Как получить мелкозернистое строение металлов и сплавов


Условия получения мелкозернистой структуры — Мегаобучалка

 

Стремятся к получению мелкозернистой структуры. Оптимальными условиями для этого являются: максимальное число центров кристаллизации и малая скорость роста кристаллов.

Размер зерен при кристаллизации зависит и от числа частичек нерастворимых примесей, которые играют роль готовых центров кристаллизации – оксиды, нитриды, сульфиды.

Чем больше частичек, тем мельче зерна закристаллизовавшегося металла.

Стенки изложниц имеют неровности, шероховатости, которые увеличивают скорость кристаллизации.

Мелкозернистую структуру можно получить в результате модифицирования, когда в жидкие металлы добавляются посторонние вещества – модификаторы,

По механизму воздействия различают:

1. Вещества не растворяющиеся в жидком металле – выступают в качестве дополнительных центров кристаллизации.

2. Поверхностно - активные вещества, которые растворяются в металле, и, осаждаясь на поверхности растущих кристаллов, препятствуют их росту.

 

Особенности строения металлического слитка

 

Схема стального слитка, данная Черновым Д.К., представлена на рис.3.7.

Рис. 3.7. Схема стального слитка

Слиток состоит из трех зон:

1. мелкокристаллическая корковая зона;

2. зона столбчатых кристаллов;

3. внутренняя зона крупных равноосных кристаллов.

Кристаллизация корковой зоны идет в условиях максимального переохлаждения. Скорость кристаллизации определяется большим числом центров кристаллизации. Образуется мелкозернистая структура.

Жидкий металл под корковой зоной находится в условиях меньшего переохлаждения. Число центров ограничено и процесс кристаллизации реализуется за счет их интенсивного роста до большого размера.

Рост кристаллов во второй зоне имеет направленный характер. Они растут перпендикулярно стенкам изложницы, образуются древовидные кристаллы – дендриты (рис. 3.8). Растут дендриты с направлением, близким к направлению теплоотвода.

Рис.3.8. Схема дендрита по Чернову Д.К.

 

Так как теплоотвод от незакристаллизовавшегося металла в середине слитка в разные стороны выравнивается, то в центральной зоне образуются крупные дендриты со случайной ориентацией.



Зоны столбчатых кристаллов в процессе кристаллизации стыкуются, это явление называется транскристаллизацией.

Для малопластичных металлов и для сталей это явление нежелательное, так как при последующей прокатке, ковке могут образовываться трещины в зоне стыка.

В верхней части слитка образуется усадочная раковина, которая подлежит отрезке и переплавке, так как металл более рыхлый (около 15…20 % от длины слитка)

Методы исследования металлов: структурные и физические

Металлы и сплавы обладают разнообразными свойствами. Используя один метод исследования металлов, невозможно получить информацию о всех свойствах. Используют несколько методов анализа.

Структурные методы исследования.

Применяют макроскопический и микроскопический анализ, рентгеноструктурный анализ.

Определение химического состава.

 

Используются методы количественного анализа.

1. Если не требуется большой точности, то используют спектральный анализ.

Спектральный анализ основан на разложении и исследовании спектра электрической дуги или искры, искусственно возбуждаемой между медным электродом и исследуемым металлом.

Зажигается дуга, луч света через призмы попадает в окуляр для анализа спектра. Цвет и концентрация линий спектра позволяют определить содержание химических элементов.

Используются стационарные и переносные стилоскопы.

2. Более точные сведения о составе дает рентгеноспектральный анализ.

Проводится на микроанализаторах. Позволяет определить состав фаз сплава, характеристики диффузионной подвижности атомов.

 

Введение в неорганическую химию / металлы и сплавы: структура, связь, электронные и магнитные свойства

Из Wikibooks, открытые книги для открытого мира

Перейти к навигации Перейти к поиску
Ищите Введение в неорганическую химию / металлы и сплавы: структура, связь, электронные и магнитные свойства в одном из родственных проектов Wikibooks: Викиучебник не имеет страницы с таким точным названием.

Другие причины, по которым это сообщение может отображаться:

  • Если страница была создана здесь недавно, она может еще не отображаться из-за задержки обновления базы данных; подождите несколько минут и попробуйте функцию очистки.
  • Заголовки в Викиучебниках чувствительны к регистру , кроме первого символа; Пожалуйста, проверьте альтернативные заглавные буквы и подумайте о добавлении перенаправления сюда к правильному заголовку.
  • Если страница была удалена, проверьте журнал удалений и просмотрите политику удаления.
.

металлоконструкций

Точки плавления и кипения

Металлы имеют тенденцию к высоким температурам плавления и кипения из-за прочности металлической связи. Прочность связи варьируется от металла к металлу и зависит от числа электронов, которые каждый атом делокализует в море электронов, и от упаковки.

Металлы группы 1, такие как натрий и калий, имеют относительно низкие температуры плавления и кипения, главным образом потому, что каждый атом имеет только один электрон, вносящий вклад в связь, но есть и другие проблемы:

  • Элементы группы 1 также неэффективно упакованы (с 8 координатами), поэтому они не образуют столько связей, сколько большинство металлов.

  • У них относительно большие атомы (это означает, что ядра находятся на некотором расстоянии от делокализованных электронов), что также ослабляет связь.

 

Электропроводность

Металлы проводят электричество. Делокализованные электроны могут свободно перемещаться по структуре в трехмерном пространстве. Они могут пересекать границы зерен. Несмотря на то, что узор может быть нарушен на границе, пока атомы соприкасаются друг с другом, металлическая связь все еще присутствует.

Жидкие металлы также проводят электричество, показывая, что, хотя атомы металла могут свободно перемещаться, делокализация остается в силе до тех пор, пока металл не закипит.

 

Теплопроводность

Металлы - хорошие проводники тепла. Тепловая энергия улавливается электронами в качестве дополнительной кинетической энергии (это заставляет их двигаться быстрее). Энергия передается по всему остальному металлу движущимися электронами.

 

Прочность и работоспособность

Ковкость и пластичность

Металлы описываются как ковкий (можно разбивать на листы) и пластичный (можно вытягивать на проволоку).Это происходит из-за способности атомов перемещаться друг по другу в новые позиции без разрыва металлической связи.

Если приложить небольшое напряжение к металлу, слои атомов начнут катиться друг по другу. Если напряжение снова будет снято, они вернутся в исходное положение. В этих условиях металл считается эластичным на единиц.

Если приложить большее напряжение, атомы перекатываются друг на друга в новое положение, и металл навсегда изменяется.

Твердость металлов

Этому катанию слоев атомов друг на друга препятствуют границы зерен, потому что ряды атомов не выстраиваются должным образом. Отсюда следует, что чем больше имеется границ зерен (чем меньше отдельные кристаллические зерна), тем тверже становится металл.

В противоположность этому, поскольку границы зерен - это области, где атомы не находятся в таком хорошем контакте друг с другом, металлы имеют тенденцию к разрушению на границах зерен.Увеличение количества границ зерен не только делает металл тверже, но и делает его более хрупким.

Контроль размера кристаллических зерен

Если у вас чистый кусок металла, вы можете контролировать размер зерен с помощью термической обработки или обработки металла.

Нагрев металла имеет тенденцию приводить атомы в более правильное расположение - уменьшая количество границ зерен и тем самым делая металл более мягким.Если стучать по металлу в холодном состоянии, образуется много мелких зерен. Поэтому холодная обработка делает металл более твердым. Чтобы восстановить его работоспособность, вам необходимо повторно нагреть его.

Вы также можете нарушить регулярное расположение атомов, вставив в структуру атомы немного другого размера. Сплавы , такие как латунь (смесь меди и цинка), тверже, чем исходные металлы, поскольку неоднородность структуры помогает предотвратить скольжение рядов атомов друг по другу.

.

Новая комбинированная технология деформирования «Равноканальное угловое прессование прокаткой», позволяющая получать металлы и сплавы с суб ультратонкой структурой

1. Введение

Исследования и разработки, направленные на получение высокопрочных металлов и Сплавы в настоящее время представляют большой научный и практический интерес. Получение металлов с уникальными свойствами возможно за счет измельчения зерна за счет осуществления интенсивной пластической деформации всего объема деформируемой детали.

Недавно был разработан ряд новых процессов обработки металлов давлением, предназначенных для производства металла с суб ультрамелкозернистой структурой, основной принцип которых заключается в реализации простой схемы сдвига в процессе деформации. Одним из таких методов является равноканальное угловое прессование заготовок [1] ​​в матрицы различной конструкции. Обеспечивает интенсивную пластическую деформацию без существенного изменения исходных размеров поперечного сечения заготовки. Однако у него есть существенный недостаток - длина исходной заготовки ограничена пространством используемого оборудования, т.е.е. рабочим ходом пресс-пуансона. Кроме того, этот метод деформации не обеспечивает непрерывного процесса прессования. Поэтому такой способ получения субультрамелкозернистой структуры металла не нашел промышленного применения. Он все еще является объектом исследования с использованием относительно небольших образцов в лабораторных условиях.

Целью данной работы является разработка и исследование нового метода деформации, позволяющего изготавливать длинномерные заготовки с суб ультрамелкозернистой структурой при низких затратах энергии.

2. Теория, материалы и методы исследования

Для этого на кафедре «Обработка металлов давлением» Карагандинского государственного индустриального университета применяется комбинированный процесс «прокатка-прессование» с использованием равноканальной ступенчатой ​​матрицы, калиброванной [2 ] и гладких [3] валков (рис. 1), что по сравнению с обычным сжатием в равноканальной ступенчатой ​​матрице частично снимает ограничения на размеры исходных заготовок.

Рисунок 1.

Схема совмещенного процесса «прокатка-прессование» с гладкими валками (а) и калиброванными валками (б).

Суть предлагаемого способа деформирования заключается в следующем. Заготовка, которая предварительно нагревается в начале деформации, прикладывается к формующему валку и подается на прокатные валки за счет контактных сил трения, захватывая ее в зазоре валков. На выходе он проталкивается по каналам равноканальной ступенчатой ​​матрицы. Следующая заготовка подается в тот момент, когда заготовка полностью освободится из зазора валков. Пройдя через валки и попав в матрицу, он выталкивает из матрицы предварительно деформированную заготовку.Процесс прессования в данном случае осуществляется за счет использования контактных сил трения, действующих на поверхности контакта металла с вращающимися валками. Этот процесс, как отмечалось выше, может применяться с использованием гладких и калиброванных валков. Сравнительный анализ показывает, что дальнейшее использование является наиболее оптимальным решением, так как требует меньшего абсолютного сжатия заготовки при прокатке для проталкивания ее по каналам матрицы. Кроме того, можно контролировать уширение заготовки в валках, которое в случае использования гладких валков следует рассчитывать [4].

Выполнимость процесса «прокатка-прессование» требует, чтобы проекция на ось X суммы сил, создаваемых валками в зоне деформации (обозначенной как P ROLL ), была больше, чем усилие, необходимое для проталкивания заготовки через каналы матрицы (обозначено как P PRESS ), то есть:

Проекция на ось X суммы всех сил, действующих в зоне деформации (Рисунок 2 ) описывается

Рисунок 2.

Схема сил при деформации.

PROLL = 2bav∫γ1ατavRcosθdθ − 2bav∫0γτavRcosθdθ − 2bav∫0αpavRsinθdθ E2

, где b 1 и b av - ширина заготовки после деформации и средняя ширина; τ av и p av - средние касательные и нормальные напряжения; R - радиус валков; θ - текущий угол; α - угол захвата; γ и γ 1 - углы, характеризующие протяженность зон опережения и запаздывания соответственно.

Углы γ и γ 1 можно найти по методике, описанной в работе [5]. Интегрируйте уравнение. (2) предполагая, что b av = b 1 :

PROLL = 2b1RτAV (sinα − sinγ1) −2b1RτAV (sinγ − 0) −2b1RpAV (−cosα + 1) E3

Замена в этом уравнении 1 −cosα = α22, sinα = α, sinγ1 = γ1, sinγ = γ, и учитывая, что τAV = pAVμ = σSμ, получаем

PROLL = 2b1RσSμ1 (α − γ1) −2b1RσSμ1γ − 2b1RσSα22E4

где μ 1 - коэффициент трения в очаге деформации при прокатке.Наконец, мы получаем

PROLL = 2b1RσSμ1 (α − γ1 − γ − α22μ1) E5

При использовании рифленых валков уравнение. (5) принимает вид:

PROLL_CAL = 2RσSμ1 [b1 (α − γ1 − γ − α22μ1) + havα] E6

, где h av - средняя высота заготовки в зоне деформации. В работе [6] получена формула для определения сил сжатия в равноканальной угловой матрице. Преобразуя эту формулу с учетом конфигурации каналов равноканальной ступенчатой ​​матрицы, получаем формулу для определения тоннажа в этой матрице:

PPRESS = 2σSμ2 [(2l1 + l2) (b1 + h2) + 2h22tgϕ2 + tgϕ⋅h23μ2 ] E7

При исследовании противодавления от матрицы были получены следующие зависимости:

Q1 = (2b1RσSμ1 (α − γ1 − γ − α22μ1) −σSμ2 [(2l1 + h2ctgϕ2) (b1 + h2)]) / sinϕE8Q2 = Q1cos (180 − ϕ) −2σSμ2sinϕ (l2 + h2ctgϕ2) (b1 + h2) E9

Зависимости (8) и (9) удовлетворительные при использовании валков с гладким стволом.При использовании рифленых валков необходимо также учитывать силы трения в зоне деформации на металлическом боковом контакте с валками. С учетом допущений, которые были приняты при определении силы противодавления Q 1 на первом этапе деформирования с гладкими валками, сила противодавления Q для процесса с калиброванными валками определяется по формуле:

Q1C = (2RσSμ1 [b1 (α − γ1 − γ − α22μ1) + hAVα] −σSμ2 [(2l1 + h2ctgϕ2) (b1 + h2)]) / sinϕE10

Когда проецирующие силы находятся на вертикальной оси, все силы в зона деформации гасится.Следовательно, уравнение. (9) для определения силы противодавления Q 2C в случае рифленых валков не изменяется. Для нормального хода процесса необходимо обеспечить:

При несоблюдении этого условия металл в области от линии, соединяющей центры валков с равноканальной ступенчатой ​​матрицей, вытесняется, увеличивая его поперечные размеры, тем самым делая процесс прессования невозможен.

Одним из основных факторов, влияющих на силу прессования, является угол стыка каналов матрицы.Для определения оптимального угла стыка каналов равноканальной ступенчатой ​​матрицы, допускающего значение силы сжатия меньше силы прокатки, была составлена ​​программа в редакторе Excel. Эта программа позволяет определять оптимальный угол стыка на основе графического построения графика силы сжатия в зависимости от угла пересечения каналов и силы прокатки, создаваемой валками в зависимости от величины абсолютного сжатия. Для выполнения условия (11) усилия были переданы на напряжения:

, где σ ROLL - напряжение в поперечном сечении заготовки на линии, соединяющей центры валков; σ ПРЕСС - напряжение в поперечном сечении заготовки на входе в матрицу.В результате были получены графики σ ROLL , σ PRESS и σ S в зависимости от угла ϕ (рисунок 3).

Рисунок 3.

Графики для определения оптимального угла стыка каналов в матрице.

Также было проведено исследование кинематических параметров этого комбинированного процесса. Как отмечалось выше, комбинированный метод деформирования заготовок «прокатка-прессование» имеет преимущества перед известными ранее методами прессования, но имеет один недостаток, заключающийся в том, что он все же не обеспечивает непрерывности процесса, т.е.Т.е. при деформации партии заготовок последующая заготовка будет вытеснять предыдущую. Но после всех циклов деформации в матрице останется последняя не полностью деформированная заготовка. Для устранения этого недостатка предложена схема комбинированного процесса «прокатка-прессование» с двумя парами валков и равноканальной ступенчатой ​​матрицей (рис. 4) [7, 8].

Рисунок 4.

Комбинированный процесс «прокатка-прессование» с двумя парами валков.

Суть предлагаемого способа деформирования заключается в следующем.Предварительно нагретая до температуры начала деформации, заготовка подается на прокатные валки, которые захватили ее в зазоре между валками силами контактного трения, и на выходе из нее заготовка проталкивается по каналам равноканальной ступенчатой ​​матрицы. После выхода заготовки из канальной матрицы она захватывается второй парой валков, которые полностью вытягивают заготовку из каналов матрицы. Преимущество этого метода заключается в том, что при реализации этого комбинированного процесса предложенная схема обеспечивает непрерывность процесса и снимает ограничения на размеры исходных заготовок.

После выхода из матрицы деформированная заготовка будет перенаправлена ​​на вторую пару валков, которые должны вытащить ее из матрицы; для захвата заготовки второй парой валков необходимо обеспечить два следующих условия [9]:

  1. Оптимальный угол захвата;

  2. Необходимо поддерживать оптимальную угловую скорость валков, чтобы обрабатываемая деталь, контактирующая с валками, не защемлялась и не проскальзывала.

Окончательная толщина заготовки (на выходе из матрицы) и диаметры валков должны быть известны для обеспечения оптимального захвата.Определение оптимальной скорости вращения валков немного сложно, так как необходимо учитывать влияние матрицы на скорость заготовки. На рис. 5 представлена ​​кинематическая схема этого способа деформирования. Здесь V 01 - скорость металла на входе в первую пару валков; V 11 - скорость металла на выходе из первой пары валков; V 02 - скорость металла на входе во вторую пару валков; V 12 - скорость металла на выходе из второй пары валков; V R1 - скорость прокатки в первой паре валков; V R2 - скорость прокатки во второй паре валков; ω R1 - окружная скорость первой пары валков; ω R2 - окружная скорость второй пары валков; q - противодавление матрицы.

Рисунок 5.

Кинематическая схема процесса «прокатка-прессование» с двумя парами валков.

Уравнения были приняты при следующих допущениях:

  1. был принят оптимальный угол захвата 18 °;

  2. поскольку вся конструкция построена на одном стане, можно принять, что обе пары валков питаются от одного и того же электродвигателя. Следовательно, окружные скорости у них равны.

Результатом являются следующие формулы для определения необходимого диаметра валков:

D2CAL = RROL_1 (1 + SAV1) cosα2 + h2E15.

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Механические свойства имеют первостепенное значение в более крупных промышленных применениях металлов, поэтому они требуют большого внимания при их изучении.

Прочность. - Прочность материала - это свойство сопротивления внешним нагрузкам или напряжениям без повреждения конструкции. Термин «предел прочности » относится к удельному напряжению (фунты на квадратный дюйм), развиваемому в материале в результате максимальной медленно прикладываемой нагрузки, которой материал может выдержать без разрушения при испытании на растяжение.Испытание на растяжение наиболее часто применяется к металлам, потому что оно говорит об их свойствах гораздо больше, чем любое другое отдельное испытание. В металлургии о разрушении часто говорят как об отказе, разрыве или разрушении; перелом металла - это название, данное поверхности, на которой произошел перелом.

Прочность металлов и сплавов зависит от двух факторов, а именно, прочности кристаллов, из которых они состоят, и прочности сцепления между этими кристаллами.Самое сильное известное вещество - это вольфрамовая проволока электрических ламп накаливания. Чистое железо непрочно, но когда сталь легирована углеродом для получения стали, она может быть прочнее любого из чистых металлов, кроме вольфрама.

Напряжение и деформация. - Напряжение - это сила внутри тела, которая сопротивляется деформации из-за приложенной извне нагрузки. Если эта нагрузка действует на поверхность с единичной площадью, она называется единичной силой, а сопротивление ей - единиц. Таким образом, количественно напряжение - это сила на единицу площади; на европейском континенте он выражается в килограммах на квадратный миллиметр, в Соединенных Штатах - фунтах на квадратный дюйм, а в Англии обычно используются длинные тонны на квадратный дюйм.

Когда внешняя сила действует на эластичный материал, материал деформируется, и деформация пропорциональна нагрузке. Это искажение или деформация составляет деформаций, и единичная деформация измеряется в Соединенных Штатах и ​​в Англии в дюймах на дюйм, тогда как в Европе она измеряется в сантиметрах на сантиметр. Единичная деформация - это отношение расстояний или длин.

Эластичность. - Любой материал, подверженный внешней нагрузке, деформирован или деформирован.Упруго напряженные материалы возвращаются к своим первоначальным размерам при снятии нагрузки, если она не слишком велика. Такое искажение или деформация пропорциональна величине нагрузки до определенной точки, но когда нагрузка слишком велика, материал постоянно деформируется, а при дальнейшем увеличении нагрузки до определенной точки материал разрушается. Свойство восстановления исходных размеров после снятия внешней нагрузки известно как эластичность .

Модуль упругости. - В пределах эластичности отношение напряжения к деформации известно как модуль упругости (т.е. мера упругости).

Модуль упругости выражает жесткость материала. Для стали и большинства металлов это постоянное свойство, на которое мало влияет термическая обработка, горячая или холодная обработка или фактический предел прочности металла. Их модули упругости показывают, что, когда стержни из стали и алюминия одинакового размера подвергаются одинаковой нагрузке, возникающая в результате упругая деформация в алюминии будет почти в три раза больше, чем в стальном стержне.



Пропорциональный предел упругости. - Металлы обычно не эластичны во всем диапазоне нагрузок. Предел пропорциональности напряжения к деформации известен как предел пропорциональности . Предел упругости - это максимальное удельное напряжение, которое испытываемый образец будет выдерживать и все еще возвращаться к своим исходным размерам после снятия нагрузки. Предел пропорциональности и предел упругости в металлах очень близки друг к другу, настолько, что их часто путают, и теперь их принято объединять в один термин «Предел пропорциональности». Это важное свойство, напряжение, которое нельзя превышать при проектировании.

Природа эластичности. - Эластичность металлического вещества является функцией сопротивления его атомов разделению, сжатию или вращению друг относительно друга и, таким образом, является фундаментальным свойством материала. Итак, эластичность демонстрируется как функция атомных сил. Это объясняет, почему модуль упругости прочной и хрупкой термически обработанной легированной стали точно такой же, как у сравнительно слабой и вязкой отожженной стали.

Предел текучести. - Это точка на кривой "напряжение-деформация", в которой напряжение выравнивается или фактически уменьшается при продолжении деформации. Этот термин строго применим только к малоуглеродистым сталям, так как характеристика, которая его определяет, не встречается в других металлах, легированных сталях или даже холоднодеформированных или нормализованных низкоуглеродистых сталях.

Максимальная сила. - Наибольшая нагрузка, которую выдерживает образец, деленная на первоначальную площадь поперечного сечения, называется пределом прочности на разрыв или пределом прочности детали.

Пластичность. - Пластичность - это способность металла постоянно деформироваться при растяжении без разрушения. В частности, этот термин обозначает емкость, которую нужно тянуть от проволоки большего диаметра к меньшему. Такая операция, очевидно, включает в себя как удлинение, так и уменьшение площади, и значения этих двух характеристик металла, определенные при испытании на растяжение, обычно принимаются в качестве меры пластичности металла.

Прочность. - Вязкость определяется как свойство поглощения значительной энергии до разрушения. Это мера общей способности материала поглощать энергию, включая энергию как упругой, так и пластической деформации при постепенно прикладываемой нагрузке. Одним из наиболее распространенных тестов на ударную вязкость является «испытание на удар», в котором измеряется энергия, поглощенная при разрушении образца внезапным ударом.

Природа прочности. - Прочность металла определяется степенью скольжения, которая может происходить внутри кристаллов, не приводя к разрушению металла.Возможно, это результат попеременного проскальзывания и расклинивания каждой клиновидной кристаллографической плоскости, удерживаемой до приложения большего напряжения. Хрупкий металл или сплав либо не перестанет скользить после достижения упругой деформации, либо остановится только на короткое время перед разрушением. Очевидно, что последовательная остановка и проскальзывание вызовут деформацию; поэтому вязкие металлы и сплавы часто являются наиболее пластичными и пластичными.

Иногда кристаллы металла могут быть прочными, но границы кристаллов могут содержать примеси, так что наименьшая деформация кристаллической массы может вызвать растрескивание через хрупкий материал границ зерен.Это верно для стали, содержащей значительное количество фосфора, и для меди, содержащей висмут.

Ковкость. - Ковкость - это свойство металла, которое допускает остаточную деформацию при сжатии без разрушения. В частности, это означает способность раскатывать или забивать тонкие листы. Свойство пластичности похоже, но не то же самое, что и пластичность, и разные металлы не обладают этими двумя свойствами в одинаковой степени: хотя свинец и олово относительно высоки в порядке пластичности, им не хватает необходимой прочности на разрыв. быть втянутым в тонкую проволоку.Большинство металлов обладают повышенной ковкостью и пластичностью при более высоких температурах. Например, железо и никель очень пластичны при ярко-красном огне (1000 ° C).

Хрупкость. - Хрупкость подразумевает внезапный отказ. Это свойство ломаться без предупреждения, то есть без видимой остаточной деформации. Это противоположность ударной вязкости в том смысле, что хрупкое тело имеет небольшое сопротивление разрыву после достижения предела упругости. Хрупкость противоположна пластичности в том смысле, что она предполагает разрыв без значительной деформации.Часто твердые металлы хрупкие, но эти термины не следует путать или использовать как синонимы.

Усталостный отказ. - Если металл подвергается частым повторяющимся нагрузкам, он в конечном итоге разорвется и выйдет из строя.

Чередование стресса приведет к неудаче быстрее, чем повторение стресса. Под «чередованием напряжений» подразумевается попеременное растяжение и сжатие в любом волокне. Разрушение металлов и сплавов при повторяющихся или переменных напряжениях, слишком малых, чтобы вызвать даже остаточную деформацию при статическом применении, называется усталостным разрушением .

Коррозионная усталость. - Если элемент подвергается также воздействию коррозионных агентов, таких как влажная атмосфера или масло, не очищенное от кислоты, напряжение, необходимое для выхода из строя, намного ниже. Самые прочные стали не выдерживают усталости и коррозии при удельном напряжении волокна не более 24000 фунтов на квадратный дюйм, даже если их предел прочности может указывать на то, что они могут выдерживать гораздо более высокое напряжение. Интересно отметить, что удельное напряжение чрезвычайно прочной термически обработанной легированной стали, подверженной коррозионной усталости, будет не больше, чем у относительно слабой конструкционной стали.Очевидна важность защиты поверхностей усталостных элементов от коррозии с помощью цинкования, гальванизации и т. Д., Если и когда это возможно.

Твердость. - Качество твердости является сложным, и подробное исследование показало, что оно представляет собой комбинацию ряда физических и механических свойств. Его чаще определяют в терминах метода, используемого для его измерения, и обычно означает сопротивление вещества вдавливанию. Твердость также может быть определена с точки зрения устойчивости к царапинам и, таким образом, связана с износостойкостью.Термин твердость иногда используется для обозначения жесткости или состояния деформируемых изделий, поскольку твердость металла при вдавливании тесно связана с его пределом прочности при растяжении.

В инженерной практике сопротивление металла проникновению твердого инструмента для вдавливания обычно принимается как определяющее свойство твердости. Был разработан ряд стандартизированных испытательных машин и пенетраторов, наиболее распространенными из которых являются машины Бринелля, Роквелла и Виккерса.

При испытании Бринелля шарик из закаленной стали диаметром 10 мм вдавливается в поверхность испытуемого материала под нагрузкой 500 или 3000 кг и измеряется площадь вдавливания.Затем твердость по Бринеллю выражается как отношение приложенной нагрузки к площади слепка.

В тестах Rockwell используется ряд различных масштабов тестирования с использованием различных пенетраторов и нагрузок. Чаще всего используются шкалы «C», в которых используется алмазный конусный пенетратор при основной нагрузке 150 кг, и шкала «B», в которой используется закаленный стальной шар диаметром 1/16 дюйма при основной нагрузке 100 кг. кг. В этом испытании в качестве меры твердости принимается разница глубины проникновения между глубиной проникновения малой нагрузки в 10 кг и приложенной основной нагрузкой.

В тесте Виккерса используется квадратный индентор в виде ромбовидной пирамиды, который может быть нагружен от 1 до 120 кг. Как и в тесте Бринелля, твердость выражается как приложенная нагрузка, деленная на площадь поверхности пирамидального отпечатка.

Тест Бринелля обычно используется только для довольно толстых срезов, таких как прутки и поковки, в то время как тест Роквелла обычно используется как для толстых, так и для тонких срезов, таких как полосы и трубки. Поверхностный Роквелл можно использовать для деталей толщиной до 0.010 дюймов. Тестер Виккерса чаще всего используется как лабораторный прибор для очень точных измерений твердости, а не как инструмент производственного контроля.

Склероскоп Шора измеряет упругость, а не твердость, хотя они взаимосвязаны. Склероскоп измеряет отскок падающего молотка от испытательной поверхности, и число твердости выражается как высота отскока в терминах максимального отскока от полностью закаленной высокоуглеродистой стали.

Природа твердости и мягкости. - Сопротивление металла проникновению другим телом, очевидно, частично зависит от силы сопротивления его межатомных связей. На это указывает почти точная параллель порядка твердости металлов и их модулей упругости. Единственное известное исключение - это соотношение магния и алюминия. Магний поцарапает алюминий, хотя его модуль упругости и средняя прочность межатомных связей меньше.


Дата: 24.12.2015; просмотр: 1198


.

Смотрите также