ЛЕКЦИЯ № 6. Механические свойства металлов

1. Деформация и разрушение

Приложение нагрузки вызывает деформацию. В начальный момент нагружение, если оно не сопровождается фазовыми (структурными) изменениями, вызывает только упругую (обратимую) деформацию. По достижении некоторого напряжения деформация (частично) становится необратимой (пластическая деформация), необратимо при этом изменяются и строение металла и, следовательно, его свойства Зависимость деформации от напряжения изображается так называемой диаграммой растяжения. Условное напряжение:

σ = P / F0 (кгс/мм2),

где P- сила;

F₀ - начальное сечение, а ось абсцисс - относительная деформация:

ε = Δl / l,

где Δl - приращение длины,

l - начальная длина.

Тангенс угла наклона - прямой: tg α = σ / ε = Е - модуль нормальной упругости (в кгс/мм ²) - характеризует жесткость материала (сопротивление упругому деформированию), которая определяется силами межатомного взаимодействия, зависящими в первом приближении от температуры плавления металла. Поскольку легирование и термическая обработка очень слабо влияют на температуру плавления, модуль нормальной упругости можно рассматривать как структурно нечувствительную характеристику. У всех сталей Е ≈ 2 x10 ⁴ кгс/мм ², а у алюминиевых сплавов Е ~ 0,7 x 10 ⁴ кгс/мм ².

Условное напряжение, при котором нарушается пропорциональная зависимость между ε и σ, есть предел упругости (или предел пропорциональности).

Для технических целей (кроме упругих элементов) малое отклонение от пропорциональной зависимости не считается существенным, и обычно считается, что пластическая деформация наступает тогда, когда остаточная необратимая деформация ε_пл. становится равной 0,2 %. Условное напряжение, при котором = 0,2 %, называется пределом текучести (на диаграмме - σ_0,2) и характеризует сопротивление материала малой пластической деформации. Истинное напряжение достигает максимального значения в точке Z - при окончательном разрушении образца. Для высокопрочных и малопластичных материалов σ_В > 150 кгс/мм ², относительное сужение ψ (изменение сужения) в месте разрыва (разрушения) равно менее 40 %, а определяется ψ по формуле:

ψ = (F_о - F_х)F_о,

где F ₀ - сечение образца до разрушения;

F_x - сечение в момент максимальной деформации.

Разрушение может быть двух видов, которые можно назвать "разделение" (repture) и "разрушение" (wacture). Разделение типично для высокопластичных материалов (обычно это металлы высокой чистоты), деформирование которых после достижения точки ? _В приводит к 100 %-му сужению без образования поверхности разрушения. Во всех других случаях сужение достигает какого-то значения, после чего образец разрушается с образованием поверхностей разрушения.

Рис. 6. Виды разорванных образцов: а - разделение; б - разрушение с предварительной пластической деформацией; в - разрушение без предварительной пластической деформации.

Процессу разрушения предшествуют: упругая деформация и пластическая деформация.

2. Механические свойства металлов

Механические свойства металлов определяются следующими характеристиками: предел упругости σ_Т, предел текучести σ_Е, предел прочности относительное удлинение σ, относительное сужение ψ и модуль упругости Е, ударная вязкость, предел выносливости, износостойкость.

Твердость, определяемая простейшими неразрушающими методами, зависит в основном от содержания углерода и условий термической обработки стали. Для грубой оценки прочности можно пользоваться следующим соотношением: σ_В = НВ/3.

Все металлические детали машин в процессе эксплуатации подвергаются воздействию различных внешних нагрузок, которые могут производиться плавно, постепенно (статически) или мгновенно (динамически). Воздействуя на детали, внешние нагрузки изменяют их форму, т. е. деформируют Свойство материалов из металла и сплавов принимать первоначальную форму после прекращения действия внешних сил называется упругостью, а деформация, исчезающая после снятия нагрузки, получила название упругой. Если к металлической детали приложить большие усилия и после прекращения их действия она не примет своей первоначальной формы, а останется деформированной, то такая деформация называется пластической. Способность металлических материалов и деталей деформироваться под воздействием внешних нагрузок, не разрушаясь, и сохранять измененную форму после прекращения действия усилий называется пластичностью. Материалы из металлов, не способные к пластическим деформациям, называются хрупкими.

Важным свойством материалов и деталей из металлов наряду с упругостью и пластичностью является прочность. Металлические детали или инструмент в зависимости от условий работы должны обладать определенными механическими свойствами - прочностью, упругостью, пластичностью.

При длительной эксплуатации металлические детали машин подвергаются повторно-переменным нагрузкам (растяжение - сжатие). При напряжениях, меньших предела текучести или предела упругости, они могут внезапно разрушиться. Это явление называется усталостью металлов. Пределом выносливости (усталости) называют максимальное напряжение, которое выдерживают материалы и детали из металлов, не разрушаясь, при достаточно большом числе повторно-переменных нагружений (циклов).

Для стальных образцов эту характеристику устанавливают при 10 млн. циклов, для цветных металлов - при 100 млн. циклов. Предел выносливости обозначают греческой буквой? _-1 и измеряют в Па.

В процессе работы многие детали машин нагреваются до высоких температур, достигающих 1000 °C и более. Для таких деталей важной характеристикой является жаропрочность - способность материалов из металлов и сплавов сохранять необходимую прочность при высоких температурах. У металлов и сплавов, работающих длительное время под нагрузкой при высоких температурах, наблюдается явление ползучести, т. е. непрерывная пластическая деформация под действием постоянной нагрузки (металл "ползет").

3. Способы упрочнения металлов и сплавов

Поверхностное упрочнение металлов и сплавов широко применяется во многих отраслях промышленности, в частности в современном машиностроении. Оно позволяет получить высокую твердость и износостойкость поверхностного слоя при сохранении достаточно вязкой сердцевины, способствует повышению долговечности и усталостной прочности. Некоторые методы поверхностного упрочнения отличаются высокой производительностью. В ряде случаев они с большой эффективностью используются вместо обычных методов термической обработки. Существует большое количество деталей, к свойствам поверхностного слоя металла которых предъявляются иные требования, нежели к свойствам внутренних слоев. Например, зубья шестерен в процессе работы испытывают сильное трение, поэтому они должны обладать большой твердостью, однако иметь небольшую твердость и хорошую вязкость, с тем чтобы зубья не разрушались от толчков и ударов. Следовательно, зубья шестерен должны быть твердыми на поверхности и вязкими в сердцевине.

Наиболее распространенным способом упрочнения поверхностного слоя металлов и сплавов является поверхностная закалка, при которой высокую твердость приобретает лишь часть поверхностного слоя деталей. Остальная часть не закаливается и сохраняет структуру и свойства, которые были до закалки. В настоящее время наибольшее распространение получила поверхностная закалка с индукционным нагревом токами высокой частоты. Этот высокопроизводительный прогрессивный метод термической обработки обеспечивает повышение механических свойств стали, в том числе предела текучести, усталости и твердости, исключает возможность обезуглероживания, уменьшает опасность окисления поверхности изделий и их деформации.

Детали сложной формы, ленточные пилы, режущий инструмент (фрезы, сверла), рычаги, оси подвергают импульсной поверхностной закалке. Для этого закаливаемую часть детали нагревают до температуры, превышающей температуру обычного нагрева данного материала под закалку, и затем охлаждают с большой скоростью за счет отвода тепла в остальную массу детали без применения охлаждающих сред. В результате импульсной закалки получают закаленный "белый" слой, устойчивый при отпуске до температуры 450 °C, обладающий мелкозернистой структурой, высокой твердостью и износостойкостью.

Автор: Алексеев В.С.

<< Назад: Сплавы (Строение металлов. Кристаллизация и структура металлов и сплавов. Диффузионные и бездиффузионные превращения. Классификация сплавов. Железо и его сплавы. Диаграммы состояния сплавов)

>> Вперед: Железоуглеродистые сплавы (Диаграмма железо-цементит. Стали: классификация, автоматные стали. Чугуны: белые, серые, высокопрочные, ковкие)

Рекомендуем интересные статьи раздела Конспекты лекций, шпаргалки:

▪ Криминалистика. Конспект лекций

▪ Реклама. Шпаргалка

▪ История психологии. Конспект лекций

Смотрите другие статьи раздела Конспекты лекций, шпаргалки.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Экраны влияют на детей неравномерно в разном возрасте 01.08.2026

Планшеты и смартфоны давно стали привычной частью повседневной жизни даже самых маленьких детей. Родители часто используют гаджеты, чтобы успокоить малыша или занять его на время, однако ученые все чаще задаются вопросом, как экранное время сказывается на развитии мозга и будущей способности к обучению. Новое исследование показывает, что значение имеет не только продолжительность просмотра, но и возраст, в котором ребенок проводит время перед экраном. Ученые наблюдали детей от рождения до 8 лет. Оказалось, что больше всего экраны влияют на мозг в два периода - в раннем младенческом возрасте и перед поступлением в школу. У детей, много времени проводивших перед экранами в эти возрастные точки, в 9 лет были несколько хуже успехи в обучении, а в 10,5 лет хуже работала рабочая память - способность удерживать и обрабатывать информацию здесь и сейчас. Исследователи из Франции и Сингапура проанализировали данные 502 детей и выделили два ключевых этапа. У младенцев мозг развивается очень ...>>

Умные жилеты, спасающие от жары 01.08.2026

Летняя жара в больших городах все чаще становится серьезным испытанием для людей, работающих на открытом воздухе. Мусорщики, строители и другие специалисты вынуждены проводить часы под палящим солнцем, рискуя перегревом. Китайские инженеры предложили практичное решение - специальные охлаждающие жилеты, которые помогают снизить ощущаемую температуру примерно на 10 градусов. Пока мир страдает от сильной жары, китайские инженеры разработали "умные" жилеты с климат-контролем. Жилеты с кондиционированием почти не отличаются от обычной рабочей одежды. Главное отличие - в системе охлаждения. В городе Нанкин в жилет вмонтированы два вентилятора, работающих от портативных аккумуляторов. Одного заряда хватает на 3-4 часа непрерывной работы. В Чанчжоу решили разместить в карманах охлаждающие элементы с материалом, который при нагревании переходит из твердого состояния в жидкое, активно поглощая тепло. Это поддерживает комфортную температуру в течение 2,5-4 часов. Такие жилеты выглядят почти ...>>

Летающие ветротурбины 3 МВт вышли в серию 31.07.2026

Традиционные ветряные электростанции зависят от силы и стабильности ветра у поверхности земли, где воздушные потоки часто бывают слабыми и порывистыми. На больших высотах ветер обычно сильнее и постояннее, поэтому инженеры уже давно рассматривают возможность подъема турбин в воздух. Китайская компания сделала важный шаг в этом направлении, перейдя от испытаний к мелкосерийному производству. Компания Beijing Linyi Yunchuan Energy Technology запустила мелкосерийное производство летающей ветротурбины S2000, а в провинции Чжэцзян возводят отдельный завод по производству материалов для оболочки аппарата. У компании уже есть предварительные договоренности с прибрежными городами и горными регионами, которые рассматривают возможность использования этой технологии для удовлетворения собственных энергетических потребностей. Прототип, который полгода назад только что поднялся в небо над Сычуанем, теперь превращается в целую отрасль. Идея S2000 проста: вместо того чтобы устанавливать ветряну ...>>

Случайная новость из Архива Неандертальцы были обречены 01.03.2012 Группа шведских и испанских исследователей из Упсаллы, Стокгольма и Мадрида сообщила в журнале Molecular Biology and Evolution новость, "обеляющую" наших африканских предков, - по данным ученых, неандертальцы сами начали стремительно вымирать задолго до того, как на их территорию ступила первая нога человека современного. До сих пор считалось, что неандертальцы сотни тысяч лет стабильно жили в Европе до тех пор, пока нашим предкам не надоела Африка. Теперь выясняется, что все было не совсем так. По данным ученых, неандертальцы стали резко вымирать где-то около 50 тысяч лет назад. После того, как большинство из них вымерло, небольшая группа выживших неандертальцев заселила центральную и западную части Европы, где сумела прожить еще десять тысяч лет, пока на сцене не появились кроманьонцы, люди современные. Такое предположение высказала шведско-испанская группа на основе данных, полученных в ходе исследования ДНК неандертальцев. Согласно их сведениям, европейские неандертальцы, жившие в период последних десяти тысяч лет перед приходом человека современного, имеют очень небольшие генетические различия. Их геномы различались между собой даже меньше, чем различаются геномы жителей сегодняшней Исландии. Это означает, что ДНК почти не мутировала, то есть сами неандертальцы никак не адаптировались к резким климатическим изменениям того времени и потому уже изначально были обречены. Более древние ископаемые останки европейских неандертальцев демонстрируют куда большие геномные вариации - примерно того же уровня, который зафиксирован у азиатских неандертальцев и представителей сегодняшнего человечества. Пока совершенно неясно, почему на ДНК европейских неандертальцев 50 тысяч лет назад вдруг напал такой в буквальном смысле слова убийственный консерватизм. Палеогенетика - очень непростое занятие. Исследователи имеют дело с очень разрушенными временем ДНК, из которых извлечь хоть какую-то информацию крайне затруднительно. Ученым пришлось прибегнуть к помощи самых разных экспертов - статистиков, экспертов по секвенированию современных ДНК, палеоантропологов, ИТ-специалистов и т.д. из Дании, Испании и США. Чтобы добраться до генетической информации о неандертальцах, им потребовались специальное лабораторное оборудование, специальные вычислительные методы. От подобного междисциплинарного сотрудничества они ждут не менее удивительных открытий о жизни наших прапредков.

Другие интересные новости:

▪ Сверхмалый гиродатчик XV-3500CB

▪ Бензин из сахара

▪ Микросхема GPS-приемника MG4200

▪ Перекличка в операционной

▪ Редкие земли с океанского дна

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта Переговорные устройства. Подборка статей

▪ статья Хосе Марти. Знаменитые афоризмы

▪ статья Все ли люди лгут? Подробный ответ

▪ статья Электромонтер по обслуживанию подстанций. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Промежуточный усилитель для звуковой карты компьютера. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Коробчатый воздушный змей. Физический эксперимент

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026