Lecturi despre TCM

Proprietățile mecanice ale materialelor

Proprietăți - o caracteristică cantitativă sau calitativă a materialului care determină identitatea sau diferența sa cu alte materiale.






Există trei grupuri principale de proprietăți: performanță, tehnologie și costuri, care stau la baza alegerii materialului și a determina fezabilitatea tehnică și economică a aplicării sale. De o importanță capitală sunt proprietățile operaționale.
Chemat proprietăți operaționale ale materialului, care definesc funcționarea componentelor de mașini, aparate și instrumente, puterea lor, viteza, costurile și alte performanțe tehnice și operaționale.
Eficiența marea majoritate a pieselor și a produselor de mașini asigură un nivel de proprietăți mecanice care caracterizează comportarea materialului sub influența unei sarcini externe. Deoarece piese de mașini de încărcare condiții sunt variate, proprietățile mecanice includ un grup mare de indicatori.
În funcție de schimbările din timpul de încărcare este împărțită în statice și dinamice. încărcare statică este caracterizată prin rata scăzută a valorii schimbării, iar sarcinile dinamice variază în timp, la viteze mari, de exemplu, sub încărcare de șoc. Mai mult decât atât, încărcătura este împărțită în tracțiune, compresiune, încovoiere, torsiune și forfecare. schimbărilor de sarcină pot fi repetitive în natură, astfel încât acestea sunt numite variabile republicarea sau ciclice. Funcționarea mașinilor sub impactul acestor tensiuni pot apărea în diverse combinații.
Prin forțe externe, precum și transformările structurale și de fază în materiale există forțe interne care pot fi exprimate în termenii sarcinilor externe. puterea interioară pe unitatea de suprafață a secțiunii transversale a corpului este numit stres. Introducerea subliniază conceptul permite să efectueze calcule privind rezistența structurilor și a elementelor acestora.
In cel mai simplu caz cilindric tijă de tracțiune axială tensiunea σ ca raport o casa a forței de tracțiune P la inițial suprafața secțiunii transversale F o. și anume

Efectul forțelor externe duce la deformarea corpului, și anume, pentru a modifica dimensiunea și forma. Deformarea, dispare după descărcare, numit o firmă, și să rămână în corp - plastic (rezidual).
Eficiența unui anumit grup de piese de mașini nu depinde numai de proprietățile mecanice, dar, de asemenea, rezistenta la efectele medii de lucru chimic activ, în cazul în care un astfel de efect devine semnificativ, atunci devin proprietățile fizico-chimice care determină ale materialului - rezistența termică și rezistența la coroziune.
Rezistența la căldură descrie capacitatea unui material de a rezista la coroziune chimică într-o atmosferă de gaz uscat la temperatură ridicată. In metale, încălzirea este însoțită de formarea unui strat de oxid de pe suprafața (scalare).
Rezistența la coroziune - aceasta este capacitatea metalului de a rezista la coroziunea electrochimică, care se dezvoltă în prezența unui mediu lichid la o suprafață metalică și eterogenității sale electrochimice.
Pentru unele piese de mașini, sunt proprietăți fizice importante ce caracterizează comportamentul materialelor în câmpuri magnetice, electrice și termice, precum și sub influența radiațiilor de înaltă energie sau fluxuri. Ele sunt de obicei împărțite în magnetice, electrice, termice și radiații.
Capacitatea materialului supus la diferite metode de cald și rece de lucru este determinat de proprietățile tehnologice. Acestea includ proprietăți de turnare, plasticitate, sudabilitatea și prelucrabilitate sculei de tăiere. Proprietățile tehnologice permit dezirabile și să primească părțile piesei de prelucrat și mașină.
Pentru acest din urmă grup, principalele proprietăți includ costul materialelor, care evaluează eficiența utilizării acesteia. Este un indicator cantitativ - prețul cu ridicata - costul unei unități de masă de material sub formă de lingouri, extrudate, pudră, piese brute și sudate, în care producătorul vinde afacerile sale produse de inginerie și instrumente.

Proprietăți mecanice determinate sub sarcini statice

Proprietăți mecanice caracterizează rezistența de deformare a materialului, degradarea caracteristică sau comportamentul său în timpul fracturii. Acest grup include indicatori proprietăți de rezistență, rigiditate (elasticitate), ductilitate, duritate și tenacitate. Grup de bază astfel de indicatori cuprind caracteristici standard proprietăți mecanice care sunt determinate în laborator, pe eșantioane de dimensiune standard. S-a obținut în testele de proprietăți mecanice astfel de indicatori evalua comportamentul materialelor la sarcină externă fără a ține cont de detalii cu privire la condițiile de construcție și de exploatare.
Cu titlu de aplicare a sarcinii distinge statică de tracțiune, compresiune, încovoiere, torsiune, forfecare sau felie. Cel mai frecvent testul de extensie (GOST 1497-1484), care fac posibilă identificarea unui număr de proprietăți mecanice importante.

Încercarea la tracțiune. probe de tracțiune cu standardul suprafața secțiunii transversale a F o și activitatea (compensare) a lungimii l o diagramă construi se întind în coordonate: sarcină - alungire a eșantionului (Figura 1). Diagrama izolat trei porțiuni: o deformare elastică la Simp sarcină P ;. deformare plastică uniformă F Ex. P max și deformare plastică concentrată la P la P max k. porțiune rectilinie este menținută până când sarcina corespunzătoare limitei de proporționalitate ROC. Tangenta unghiului de înclinare al secțiunii drepte descrie ordinul întâi modulul de elasticitate E.

Fig. 1. întindere diagrama de metal ductil (a) și diagrama
stres convențional din plastic (b) și friabil (c) un metal.
Figura subliniază adevărate (linia punctată) este dată pentru comparație.

deformare plastica Rupra de mai sus. Ea vine sub sarcină în creștere, după cum se intareste metalul în timpul deformării. Rigidizarea materialului în timpul deformării se numește rece întărire.

întărire din metal crește până când se rupe probă, în timp ce sarcina de tracțiune este micșorată de la P max la Pk (Figura 1 a). Acest lucru se datorează apariția într-un eșantion de subțiere locală a colului uterin, în care deformarea plastică este concentrată în principal. În ciuda scăderii sarcinii, de tensiunea crește colului uterin, atâta timp cât eșantionul nu este distrus.
proba este alungit și secțiune transversală descrește continuu în tensiune. stres Adevărat determinat prin împărțirea sarcinii de curent la un anumit punct de pe zona, care are o probă în acest punct (Figura 1, b). Aceste tensiune în practica de zi cu zi nu este determinată, precum și condițiile de utilizare a tensiuni, presupunând că secțiunea transversală F o a eșantionului rămâne neschimbat.

Tensiunile sigma simp, σ r, σ în -. Caracteristici de rezistență standard. Fiecare Rupra obținut prin împărțirea sarcinii respective. Pm și P max la inițial suprafața secțiunii transversale F o.

Limita de elasticitate σ Ex. Se numește stresul la care deformarea plastică ajunge la o valoare de 0,005; 0,02 și 0,05%. Limitele elastice respective denota σ 0.005, σ 0,02, σ 0,05.

rezistență Proof - o tensiune, care corespunde o deformare plastică egală cu 0,2%; este desemnat σ 0,2. Randament fizic stres σ t este determinată din diagrama de întindere, atunci când are un spațiu de producție. Cu toate acestea, atunci când este testat în tensiune la majoritatea aliajelor nici un platou randament in topuri. Deformarea plastică selectată de 0,2% este suficientă acuratețe caracterizează trecerea de la elastic la o deformare plastică.

puterea Ultimate caracterizează capacitatea maximă portantă a materialului, rezistența acestuia, fractură anterioară:

Plasticitatea se caracterizează prin δ alungire și contracția relativă a IP:

unde l k o lungime finită a eșantionului; l o și F o - lungimea inițială și aria secțiunii transversale a eșantionului; F - aria secțiunii transversale a fracturii.
Pentru low-plastic test de materiale de întindere (fig. 1, c) provoacă dificultăți semnificative. Astfel de materiale sunt, de obicei supuse unui test de îndoire.

Flexiune. În proba test de încovoiere având atât la întindere și compresiune. test de flexiune fontă, oțel de scule, după întărirea materialului de suprafață și ceramică. Caracteristicile definitorii sunt rezistența la tracțiune și deformare.

Rezistența la încovoiere a fost calculată cu formula:

unde M - cea mai mare momentului de încovoiere; W - secțiunea modulului pentru imaginea secțiune transversală circulară

(În cazul în care d - diametrul eșantionului) și probele de formă dreptunghiulară secțiunea W = bh 2/6. unde b, h - lățimea și înălțimea probei).
Testele de duritate. Prin duritate se înțelege capacitatea unui material de a rezista introducerii în suprafața solidă - cavitație. Ca un indentorului utilizat călit bilă de oțel sau un vârf de diamant în formă de con sau de piramidă. straturi de suprafață indentare de material care se confruntă cu deformări plastice importante. După îndepărtarea sarcinii rămâne pe suprafață amprenta. Element de deformare plastică care apare este faptul că în apropierea vârfului se produce starea de stres complex, aproape de compresie completă non-uniformă. Din acest motiv, deformarea plastică a experienței nu numai din plastic, dar, de asemenea, materiale fragile.
Astfel, duritatea caracterizează rezistența la deformare plastică a materialului. Aceeași rezistență și estimările de rezistență la tracțiune. atunci când se stabilește că există o tulpină concentrată în zona gâtului. Prin urmare, pentru o varietate de materiale, valori numerice ale rezistenței la tracțiune și duritate sunt proporționale. În practică, patru metode utilizate în mod obișnuit măsurarea duritate: duritate Brinell, duritate Vickers, duritate Rockwell și microduritate.
La determinarea durității Brinell (GOST 9012-59), în suprafața de probă este presată un diametru bilă călit 10; 5 sau 2,5 mm sub acțiunea sarcinii de 5000 N la 30000N. După îndepărtarea sarcinii este formată pe suprafața imprimată sub forma sferică gropiță diametru d.
Atunci când se măsoară duritatea Brinell folosind un tabel creat în prealabil, indicând numărul de duritate HB, în funcție de diametrul și indentare sarcina selectată, cu atât mai mic diametrul amprentei, cu atât mai mare duritate.
Metoda de măsurare Brinell utilizate pentru oțeluri cu o duritate <450 НВ, цветных металлов с твердостью <200 НВ. Для них установлена корреляционная связь между временным сопротивлением ( в МПа) и числом твердости НВ:
σ c „3,4 HB - laminate la cald pentru oțel carbon;
σ la „4.5 HB - pentru aliaje de cupru;
σ la „3,5 HB - pentru aliaje de aluminiu.
În metoda standard de măsurare a Vickers (GOST 2999-75) presată în suprafața eșantionului piramidei diamant tetraedric cu un unghi la vârf de 139 °. Fingerprint se obține sub forma unui pătrat, a cărui diagonală se măsoară după ce sarcina este îndepărtată. HV număr de duritate determinat prin tabele speciale indentare semnificativ diagonală, la o sarcină selectată.

Încercarea de duritate Vickers este folosit în principal pentru materiale cu o duritate ridicată, precum și testarea durității pieselor mici sau secțiuni ale straturilor subțiri de suprafață. Ca o regulă, utilizați sarcină mică: 10,30,50,100,200,500 N. Partea mai subțire secțiune sau stratul analizat, este mai mică sarcina selectată.
Numărul de duritate Vickers si Brinell pentru materiale cu duritate de până la 450 HB, sunt practic identice.
Măsurarea durității Rockwell (GOST 9013-59) este cel mai versatil și mai puțin laborioasă. Numărul de duritate depinde de profunzimea adânciturii vârfului, care este folosit ca un con de diamant, cu un unghi la vârf de 120 0 sau bilă de oțel cu diametrul de 1,588 mm. Pentru diferite combinații de încărcări și sfaturi instrument de Rockwell are trei scale de măsurare: ABC Numerele de duritate Rockwell denotă determinarea nivelului de duritate, HR și litere care indică scara de duritate, de exemplu: 70HRA, 58HRC, 50HRB. Numerele de duritate Rockwell nu sunt relații exacte cu numere de Brinell și Vickers.
O scală (vârful - con de diamant, sarcina totală de 600N). Această scală este utilizată pentru materiale foarte dure pentru foi subțiri sau straturi subțiri (0,6-1,0 mm). Limitele de măsurare duritate pe scara 70-85.
Scala B (vârful - o bilă de oțel, sarcina totală 1000N). La această scară determină duritatea unei materiale relativ moi (<400НВ). Пределы измерения твердости 25-100.

Scala C (vârful - con de diamant, sarcina totală 1500N). Această scală este utilizată pentru materiale solide (> 450NV), de exemplu, din oțel călit. Limitele de măsurare a durității pe scara 20-67. Determinarea microduritatii (GOST 9450-76) adâncitură realizată în suprafața eșantionului de diamant piramidă la sarcini mici (0,05-5N) urmată de măsurarea indentare diagonală. Această metodă a evaluat duritatea individuale granule, componentele structurale, straturi subțiri sau părți subțiri.

Proprietățile mecanice sub încărcări dinamice

În timpul funcționării, piese de mașini sunt posibile forțe dinamice, la care multe metale prezintă o tendință de ruperea fragilă. riscul de atac de a spori reduceri - concentratoare de stres. Pentru a evalua tendința de metal a fracturii casant sub influența acestor factori se realizează teste de impact dinamic asupra pendulului (Fig. 2). probă standard montate pe două argumente și se aplică în trecere de mijloc, ceea ce duce la distrugerea probei. La un pendul scara este determinată de K. cheltuită pentru distrugere, și se calculează caracteristica de bază obținute în urma acestor teste - udarnuyuvyazkost:

unde S0 1. proba suprafața secțiunii transversale în canelura.

Fig. 2. Schema pendul (a) și testul de impact (b):
1 - model; 2 - pendul; 3 - scala; 4 - săgeata scalei; 5- frână.

În conformitate cu probele de testare GOST 9454-78 sunt prevăzute trei tipuri: în formă de U (raza crestătură r = 1 mm); . În formă de V (r = 0,25 mm) și în formă de T (fisură la oboseală creată la baza tenacității crestătură în consecință reprezintă :. KSU, KCV, putere KCT Impactul tuturor caracteristicilor proprietăților mecanice este cea mai sensibilă la temperaturi mai scăzute, prin urmare, testate. rezistenţa la impact la temperaturi scăzute este utilizat pentru a determina pragul de fragilității rece - temperatura sau intervalul de temperatură în care există o scădere a tenacității fragilitatea la rece. - capacitatea de a pierde material metalic vâscozitate, ruptura casant temperatura este coborâtă. manifestată brittleness rece din fier, oțel, metale și aliaje având un cubică cu volum (bcc) sau hexagonale ambalate aproape (GP) zăbrele. Este absentă în metalele cu un cub (fcc) grilaj centrată pe față.

Proprietățile mecanice la sarcini ciclice variabile

Multe piese de mașini (arbori, biele, roti dintate) cu experiență în timpul încărcării ciclice repetate. Procese de acumulare treptată a daunelor în materialul sub încărcare ciclică, având ca rezultat o schimbare a proprietăților sale, formarea de fisuri și distrugerea dezvoltării lor, numită oboseala, iar proprietatea de a rezista la oboseala - rezistenta (GOST 23207-78). Pe capacitatea materialelor de a opera sub sarcină ciclică este evaluată prin rezultatele testelor pentru specimene oboseala (GOST 25.502-79). Acestea sunt realizate de mașini speciale, creând o încărcare probe multiple (întindere - compresiune, încovoiere, torsiune). Probele au fost testate tensiuni secvențial la diferite niveluri, definind numărul de cicluri până la eșec. Rezultatele testului arată o curbă de oboseală, care este construit în coordonate: ciclu maxim de tensiune σ max / sau σ c) - numărul de cicluri. Curbele de oboseala vă permit să definiți următoarele criterii de anduranță:

- durabilitate ciclică. care caracterizează capacitatea portantă a materialului, adică, cea mai mare tensiune, care poate rezista la un anumit ciclu de viață timp raboty.- - numărul de cicluri (sau ore de funcționare), care menține materialul înainte de formarea unei fisuri de oboseală măsură determinate sau la eșecul oboseala la o anumită tensiune.

Pe lângă determinarea criteriilor considerate rezistență ridicată ciclu pentru unele cazuri speciale, testul la oboseala ciclu redus. Acestea sunt realizate la tensiuni mari (mai mari de 0,2 σ) și frecvența de încărcare scăzută (de obicei nu mai mult de 6 HZ). Aceste teste simulează condițiile de funcționare ale structurilor (de exemplu, avioane), care percep sarcinile ciclice rare, dar semnificative.