Пластическая деформация и механические свойства металлов

Напряжения и деформация. Явление наклепа. Стандартные механи­ческие свойства: твердость; характеристики, определяемые при растяже­нии; ударная вязкость; сопротивление усталости.

Рассмотрите физическую природу деформации И разрушения. Вни­мание уделите механизму пластической деформации, ее влиянию на микро- и субмикроструктуру, а также на плотность дислокаций. Уясни­те связь между основными характеристиками, строением и механически­ми свойствами. Разберитесь в сущности явления наклепа и его практи­ческом использовании.

Изучите основные методы исследования механических свойств ме­таллов и физический смысл определяемых при разных методах испыта­ния характеристик. Свойства, полученные на гладких образцах, не совпа­дают со свойствами готового изделия, выполненного из предварительно испытанного материала. Это связано с наличием в реальных деталях отверстий, надрезов и других концентраторов напряжений, а также с различием в характере напряженного состояния образца и детали. Отсюда вытекает важность испытаний образцов с надрезами, позволяющих приб­лизить условия испытаний к условиям эксплуатации материала и полу­чить результаты, характеризующие конструкционную прочность металла.

Вопросы для самопроверки

1. В чем различие между упругой и пластической деформациями? 2. Как изменяется строение металла в процессе пластического деформи­рования? 3. Как изменяется плотность дислокаций при пластической деформации? 4. Как влияют дислокации на прочность металла? 5. Почему наблюдается огромное различие теоретической и практической прочнос­ти? 6. Как влияет изменение строения на свойства деформированного металла? 7. В чем сущность явления наклепа и какое он имеет практи­ческое использование? 8. Какие характеристики механических свойств определяются при испытании на растяжение? 9. Что такое твердость?

10. Какие методы определения твердости вы знаете? 11. Что такое удар­ная вязкость? 12. Что такое порог хладноломкости? 13. Что такое кон­струкционная прочность? 14. От чего зависит и как определяется конст­рукционная прочность?

Влияние нагрева на структуру и свойства деформируемого металла

Необходимо знать сущность рекристаллизационных процессов: возврата, первичной рекристаллизации, собирательной (вторичной) рек­ристаллизации, протекающих при нагреве деформированного металла. Уясните, как при этом изменяются механические, физико-химические свойства и размер зерна. Установите влияние состава сплава и степени пластической деформации на протекание рекристаллизационных процес­сов. Научитесь выбирать режим рекристаллизационного отжига. Уясните его практическое значение, различие между холодной и горячей пласти­ческими деформациями.

Вопросы для самопроверки

1. Как изменяются свойства деформированного металла при нагре­ве? 2. В чем сущность процесса возврата? 3. Что такое полигонизация? 4. Сущность процессов первичной и вторичной рекристаллизации. 5. Как влияют состав сплава и степень пластической деформации на температуру рекристаллизации? 6. Что такое критическая степень деформации? 7. В чем различие между холодной и горячей пластическими деформациями? 8. Как изменяются строение и свойства металла при горячей пластичес­кой деформации? 9. Каково назначение рекристаллизационного отжига и как он осуществляется?

Железо и его сплавы

Диаграмма состояния железо - цементит. Классификация железоуг­леродистых сплавов. ГОСТы на металлы и сплавы. Фазы, образуемые ле­гирующими элементами в сплавах железа. Структурные классы легиро­ванных сталей. Чугуны.

Научитесь вычерчивать диаграмму состояния (см. рис. 1 в прило­жении) железо - цементит и определять все фазы и структурные состав­ляющие этой системы. С помощью правила фаз постройте кривые охлаж­дения (или нагревания) для любого сплава; разберитесь в классифика­ции железоуглеродистых сплавов и усвойте, что различие между тремя классами (техническое железо, сталь, чугун) не является формальным (по содержанию углерода). Разные классы сплавов принципиально раз­личны по структуре и свойствам. Технические железоуглеродистые спла­вы состоят не только из железа и углерода, но и обязательно содержат по­стоянные примеси, попадающие в сплав в результате предыдущих опера­ций при выплавке.

Разберите диаграмму состояния железо - графит, которая по графи­ческому начертанию почти не отличается от диаграммы железо -цементит, что облегчает ее запоминание. Количественные изменения в положении линий диаграммы касаются смещения эвтектической и эвтектоидной линий в точках S' и Е'. Качественное изменение заключается в замене в структуре во всех случаях цементита графитом.

Изучите влияние легирующих элементов на критические точки же­леза и стали и объясните, при каком сочетании углерода и соответствую­щего легирующего элемента могут быть получены легированные стали ферритного, перлитного, аустенитного и ледебуритного классов.

Уясните влияние постоянных примесей на строение чугуна и разбе­ритесь в различии металлической основы серых чугунов разных классов. Запомните основные механические свойства и назначение чугунов раз­личных классов и их маркировку. Обратите внимание на способы полу­чения ковких и высокопрочных чугунов. Изучите физическую сущность процесса графитизации.

Вопросы для самопроверки

1. Что такое феррит, аустенит, перлит, цементит и ледебурит? 2. Ка­кие превращения происходят в сплавах при температурах A₁, А₂, A₃, A₄, A_cm? 3. Постройте с помощью правила фаз кривую охлаждения для стали с 0,8% С и для чугуна с 4,3% С. 4. Каковы структура и свойства технического железа, стали и белого чугуна? 5. В каких условиях выде­ляется первичный, вторичный или третичный цементит? 6. Каково строе­ние ледебурита при комнатной температуре, немного выше эвтектоид­ной температуры 727° С и немного ниже эвтектической температуры 1147° С? 7. Как влияют легирующие элементы на положение критических точек железа и стали? 8. Какие легирующие элементы являются карбидообразующими? 9. Какие легирующие элементы способствуют графитиза­ции? 10. Как влияют легирующие элементы на свойства феррита и аустенита? 11. Как классифицируют легированные стали по структуре в равно­весном состоянии? 12. В чем отличие серого чугуна от белого? 13. Класси­фикация и маркировка серых чугунов. 14. Каковы структуры серых чу­гунов? 15. Как получают высокопрочный чугун? Его строение, свойства и назначение. 16. В чем различие в строении ковкого и модифицирован­ного чугунов? 17. Сравните механические свойства серого, ковкого и вы­сокопрочного чугунов.