Механические свойства металлов и сплавов. Испытания на растяжение. Характеристики прочности и пластичности.

Механические свойства металлов и сплавов. Механическими наз-ся св-ва которые определяют поведение материала под действием внешних нагрузок. Классификация мех-х испытаний: 1-по скорости нагружения: статистические (V<=3м/мин) и динамические (V>3м/мин ), 2- по тем-ре испытаний: нормальные Т=18-23°С, критичные Т<0, специальные Т>200, 3- по длительности процесса испытания: кратковременные, длительные, 4- по способу нагружения: растяжение, сжатие, изгиб, кручение, срез.

Основные мех-е св-ва: Прочность – способность материала не разрушатся под действием приложенных к нему внешних сил. Пластичность –– способность материала получить остаточные изменения формы и размеров без разрушения. Твердость – способность материала сопротивляться внедрению в него другого более твердого тела. Ударная вязкость – степень сопротивления материала разрушению при ударной нагрузке.

Испытания на растяжение.

Прочность, упругость и пластичность определяются при испытании металлов на растяжение. Для проведения испытания изготовляют образцы, чаще круглые.

По результатам испытаний на специальных машинах записывают диаграмму растяжения.(по оси абсцисс- удлинение в мм, по оси ординат- приложенная нагрузка). По этой диаграмме можно определить показатели прочности: предел текучести и предел прочности (временное сопротивление растяжению).

При растяжении образца наступает момент, когда величина удлинения начинает расти быстрее величины усилия и линия на диаграмме изгибается. Склоняясь к горизонтальной линии- эту часть диаграммы растяжения называют площадкой текучести (АА¹). А напряжение, соответствующее площадки текучести, называют пределом текучести.

σ_{т =} Рт/ Fо или напряжение, вызывающее остаточную деформацию, равную 0,2%, называют условным пределом текучести σ_о,2 = Р_{0,2 /} Fо. Измеряют в МПа.

ОА- сохраняется пропорциональность между удлинением и нагрузкой.

А¹В-равномерная пластическая деформация. ВС- деформация шейки. Пределом прочности наз-ся напряжение, отвечающее максимальной нагрузке, которую выдержал образец во время испытания. Пред. прочности обозначается σ_в= Р_мах/F₀. Измеряют в МПа.

Характеристики прочности и пластичности. Характеристики пластичности:

- относительное удлинения.

и – начальная и конечная длина образца.

– абсолютное удлинение образца, определяется измерением образца после разрыва.

-относительное сужение

- начальная площадь поперечного сечения

-площадь поперечного сечения в шейке после разрыва.

Относительное сужение более точно характеризует пластичность и служит технологической характеристикой при листовой штамповке.

Пластичные материалы более надежны в работе, т.к. для них меньше вероятность опасного хрупкого разрушения.

29.Горячая пластическая деформация.

В зависимости от соотношения температуры деформации и температуры рекристаллизации различают холодную и горячую деформации. Холодной деформацией называют такую, которую проводят при температуре ниже температуры рекристаллизации. Поэтому холодная деформация сопровождается упрочнением (наклепом) металла.Деформацию называют горячей, если ее проводят при температуре выше температуры рекристаллизации для получения пол­ностью рекристаллизованной структуры.При этих температурах деформация также вызывает упрочнение «горячий наклеп», которое полностью или частично снимается рекристаллизацией, протекающей при температурах обработки и при последующем охлаждении. В отличие от статической полигонизации и рекристаллизации, процессы полигонизации и рекристаллизации, происходящие в период деформации, называют динамическими.При горячей обработке давлением (прокатке, прессовании, ковке, штамповке и т. д.) упрочнение в результате наклепа (повышение плотности дислокаций) непосредственно в процессе деформации непрерывно чередуется с процессом разупрочнения (уменьшением плотности дислокаций) при динамической полигонизации и рекристаллизации во время деформации и охлаждения. В этом основное отличие динамической полигонизации и рекристаллизации от статической.Горячую деформацию в зависимости от состава сплава и скорости деформации обычно проводят при температурах (0,7-0,75) Т_пл.Когда металл после деформации имеет частично рекристаллизованную рекристаллизованную структуру, то такую обработку правильнее называть неполной горячей, или теплой, деформацией.

31. Диаграмма состояния железо-углерод (цементит), компоненты и фазы, их строение и свой­ства. Превращения, протекающие в сплавах железо-углерод при охлаждении (нагреве). Равновесное состояние железоуглеродистых сплавов в зависимости от содержания углерода и температуры описывает диаграмма состояния железо - углерод. На диаграмме состояния железоуглеродистых сплавов (рис. 1) на оси ординат отложена температура, на оси абсцисс - содержание в сплавах углерода до 6,67%, то есть до такого количества, при котором образуется цементит Fе₃С. По диаграмме состояния системы железо - углерод судят о структуре медленно охлажденных сплавов, а также о возможности изменения их микроструктуры в результате термической обработки, определяющей эксплуатационные свойства.

В системе железо-цементит (Fe - Fе₃С) имеются следующие фазы: жидкий раствор. твердые растворы- феррит и аустенит, а также химическое соединение - цементит. Аустенит g-Fe - твердый раствор углерода в g-железе. Предельная растворимость углерода в g-железе 2,14%. Он устойчив только при высоких температурах, а с некоторым примесями (Мn, Сг и др.) при обычных (даже низких) температурах. Аустенит обладает высокой пластичностью, низкими пределами текучести и прочности. Твердость аустенита 160...200 НВ.

Цементит Fе₃С - химическое соединение железа с углеродом, содержащее 6,67% vглерода. Температура плавления ~1250°С. Время его устойчивости уменьшается с повышением температуры: при низких температурах он существует бесконечно долго, а при температурах, превышающих 950°С, за несколько часов распадается на железо и графит. Цементит имеет точку Кюри (210°С) и обладает сравнительно высокими твердостью (800 НВ и выше) и хрупкостью. Ледебурит – двухфазная структура, эвтектическая смесь аустенита и цементита с содержанием углерода 4,3%, продукт кристаллизации жидкого сплава при т=1147. Перлит - двухфазная структура, эвтектоидная смесь феррита и цементита пластинчатого строения с содержанием С- 0,83%, продукт распада аустенита при т=727. Линия ABCD - линия начала кристаллизации сплава (ликвидус), линия AECF - линия конца кристаллизации сплава (солидус).ECF-линия эвтектического превращения, EC-линия ограниченной растворимости С в А, GSGP-линия полиморфного превращения, PSK-линия эвтектоидного превращения, PQ-линия ограниченной растворимости С в феррите. • стали - до 2,14% С, не содержат ледебурита;• чугуны - более 2,14%С, содержат ледебурит.В зависимости от содержания углерода (%) железоуглеродистые сплавы получили следующие названия:• менее 0,83 - доэвтектоидные стали;• 0,83 - эвтектоидные стали;• 0,83...2 - заэвтектоидные стали;• 2...4,3 - доэвтектические чугуны;• 4,3...6,67 - заэвтектические чугуны. Другой источник: Любая разновидность термической обработки состоит из комбинации четырех основных превращений, в основе которых лежат стремления системы к минимуму свободной энергии 1. Превращение перлита в аустенит , происходит при нагреве выше критической температуры А_1, минимальной свободной энергией обладает аустенит.

2. Превращение аустенита в перлит , происходит при охлаждении ниже А₁, минимальной свободной энергией обладает перлит:

3. Превращение аустенита в мартенсит , происходит при быстром охлаждении ниже температуры нестабильного равновесия

4. Превращение мартенсита в перлит ; – происходит при любых температурах, т.к. свободная энергия мартенсита больше, чем свободная энергия перлита.

)