох етапів, що відповідають цим етапам зони в зламі показані на мал.

1 - утворення тріщини в найбільш навантаженій частині перетину, що піддавалася мікродеформаціям і одержала максимальне зміцнення

2 - поступове поширення щілин, гладка притерта поверхня

3 - остаточне руйнування, зона «доломи», живий перетин зменшується, а щира напруга збільшується, поки не відбувається руйнування тендітне або грузле

Схема зародження й розвитку тріщини при змінному вигині круглого зразка

 

Характеристики утому міцності визначаються при циклічних випробуваннях «вигин при обертанні». Схема представлена на мал.

Випробування на утому (а), крива утоми (б)

Основні характеристики:

Межа витримки ( – при симетричній зміні навантаження, – при несиметричній зміні навантаження) – максимальна напруга, що витримується матеріалом за довільно велику кількість циклів навантаження N.

Обмежена границя витривалості – максимальна напруга, що витримується матеріалом за певне число циклів навантаження або час.

Живучість – різниця між числом циклів до повного руйнування й числом циклів до появи утомної тріщини.

Технологічні властивості

Технологічні властивості характеризують здатність матеріалу піддаватися різним способам холодної й гарячої обробки.

1. Ливарні властивості.

Характеризують здатність матеріалу до одержання з нього якісних виливків.

Рідкоплинність – характеризує здатність розплавленого металу заповнювати ливарну форму.

Усадка (лінійна і об'ємна) – характеризує здатність матеріалу змінювати свої лінійні розміри й об'єм у процесі затвердіння й охолодження. Для попередження лінійної усадки при створенні моделей використовують нестандартні метри.

Ліквація – неоднорідність хімічного складу по об'єму.

2. Здатність матеріалу до обробки тиском.

Це здатність матеріалу змінювати розміри й форму під впливом зовнішніх навантажень не руйнуючись.

Вона контролюється в результаті технологічних випробувань, проведених в умовах, максимально наближених до виробничого.

Аркушевий матеріал випробовують на перегин і витяжку сферичної лунки. Дріт випробовують на перегин, скручування, на навівання. Труби випробовують на роздачу, сплющення до певної висоти й вигин.

Критерієм придатності матеріалу є відсутність дефектів після випробування.

3. Зварюваність.

Це здатність матеріалу утворювати нероз'ємні сполуки необхідної якості. Оцінюється по якості звареного шва.

4. Здатність до обробки різанням.

Характеризує здатність матеріалу піддаватися обробці різним різальним інструментом. Оцінюється по стійкості інструмента й по якості поверхневого шару.

Експлуатаційні властивості

Експлуатаційні властивості характеризують здатність матеріалу працювати в конкретних умовах.

1.  Зносостійкість – здатність матеріалу пручатися поверхневому руйнуванню під дією зовнішнього тертя.

2.  Корозійна стійкість – здатність матеріалу пручатися дії агресивних кислотних, лужних середовищ.

3.  Жаростійкість – це здатність матеріалу пручатися окислюванню в газовому середовищі при високій температурі.

4.  Жароміцність – це здатність матеріалу зберігати свої властивості при високих температурах.

5.  Холодостійкість – здатність матеріалу зберігати пластичні властивості при негативних температурах.

6.  Антифрикцийність – здатність матеріалу прироблюватися до іншого матеріалу.

Ці властивості визначаються спеціальними випробуваннями залежно від умов роботи виробів.

При виборі матеріалу для створення конструкції необхідно повністю враховувати механічні, технологічні й експлуатаційні властивості.

 Конструкційна міцність матеріалів. Особливості деформації полікристалічних тел. Наклеп, повернення й рекристалізація

Конструкційна міцність матеріалів

У результаті випробувань одержують характеристики:

·  силові (межа пропорційності, межа пружності, границя текучості, межа міцності, границя витривалості);

·  деформаційні (відносне подовження, відносне звуження);

·  енергетичні (ударна в'язкість).

Всі вони характеризують загальну міцність матеріалу незалежно від призначення, конструкції й умов експлуатації. Висока якість деталі може бути досягнуто тільки при обліку всіх особливостей, які мають місце в процесі роботи деталі, і які визначають її конструкційну міцність.

Конструкційна міцність – комплекс властивостей міцності, які перебувають у найбільшій кореляції зі службовими властивостями даного виробу, забезпечують тривалу й надійну роботу матеріалу в умовах експлуатації.

На конструкційну міцність впливають наступні фактори:

·  конструкційні особливості деталі (форма й розміри);

·  механізми різних видів руйнування деталі;

·  стан матеріалу в поверхневому шарі деталі;

·  процеси, що відбуваються в поверхневому шарі деталі, що приводять до відмов при роботі.

Необхідною умовою створення якісних конструкцій при ощадливому використанні матеріалу є облік додаткових критеріїв, що впливають на конструкційну міцність. Цими критеріями є надійність і довговічність.

Надійність – властивість виробів, виконувати задані функції, зберігаючи експлуатаційні показники в заданих межах протягом необхідного часу або

опір матеріалу тендітному руйнуванню.

Розвиток тендітного руйнування відбувається при низьких температурах, при наявності тріщин, при підвищених залишкових напругах, а також при розвитку втомність процесів і корозії.

Критеріями, що визначають надійність, є температурні пороги холодноламкості, опір поширенню тріщин, ударна в'язкість, характеристики пластичності, живучість.

Довговічність – здатність деталі зберігати працездатність до певного стану.

Довговічність визначається утомою металу, процесами зношування, корозії й іншими, які викликають поступове руйнування й не тягнуть аварійних наслідків, тобто умовами роботи.

Критеріями, що визначають довговічність, є утомна міцність, зносостійкість, опір корозії, контактна міцність.

Загальними принципами вибору критеріїв для оцінки конструкційної міцності є:

·  аналогія виду напруженого стану у випробовуваних зразках і виробах;

·  аналогія умов випробування зразків і умов експлуатації (температура, середовище, порядок навантаження;

·  аналогія характеру руйнування й виду зламу в зразку й виробі.

Особливості деформації полікристалічних тіл.

Розглянемо холодну пластичну деформацію полікристала. Пластична деформація металів і сплавів як тіл полікристалічних, має деякі особливості в порівнянні із пластичною деформацією монокристала.

Деформація полікристалічного тіла складається з деформації окремих зерен і деформації в прикордонних об'ємах. Окремі зерна деформуються ковзанням і двійникуванням, однак взаємний зв'язок зерен і їхня множинність у полікристалі вносять свої особливості в механізм деформації.

Площини ковзання зерен довільно орієнтовані в просторі, тому під впливом зовнішніх сил напруги в площинах ковзання окремих зерен будуть різні. Деформація починається в окремих зернах, у площинах ковзання яких виникають максимальні дотичні напруження. Сусідні зерна будуть розвертатися й поступово утягуватися в процес деформації. Деформація приводить до зміни форми зерен: зерна одержують форму, витягнуту в напрямку найбільш інтенсивного плину металу (повертаються осями найбільшої міцності уздовж напрямку деформації).

Зміна структури при деформації: а) до деформації; б) після обтиснення на 35%; в) після обтиснення на 90%.

Метал здобуває волокниста будова. Волокна з витягнутими уздовж них неметалічними включеннями є причиною неоднаковості властивостей уздовж і поперек волокон. Одночасно зі зміною форми зерен у процесі пластичної деформації відбувається зміна орієнтування в просторі їхньої кристалічної решітки.

Коли кристалічні решітки більшості зерен одержують однакове орієнтування, виникає текстура деформації.

 Вплив пластичної деформації на структуру й властивості металу: наклеп

Текстура деформації створює кристалічну анізотропію, при якій найбільша різниця властивостей проявляється для напрямків, розташованих під кутом 45o друг до друга. Зі збільшенням ступеня деформації характеристики пластичності (відносне подовження, відносне звуження) і в'язкості (ударна в'язкість) зменшуються, а характеристики міцності (межа пружності, границя текучості, межа міцності) і твердість збільшуються Також підвищується електроопір, знижуються опір корозії, теплопровідність, магнітна проникність.

Вплив холодної пластичної деформації на механічні властивості металу

Сукупність явищ, пов'язаних зі зміною механічних, фізичних і інших властивостей металів у процесі пластичної деформації називають деформаційним зміцненням або наклепом.