Что такое живучесть металла
Обновлено: 07.07.2024
Это группа явлений, происходящих при нагреве деформированного металла и охватывающих.
a) процессы образования субзерен с малоугловыми границами, возникающими при скольжении и переползании дислокаций
b) все изменения кристаллического строения и связанных с ним свойств
c) процессы зарождения и роста новых зерен с меньшим количеством дефектов строения
d) изменение тонкой структуры (главным образом уменьшение количества точечных дефектов)
Что такое отдых?
a) процессы зарождения и роста новых зерен с меньшим количеством дефектов строения
b) процессы образования субзерен с малоугловыми границами, возникающими при скольжении и переползании дислокаций
c) изменение тонкой структуры (главным образом уменьшение количества точечных дефектов)
d) все изменения кристаллического строения и связанных с ним свойств
Что такое возврат?
b) изменение тонкой структуры (главным образом уменьшение количества точечных дефектов)
Что такое полигонизация?
Организация стока поверхностных вод: Наибольшее количество влаги на земном шаре испаряется с поверхности морей и океанов (88‰).
Механическое удерживание земляных масс: Механическое удерживание земляных масс на склоне обеспечивают контрфорсными сооружениями различных конструкций.
Опора деревянной одностоечной и способы укрепление угловых опор: Опоры ВЛ - конструкции, предназначенные для поддерживания проводов на необходимой высоте над землей, водой.
Общие условия выбора системы дренажа: Система дренажа выбирается в зависимости от характера защищаемого.
© cyberpedia.su 2017-2020 - Не является автором материалов. Исключительное право сохранено за автором текста.
Если вы не хотите, чтобы данный материал был у нас на сайте, перейдите по ссылке: Нарушение авторских прав. Мы поможем в написании вашей работы!
Механические свойства металлов
Поведение металла под нагрузкой определяется его механическими свойствами (прочностью, пластичностью, твердостью, упругостью, жесткостью, вязкостью). Методы испытаний механических свойств в зависимости от характера действия нагрузки делят на три группы: статические, когда нагрузка возрастает медленно (плавно); динамические – нагрузка возрастает с большой скоростью (мгновенно) – удар; циклические – при повторно-переменных нагрузках, когда нагрузка многократно изменяется по величине и знаку (испытания на усталость).
Механические свойства металлов при статическом нагружении.В результате испытаний определяют следующие характеристики металлов: прочность, пластичность, твердость, упругость, жесткость.
Прочность – свойство металла сопротивляться пластической деформации и разрушению под действием внешних сил. В зависимости от способа статического нагружения различают прочность при растяжении, сжатии и изгибе.
Испытания на растяжение. Для испытаний применяют специальные цилиндрические или плоские образцы. Расчетная длина образца равна десяти- или пятикратному диаметру. Образец закрепляют в испытательной машине и нагружают. Результаты испытаний отражают на диаграмме растяжения.
На диаграмме растяжения пластичных металлов (рис. 13, а) можно выделить три участка: ОА – прямолинейный, соответствующий упругой деформации; АВ – криволинейный, соответствующий упругопластической деформации при возрастании нагрузки; ВС – соответствующий упругопластической деформации при снижении нагрузки. В точке С происходит разрушение образца с разделением его на две части.
От начала деформации (точка О) до точки А образец деформируется пропорционально приложенной нагрузке. Участок ОА – прямая линия. Максимальное напряжение, не превышающее предела пропорциональности, практически вызывает только упругую деформацию, поэтому его часто называют пределом упругости металла.
 |
Рис. 13. Диаграмма растяжения пластичных металлов:
а – с площадкой текучести; б – без площадки текучести
При испытании пластичных металлов на кривой растяжения образуется площадка текучести АА¢. В этом случае напряжение, отвечающее этой площадке, sт называют физическим пределом текучести. Физический предел текучести – это наименьшее напряжение, при котором металл деформируется (течет) без заметного изменения нагрузки.
Напряжение, вызывающее остаточную деформацию, равную 0,2 % от первоначальной длины образца, называют условным пределом текучести (σ0,2).
Участок А¢В (см. рис 13, а) соответствует дальнейшему повышению нагрузки и более значительной пластической деформации во всем объеме металла образца. Напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке (точка В), предшествующей разрушению образца, называют временным сопротивлением, или пределом прочности при растяжении σв. Это характеристика статической прочности:
где Рmax – наибольшая нагрузка (напряжение), предшествующая разрушению образца, МПа;
F0 – начальная площадь поперечного сечения образца, м 2 .
У пластичных металлов, начиная с напряжения σв, деформация сосредоточивается (локализуется) в одном участке образца, где появляется сужение, так называемая шейка. В результате развития множественного скольжения в шейке образуется множество вакансий и дислокаций, возникают зародышевые несплошности. Сливаясь, они образуют трещину, которая распространяется в поперечном направлении растяжению, и образец разрушается (точка С). Кривая растяжения образца без площадки текучести показана на рис. 13, б.
Пластичность – свойство металла пластически деформироваться, не разрушаясь под действием внешних сил. Это одно из важных механических свойств металла, которое в сочетании с высокой прочностью делает его основным конструкционным материалом. Для определения пластичности не требуется образцов и оборудования. После испытания металла на растяжение эти же образцы измеряют и определяют характеристики пластичности. Показатели пластичности – относительное удлинение δ и относительное сужение ψ.
Относительным удлинением δ называется отношение абсолютного удлинения, т. е. приращения расчетной длины образца после разрыва (l – l0), к его первоначальной расчетной длине l0, выраженное в процентах:
где l0 – первоначальная длина образца, мм;
l – длина образца после разрыва, мм.
Относительным сужением y называется отношение абсолютного сужения, т. е. уменьшения площади поперечного сечения образца после разрыва (Fо – F), к первоначальной площади его поперечного сечения, выраженное в процентах:
где F0 – первоначальная площадь поперечного сечения образца, мм 2 ;
F – площадь поперечного сечения образца после разрыва, мм 2 .
Твердость – свойство металла сопротивляться внедрению в него другого более твердого тела. Для определения твердости часто не требуется изготовления специальных образцов, испытания проводятся без разрушения металла.
Твердость металла можно определять прямыми и косвенными методами: вдавливанием, царапаньем, упругой отдачей, магнитным методом. Прямые методы состоят в том, что в металл вдавливают твердый наконечник (индентор) различной формы из закаленной стали, алмаза или твердого сплава (шарик, конус, пирамида). После снятия нагрузки на индентор в металле остается отпечаток, размер которого характеризует твердость.
Существует множество методов определения твердости металлов. Но лишь некоторые из них нашли широкое применение в машиностроении. Все они названы в честь своих создателей.
Метод Бринелля. В плоскую поверхность металла вдавливается стальной закаленный шарик диаметром 10; 5 или 2,5 мм (рис. 14, а). После снятия нагрузки в металле остается отпечаток (лунка). Диаметр отпечатка d измеряют специальным микроскопом с точностью 0,05 мм. На практике пользуются специальной таблицей, в которой каждому диаметру отпечатка соответствует определенное число твердости НВ.
Метод Бринелля не рекомендуется применять для металлов с твердостью более НВ450, так как шарик может деформироваться и получится искаженный результат. Этот метод в основном используется для измерения твердости неупрочненного металла заготовок и полуфабрикатов.
Метод Роквелла. Твердость определяют по глубине отпечатка. Наконечником служит стальной закаленный шарик диаметром 1,58 мм для мягких металлов или алмазный конус с углом при вершине 120° – для твердых и сверхтвердых (более HRC70) металлов (рис. 14, б).
Шарик и конус вдавливаются в металл нагрузкой 60, 100 или 150 кг. Отсчет результатов измерений определяется по показанию стрелки на шкале индикатора твердомера (рис. 15, а). После включения нагрузки стрелка перемещается по шкале индикатора твердомера (рис. 15, б) и указывает значение твердости (рис. 15, в).
Рис. 15. Показания индикатора прибора ТК
При вдавливании стального шарика нагрузка – 100 кг (отсчет по внутренней (красной) шкале индикатора), твердость обозначают как НRВ. При вдавливании алмазного конуса отсчет твердости осуществляется по показанию стрелки на наружной (черной) шкале индикатора (см. рис. 15, в). Нагрузка 150 кг – для твердых металлов. Это основной метод измерения твердости закаленных сталей. Обозначение твердости – НRC. Для очень твердых металлов, а также мелких деталей нагрузка – 60 кг, обозначение твердости – НRА.
Определение твердости по Роквеллу дает возможность испытывать мягкие и твердые металлы, а отпечатки от шарика или конуса очень малы, поэтому можно измерять твердость готовых деталей. Измерения не требуют никаких вычислений – число твердости читается на шкале индикатора твердомера. Поверхность для испытания должна быть шлифованной.
Метод Виккерса. В испытуемую поверхность (шлифованную или полированную) вдавливается четырехгранная алмазная пирамида под нагрузкой 5, 10, 20, 30, 50, 100 кг. В металле остается квадратный отпечаток. Специальным микроскопом твердомера измеряют величину диагонали отпечатка (рис. 16). Зная нагрузку на пирамиду и величину диагонали отпечатка, по таблицам определяют твердость металла, обозначаемую как HV.
Этот метод универсальный. Его можно использовать для определения твердости деталей малой толщины и тонких поверхностных слоев большой твердости (после азотирования, нитроцементации и т. п.). Чем тоньше металл, тем меньше должна быть нагрузка на пирамиду, но чем больше нагрузка, тем точнее получаемый результат.
Прочность при динамическом нагружении(испытания на ударную вязкость – на удар).В процессе эксплуатации многие детали машин испытывают динамические (ударные) нагрузки. Для определения стойкости металла к удару и одновременной оценки его склонности к хрупкому разрушению проводят испытания на ударный изгиб. В результате определяют ударную вязкость – характеристику динамической прочности.
Для определения ударной вязкости применяют 20 типов образцов (обычно размером 10 ´ 10 ´ 55 мм) с U- или V-образным надрезом. Надрез посередине образца называется концентратором. Испытания проводят на маятниковом копре 1 (рис. 17, а). Маятник 2, падая с определенной высоты, разрушает образец 3, свободно установленный на двух опорах копра (рис. 17, б). Работа удара К (Дж или кгс×м), затраченная на излом (разрушение) образца, фиксируется стрелкой на шкале копра и определяется из разности энергии маятника в положении его до и после удара. Ее можно определить по формуле:
К = G (h1 – h2), (6)
где G – вес маятника, Н;
h1 – высота подъема маятника до разрушения образца, м;
h2 – высота подъема маятника после разрушения, м.
Ударная вязкость обозначается КС (прежнее обозначение – aн) и подсчитывается как отношение работы, затраченной на разрушение образца К, к площади поперечного сечения образца в месте надреза F, МДж/м 2 :
КС (aн) = К / F. (7)
Если образец имеет U-образный надрез, то в обозначение ударной вязкости добавляется буква U (КСU), а если V-образный, то добавляется буква V (КСV). Например, KCU = 1 кгс×м/см 2 = 98 кДж/м 2 .
 |
Определение ударной вязкости является наиболее простым и показательным способом оценки способности металлов, имеющих объемно центрированную кубическую решетку, к хрупкости при работе в условиях низких температур, называемой хладноломкостью.
Практически хладноломкость определяют при испытании на удар серии образцов при нескольких понижающихся значениях температуры (от комнатной до минус 100°С). Результаты испытаний наносят на график в координатах «ударная вязкость – температура испытания». Температура, при которой происходит падение ударной вязкости, называется критической температурой хрупкости, или порогом хладноломкости. Порог хладноломкости – отрицательная температура, при которой металл переходит из вязкого состояния в хрупкое.
Прочность при циклическом нагружении(испытания на усталость). Многие детали (валы, рессоры, рельсы, шестерни) в процессе работы подвергаются повторно-переменным нагрузкам. Разрушение таких деталей при эксплуатации происходит в результате циклического нагружения при напряжении, значительно меньшем, чем временное сопротивление металла. Процесс постепенного накопления напряжения в металле при действии циклических нагрузок, приводящий к образованию трещин и разрушению, называется уста-лостью. Свойство металла выдерживать большое число циклов переменных напряжений, т. е. противостоять усталости, называется выносливостью, или циклической (усталостной) прочностью.
Усталостная прочность – способность металла сопротивляться упругим и пластическим деформациям при переменных нагрузках. Она характеризуется наибольшим напряжением s-1, которое выдерживает металл при бесконечно большом числе циклов нагружения не разрушаясь и называется пределом усталости, или пределом выносливости. Для углеродистой конструкционной стали предел усталости принимается равным (0,4 – 0,5) sв.
Значение предела выносливости зависит от целого ряда факторов: степени загрязненности металла неметаллическими включениями, макро- и микроструктуры металла, состояния поверхности, формы и размеров детали и др.
Разрушение металлов при усталости отличается от разрушения при однократных нагрузках особым видом излома. При знакопеременной нагрузке происходит постепенное накопление напряжения, обусловленное движением дислокаций. Поверхность детали, как наиболее нагруженная часть сечения, претерпевает микродеформацию, и в наклепанной (упрочненной деформацией) зоне возникают микротрещины. Из множества микротрещин развитие получает только та, которая имеет наиболее острую вершину и наиболее благоприятно расположена по отношению к действующему напряжению.
Пораженная трещиной часть сечения детали не несет нагрузки, и она перераспределяется на оставшуюся часть, которая непрерывно уменьшается, пока не произойдет мгновенное разрушение. Таким образом, для усталостного излома характерно, как минимум, наличие зоны прогрессивно растущей трещины 1 и зоны долома 2 (рис. 18).
Важной характеристикой конструктивной прочности (надежности) металла является живучесть при циклическом нагружении.
Живучесть – это способность металла работать в поврежденном состоянии после образования трещины. Она измеряется числом циклов нагружения до разрушения или скоростью развития трещины усталости при данном напряжении. Живучесть является самостоятельным свойством, которое не зависит от других свойств металла. Живучесть имеет важное значение для оценки работоспособности деталей, работа которых контролируется различными методами дефектоскопии. Чем меньше скорость развития трещины усталости, тем легче ее обнаружить.
Для повышения усталостной прочности деталей желательно в поверхностных слоях металла создавать напряжение сжатия методами поверхностного упрочнения (механическими, термическими или химико-термическими).
3. металлические сплавы
Чистые металлы в большинстве случаев не обеспечивают требуемого комплекса механических и технологических свойств, поэтому для изготовления деталей машин наибольшее распространение получили металлические сплавы – вещества, обладающие металлическими свойствами, представляющие собой сочетание какого-либо металла (основа сплава) с другими металлами или неметаллами. Например, латунь – сплав меди (металл) с цинком (металл), сталь – сплав железа (металл) с углеродом (неметалл). Большинство сплавов получают путем сплавления, т. е. соединения компонентов сплава в жидком состоянии. Есть и другие способы образования сплавов. Так, металлокерамические сплавы образуются путем спекания из порошков.
РАЗДЕЛ «МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ»
В методических указаниях представлено описание лабораторной работы, в которой рассмотрены основные методы испытания металлов для определения характеристик механических свойств, приведены зависимости для их расчета.
Предназначены для студентов 1-го − 3-го курсов, изучающих дисциплины «Материаловедение», «Материаловедение и технология конструкционных материалов» и «Технология конструкционных материалов», очной и заочной форм обучения.
Библиогр.: 2 назв. Рис. 9. Табл. 2.
Рецензенты: доктор техн. наук, профессор А. В. Бородин;
канд. техн. наук, доцент А. В. Солдаткин.
© Омский гос. университет
| Введение…………………………………………………………….……… |
| Лабораторная работа. Механические свойства металлов …………. |
| 1. Определение характеристик прочности ………….………………… |
| 1.1. Определение характеристик статической прочности …………… |
| 1.2. Определение характеристик прочности при циклическом нагружении (испытания на усталость)…………………………………… |
| 1.3. Определение характеристик динамической прочности ………… |
| 1.4. Определение характеристик жаропрочности – прочности металла при высокой температуре ………………………………………. |
| 2. Определение характеристик пластичности ………………………… |
| 3. Определение характеристик твердости …………………………….. |
| 4. Порядок выполнения работы ………………………………………. |
| 5. Содержание отчета ……………………………….………………….. |
| 6. Вопросы для самоконтроля …………………………………………. |
| Библиографический список…………………………………..…………. |
Дисциплина «Материаловедение» изучает зависимость между составом, строением и свойствами конструкционных материалов.
Все свойства материалов делятся на следующие группы:
физические – цвет, плотность, температура плавления, кристаллическое строение, электро- и теплопроводность, магнетизм и т. п.;
химические (характеризуют поведение материалов при химическом взаимодействии с другими химическими элементами и их соединениями) – окисляемость, растворимость в щелочах и кислотах и т. п.;
технологические (характеризуют поведение материалов при различных способах их обработки в процессе изготовления заготовок и деталей) – свариваемость, штампуемость, жидкотекучесть, усадка, прокаливаемость, закаливаемость, обрабатываемость резанием и т. п. Значения этих свойств определяются с помощью технологических проб и методов на образцах этих материалов, например: спиральная проба на жидкотекучесть, проба на загиб, проба на кровельный замок, метод торцевой закалки и др.;
механические (характеризуют поведение материалов под нагрузкой) – прочность, упругость, пластичность, твердость;
эксплуатационные (характеризуют поведение материалов при различных условиях эксплуатации) – износо- и коррозионная стойкость, окалиностойкость, задиростойкость и прирабатываемость в узлах трения, надежность, долговечность и др., которые существенно зависят от приведенных выше свойств, особенно от механических.
В процессе эксплуатации технических устройств их детали испытывают различные виды нагружения, которые вызывают напряжение и деформацию в материалах. Для правильного конструирования, изготовления и эксплуатации изделий необходимо знать механические свойства материалов, из которых они изготовлены, и основные стандартные характеристики этих свойств, а также методы их определения.
В методических указаниях рассмотрены основные механические свойства металлов и методы определения их характеристик.
Лабораторная работа
МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ
Цель работы: ознакомиться со стандартными методами испытания материалов для определения характеристик таких механических свойств, как прочность, пластичность и твердость; изучить методику расчета значений этих характеристик по результатам испытаний.
А б
Рис. 1. Стандартные образцы для испытания на статическое осевое
растяжение: а – круглые образцы; б – плоские образцы с головками
На рис. 2 обозначено: 1 – собственно машина; 2 – винт грузовой; 3 – нижний
захват (активный); 4 – образец; 5 – верхний захват (пассивный); 6 – силоизмерительный датчик; 7 – индикатор нагрузок;
8 – привод нагружающего механизма.
Результаты испытаний фиксируются на диаграмме растяжения (график зависимости напряжения σ от деформации ε, рис. 3). При этом силу Р, растягивающую образец, относят к первоначальной площади поперечного сечения F0 (это отношение называется напряжением σ), а удлинение образца Dl – к первоначальной длине расчетной части образца l0:
σ = P / F0, (1)
ε = Δl / l0, (2)
где Рт – наименьшая нагрузка, соответствующая стадии текучести материала на диаграмме растяжения образца, Н (кгс);
F0– начальная площадь поперечного сечения образца, м 2 (мм 2 ).
Предел прочности при растяжении (временное сопротивление) σв – напряжение, соответствующее наибольшему усилию Рmax, предшествующему разрыву образца, Н/м 2 (МПа, кгс/мм 2 ):
1.2. Определение характеристик прочности при циклическом нагружении
(испытания на усталость)
Процесс постепенного накопления напряжения в металле при действии циклических нагрузок, приводящий к образованию трещин и разрушению, называется усталостью. Разрушение таких деталей, как валы, рессоры, рельсы, шестерни и др., в эксплуатации происходит в результате циклического нагружения при напряжении, значительно меньшем, чем временное сопротивление металла. Свойство металла выдерживать большое число циклов переменных напряжений, т. е. противостоять усталости, называется выносливостью, или циклической (усталостной) прочностью.
Усталостная прочность – способность металла сопротивляться упругим и пластическим деформациям при переменных нагрузках, она характеризуется наибольшим напряжением σ-1, которое выдерживает металл, не разрушаясь при бесконечно большом числе циклов нагружения, и называется пределом усталости, или пределом выносливости. Для оценки способности материала сопротивляться действию циклических напряжений и исследования различных стадий усталостного разрушения в технике широко используют кривые усталости (рис. 4), которые показывают связь между уровнем переменного напряжения σ и числом циклов до разрушения N (кривые Велера).
Для углеродистой конструкционной стали предел усталости условно принимается равным (0,4 – 0,5) σв.
Значение предела выносливости зависит от многих факторов: степени загрязненности металла неметаллическими включениями, макро- и микроструктуры металла, состояния поверхности, формы и размеров детали и др.
Важной характеристикой конструктивной прочности (надежности) металла является живучесть при циклическом нагружении.Живучесть − это способность металла работать в поврежденном состоянии после образования трещины до полного разрушения, она измеряется числом циклов нагружения или скоростью развития трещины усталости при данном напряжении. Живучесть является самостоятельным свойством, которое не зависит от других свойств металла. Живучесть имеет важное значение для оценки работоспособности деталей, работа которых контролируется различными методами дефектоскопии. Чем меньше скорость развития трещины усталости, тем легче ее обнаружить.
1.3. Определение характеристик динамической прочности
Основной характеристикой динамической прочности материалов является ударная вязкостьKCUилиKCV, Дж/м 2 (кгс∙м/см 2 ).
В процессе эксплуатации многие детали машин испытывают динами-ческие (ударные) нагрузки. Для определения стойкости металла к удару и одновременной оценки его склонности к хрупкому разрушению проводят испытания на ударный изгиб по ГОСТ 9454-78 (Металлы. Метод испытания на ударный изгиб при пониженных, комнатной и повышенных температурах).
Метод основан на разрушении стандартного образца для испытания на динамическую прочность (рис. 5) с концентратором посередине одним ударом маятникового копра. Концы образца располагают на опорах (схема испытания представлена на рис. 6). При испытании определяют полную работу, затраченную на разрушение образца ударным изгибом (работу удара), по значению которой рассчитывается ударная вязкость.
Ударную вязкость (KC) в Дж/см 2 (кгс·м/см 2 ) вычисляют по формуле:
KC= K/ S0, (5)
где K – работа удара, Дж (кгс·м);
S0– начальная площадь поперечного сечения образца в месте концентратора, см 2 , вычисляемая по формуле:
где Н1 – начальная высота рабочей
части образца, см;
B − начальная ширина образца, см.
Для определения ударной вязкости применяют образцы (обычно размером 10 ´ 10 ´ 55 мм) с U- или V-образным надрезом. Надрез посередине образца называется концентратором. Испытания проводят на маятниковом копре 1 (рис. 6, а). Маятник 2, падая с определенной высоты, разрушает образец 3, свободно установленный на двух опорах копра (рис. 6, б). Работа удара K (Дж или кгс×м), затраченная на излом (разрушение) образца, фиксируется стрелкой на шкале копра и определяется из разности энергии маятника в положении его до и после удара. Ее можно определить по формуле:
где G – сила тяжести, Н, G = mg;
m – масса маятника, кг;
h1 – исходная высота подъема маятника, м;
h2 – высота подъема маятника после разрушения образца, м.
Если образец имеет U-образный надрез, то в обозначение ударной вяз-кости добавляется буква U (КСU), а если V-образный, то добавляется буква
V (КСV).
Рис. 6. Схема испытаний на ударную вязкость:
а – маятниковый копер; б – установка образца
Для обозначения работы удара и ударной вязкости при пониженной и повышенной температуре вводится цифровой индекс, указывающий температуру испытания. Цифровой индекс ставят вверху после буквенных составляющих, например: KCV −40 – работа удара, определенная на образце с концентратором вида V при температуре минус 40 °С; KCU +100 – ударная вязкость, определенная на образце с концентратором вида U при температуре плюс 100 °С.
Определение ударной вязкости является наиболее простым и показательным способом оценки сопротивляемости к хрупкости при работе в условиях низких температур, называемой хладноломкостью. Практически хладноломкость определяют при испытании на удар серии образцов при нескольких понижающихся значениях температуры (от комнатной до минус 100 °С). Результаты испытаний наносят на график в координатах «ударная вязкость – температура испытания» (рис. 7). Температура, ниже которой происходит падение ударной вязкости, называется критической температурой хрупкости, или порогом хладноломкости. Порог хладноломкости − температура, при которой металл переходит из вязкого состояния в хрупкое. Верхним порогом хладноломкости является температура tв, при которой доля вязкой (волокнистой, матовой) составляющей в изломе металла (сплава) более 90 %, а нижним – температура tн, при которой доля вязкой составляющей в изломе металла менее 10 %, т. е. преобла-дает хрупкий (кристаллический, блестящий) излом. В технике за порог хладноломкости принимают критическую температуруtкр, при которой доля вязкого излома составляет 50 %. Чем ниже порог хлад ноломкости материала, тем выше его надежность при низкой температуре.
1.4. Определение характеристик жаропрочности – прочности металла
при высокой температуре
Жаропрочность − свойство металлов при высокой температуре соп-ротивляться деформации и разрушению при действии приложенных напряжений. Жаропрочность зависит от химического состава, структуры и технологии изготовления сплава.
Пределом ползучести называется напряжение, которое вызывает за установленное время испытания при данной температуре заданное удлинение образца (суммарное или остаточное) или заданную скорость ползучести на прямолинейном участке кривой ползучести.
Предел ползучести обозначается как напряжение σ с числовыми индексами – верхний указывает температуру в градусах Т, а нижний − отношение
деформации δ в процентах и времени τ в часах, за которое она возникает , например: МПа означает, что напряжение 80 МПа за время 100 000 ч при температуре 600 °С создает 1 % пластической деформации ползучести. Нижний индекс представляет собой скорость ползучести, %/ч, V = 1×10 −5 .
Предел ползучести является базовой расчетной характеристикой конст-рукций, работающих с ограниченной суммарной деформацией ползучести. Например, для подвижных узлов турбин (валов, лопаток) суммарная деформация ползучести за весь период работы не должна превышать определенного значения, обусловленного конструктивными соображениями работоспособности.
Ползучесть − свойство металлов медленно и непрерывно пластически деформироваться при статическом нагружении, особенно при высокой температуре. При повышенной температуре металлы приобретают способность получать остаточные деформации («ползти») даже в тех случаях, когда действующие напряжения лежат значительно ниже предела текучести (упругости) данного металла при заданной температуре.
Испытания на ползучесть дают возможность получения кривой ползу-чести, представляющей собой графическое изображение зависимости деформации от времени при постоянных температуре и напряжении, по которой определяют деформацию за установленное время или скорость ползучести.
Пределом длительной прочности называется напряжение, которое вызывает разрушение материала при заданной температуре за определенное время.
Предел длительной прочности обозначается как напряжение МПа, с числовыми индексами − верхний указывает температуру в градусах, а нижний − длительность испытания в часах. Например, означает, что температура испытания − 650 °С, длительность испытания − 100 000 ч.
Порядок выполнения работы
1) Ознакомиться с методами определения основных характеристик прочности, пластичности и твердости.
2) Провести измерения размеров стандартных образцов из среднеуглеродистой конструкционной стали до и после разрушения, рассчитать значения относительного удлинения и ударной вязкости.
3) С использованием табл. 1 определить твердость на образцах среднеуглеродистой конструкционной стали методами Бринелля, Роквелла и Виккерса.
4) По полученным значениям твердости определить по эмпирическим
зависимостям статическую прочность и предел выносливости стали, указать
ее марку.
Содержание отчета
1) Краткое описание методик определения основных характеристик механических свойств металла. Эскизы стандартных образцов для испытания на разрыв, на разрушение, схемы испытания и расчетные формулы.
2) Результаты измерений и расчетов.
3) Заполненная табл. 2 с результатами исследований механических свойств испытуемых образцов.
Результаты исследований испытуемых образцов
| Испытуемый образец | Значение твердости | δ, % | σв, МПа | |
| HB | HRC | HRB | HRA | HV |
Вопросы для самоконтроля
1) Какие свойства металла относятся к физическим, химическим, технологическим? Приведите примеры.
2) Какие свойства металла относятся к механическим? Дайте определение основных механических свойств металла.
3) Как проводят испытания по определению предела прочности металла на растяжение?
4) Как проводят испытания по определению ударной вязкости металла?
5) Какие методы испытаний по определению твердости металла известны?
6) Что понимают под усталостью металла и как ее определяют?
7) Какие методы определения твердости рекомендованы для очень твердых и мягких материалов?
8) Что такое пластичность металла? Приведите ее характеристики и их определение.
2. Материаловедение и технология конструкционных материалов для железнодорожной техники / Под ред. Н. Н. Воронина. М.: Маршрут, 2004. 456 с.
Учебное издание
РАУБА Александр Александрович, РАЖКОВСКИЙ Александр Алексеевич,
ПЕТРОЧЕНКО Сергей Валерьевич, ТИХОМИРОВ Владимир Игнатьевич
РАЗДЕЛ «МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ»
Редактор Н. А. Майорова
Корректор Д. А. Волнина
Подписано в печать 01.07.2011. Формат 60 ´ 84 1 /16.
Тираж 250 экз. Заказ .
Редакционно-издательский отдел ОмГУПСа
644046, г. Омск, пр. Маркса, 35
МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ.
ОМСК 2011
Министерство транспорта Российской Федерации
Федеральное агентство железнодорожного транспорта
Утверждено редакционно-издательским советом университета
Поперечные профили набережных и береговой полосы: На городских территориях берегоукрепление проектируют с учетом технических и экономических требований, но особое значение придают эстетическим.
Что такое живучесть металла
Нужен полный текст и статус документов ГОСТ, СНИП, СП?
Попробуйте профессиональную справочную систему
«Техэксперт: Базовые нормативные документы» бесплатно
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ СТАНДАРТ СОЮЗА ССР
СПЛАВЫ ПРЕЦИЗИОННЫЕ С ВЫСОКИМ ЭЛЕКТРИЧЕСКИМ СОПРОТИВЛЕНИЕМ
ДЛЯ ЭЛЕКТРОНАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ
Метод определения живучести
Precise alloys with high electric resistance for electric heating cells.
The methods of determination of survivability
Дата введения 1979-01-01
1. РАЗРАБОТАН И ВНЕСЕН Министерством черной металлургии СССР
И.Н.Голиков, С.С.Грацианова, И.М.Племянникова, В.В.Каратаева, Н.А.Горохова, Н.Г.Чеботарев, И.Ф.Меделян, Р.А.Воробьева
2. УТВЕРЖДЕН И ВВЕДЕН В ДЕЙСТВИЕ Постановлением Государственного комитета стандартов Совета Министров СССР от 07.02.78 N 379
4. ССЫЛОЧНЫЕ НОРМАТИВНО-ТЕХНИЧЕСКИЕ ДОКУМЕНТЫ
Обозначение НТД, на который дана ссылка
Номер пункта, подпункта
* На территории Российской Федерации действуют ГОСТ 111-2001, ГОСТ 8335-96 и ГОСТ 28243-96, соответственно. Здесь и далее. - Примечание изготовителя базы данных.
5. Ограничение срока действия снято по протоколу N 3-93 Межгосударственного Совета по стандартизации, метрологии и сертификации (ИУС 5-6-93)
6. ПЕРЕИЗДАНИЕ (май 1998 г.) с Изменением N 1, утвержденным в ноябре 1987 г. (ИУС 2-88)
Настоящий стандарт распространяется на прецизионные сплавы с высоким электрическим сопротивлением, предназначенные для изготовления электронагревательных элементов, и устанавливает метод определения живучести.
Сущность метода заключается в испытании проволочных образцов диаметром 0,8 мм в условиях переменных нагревов до заданной температуры и охлаждений до потемнения поверхности.
Методы подразделяют по длительности циклов нагрева и охлаждения:
метод В - время нагрева 2 мин, время охлаждения 2 мин;
метод Г - время нагрева - 23-24 ч, время охлаждения - 0,5 ч.
При отсутствии указаний метода в нормативно-технической документации на продукцию испытания проводят по методу В.
Живучесть при испытании в данных условиях определяется длительностью времени до перегорания образцов и характеризует жаростойкость металла в условиях теплосмен.
(Измененная редакция, Изм. N 1).
1. МЕТОД ОТБОРА ОБРАЗЦОВ
1.1. Образцы отбирают от холоднотянутой проволоки диаметром 0,8 мм в нагартованном состоянии.
1.2. Длина образцов 340 мм. Испытуемая длина 300 мм.
2. АППАРАТУРА
Установка для испытаний на живучесть состоит из испытательного стенда с ячейками для образцов, регулировочных и измерительных устройств. Схема расположения оборудования, приборов, электрическая схема и перечень ее элементов приведены в приложении 1. Установка может быть выполнена на любое число образцов, так как питание образцов осуществляется независимо друг от друга.
Металлические защитные коробки испытательных ячеек, открытые сверху, должны иметь в передней части окна для измерения температуры, защищенные стеклами толщиной до 3 мм. Внутренняя поверхность коробок должна быть черного цвета. Коробки не должны подвергаться действию сквозняков. Конструкция защитной коробки, зажимов и вариант крепления болтов для подвешивания коробки приведены в приложении 2.
Стекло 1-го сорта по ГОСТ 111.
Стабилизатор напряжения, обеспечивающий постоянное напряжение с допускаемыми отклонениями ±1,0%. Подводимое напряжение стабилизируется для каждого образца отдельно, благодаря чему достигается независимость условий испытания образцов.
Прерыватель для периодического размыкания и замыкания цепи образца, обеспечивающий цикл нагрева 2 мин и охлаждения 2 мин. Допускаемая погрешность интервала циклов должна быть не более 3 с.
Понижающий трансформатор мощностью не менее 700 Вт и номинальным напряжением вторичной стороны не менее 36 В.
Полный текст этого документа доступен на портале с 20 до 24 часов по московскому времени 7 дней в неделю .
Также этот документ или информация о нем всегда доступны в профессиональных справочных системах «Техэксперт» и «Кодекс».
Читайте также: