Как влияет модифицирование на строение и свойства литого металла


Как влияет модифицирование на строение и свойства литого металла

Как влияет модифицирование на строение и свойства литого металла | Материаловедение
  1. Как влияет модифицирование на строение и свойства литого металла? Объясните причину воздействия.
  2. Прокаткой при комнатной температуре была получена оловянная фольга. Твердость олова при прокатке оставалась неизменной. Объясните, какими процессами сопровождается деформирование олова при комнатной температуре и как при этом изменяются его структура и свойства.
  3. Вычертите диаграмму состояния железо-цементит, укажите структурные составляющие во всех областях диаграммы, опишите превращения и постройте кривую охлаждения для сплава, содержащего 1,3 % углерода. Какова равновесная структура этого сплава при комнатной температуре и как такой сплав называется?
  4. Вычертите диаграмму изотермического превращения аустенита для эвтектоидной стали, нанесите на нее кривую режима изотермической обработки, обеспечивающей получение твердости 350…400 HB. Укажите, как этот режим называется, опишите сущность превращений и структуру после полного охлаждения.
  5. Определите металлургическое качество, назначение, а также среднее содержание углерода и легирующих элементов в сталях: 07Х3ГНМ; 3Х2В8Ф; У9А; Х12Ф. Определите среднее содержание углерода и легирующих элементов по заданной марке стали (EU): 30WCrV17-9; X8CrNiMoTi18-10; 35S20. Приведите маркировку этих же сталей по стандартам России.

Кристаллическая структура металлов может изменяться при линейных дефектах, что должно влиять на свойства материалов

Структурные изменения в стали: ученые из Max-Planck-Institut für Eisenforschung используют изображения просвечивающего электронного микроскопа (серый), чтобы сделать видимыми линейные дефекты в сплаве железа (Fe) и марганца (Mn). Атомно-зондовая томография показывает распределение атомов железа (синий) и марганца (зеленый). Они поместили на изображение зеленые изоповерхности, где концентрация атомов марганца равна 12.5 процентов. На наложенных изображениях исследователи могут видеть, что атомы марганца накапливаются вдоль линейных дефектов; кристаллическая структура, которая образуется там, отличается от окружающего материала. Фото: М. Кузьмина / MPI für Eisenforschung Сталь

существует уже около 3000 лет, и сегодня она представлена ​​в нескольких тысячах вариаций, но всегда хороша для сюрпризов. Ученые из Max-Planck-Institut für Eisenforschung в Дюссельдорфе сделали открытие в области марганцевой стали, которая, как считается, влияет на свойства материала во благо и во вред.Они обнаружили, что сплав образует кристаллическую структуру на линейных дефектах, отличную от типичной для материала. Отдельные кристаллические зерна, из которых состоит любой металл, можно рассматривать как стопку отдельных атомных слоев. Линейные дефекты, точнее краевые дислокации, возникают, когда слой остается незавершенным, так что слои выше и ниже него должны сделать ступеньку. Поскольку длина линейных дефектов в кубическом метре стали может составлять в сумме один световой год, это открытие должно иметь большое практическое значение, поскольку структура стали зависит, среди прочего, от того, насколько она ковкая, жесткая и пластичная. - свойства, которые материаловеды хотят постоянно оптимизировать.

Вывихи могут спасти жизни. Это связано с тем, что одномерные дефекты в металле играют важную роль при деформации материала: например, когда панель кузова автомобиля сминается в результате аварии, таким образом поглощая большую часть энергии удара и, надеюсь, защищая пассажиров. от травмы. В этом случае дислокации действуют как нано-шарниры, по которым изгибается металл.Тот факт, что кристаллическая структура отличается от структуры непосредственно вокруг линейного дефекта, поэтому также должен влиять на то, как деформируется металл. В худшем случае он скорее рвется, чем деформируется. «Мы еще не знаем, какое влияние пространственно ограниченные химические и структурные состояния в материале оказывают на его свойства», - говорит Дирк Раабе, директор Института Макса Планка и руководитель исследования, в котором сторонники девиации микроструктура только что обнаружилась.

«Мы случайно попали в штаты», - говорит Дирк Раабе.Он и его команда исследовали микро- и наноструктуру особо жесткой и пластичной марганцевой стали, которая упрочняется с помощью наночастиц и используется, например, в шасси больших самолетов. Они проанализировали этот материал с помощью атомно-зондовой томографии. В ходе анализа образец испаряется атом за атомом короткими импульсами электрического напряжения. По времени пролета до детектора можно определить, к какому элементу принадлежит испарившийся оторванный атом; его положение в образце можно определить по тому месту, где атом падает на детектор.

Исследователи обнаружили цепочки богатых марганцем наночастиц в стали.
«Мы заметили, что концентрация марганца увеличивалась по определенным направлениям после того, как мы нагрели материал», - объясняет Дирк Понге, внесший важный вклад в исследование. Тонкие трубки, в которых собирается марганец, имеют ширину всего два нанометра. Причем происходит это не по всей длине, а скорее в виде цепочки из богатых марганцем наночастиц.

Чтобы разместить большее количество атомов марганца в этих мельчайших областях, кристаллическая структура материала должна измениться.Атомы железа и марганца обычно находятся в углах и центрах кубической элементарной ячейки, самой маленькой структурной единицы. Исследователи называют это объемно-центрированной кубической или мартенситной структурой. Концентрация марганца в цепочке наночастиц соответствует расположению атомов на каждой грани и углу элементарной ячейки, с технической точки зрения, гранецентрированной кубической или аустенитной структуре.

Ранее материаловедам были известны только такие отклонения от обычной кристаллической структуры металла в двумерной форме, т.е.е. от границ отдельных кристаллических зерен, образующих материал. Но почему они обнаружили внутри отдельных кристаллических зерен мартенсита филигранные структуры аустенита? «Когда мы увидели, что марганец накапливается в тонких трубках, у нас возникла идея, что вдоль линейных дефектов могут быть пространственно ограниченные химические и структурные состояния», - говорит Дирк Понге.

Другая кристаллическая структура дефекта помогает экономить энергию
Чтобы быть уверенным, он и его коллеги сначала отсканировали образец железо-марганец в просвечивающем электронном микроскопе, который делает четко видимыми линейные дефекты.Затем они снова нанесли на карту распределение атомов в образце с помощью атомно-зондовой томографии. И на наложенных изображениях, полученных обоими методами, они действительно обнаружили, как богатые марганцем наночастицы располагаются точно вдоль линейных дефектов.

Тот факт, что атомы располагаются иначе, чем в остающемся кристалле, именно вдоль дислокаций, также подтверждается объяснением наблюдения: «Напряжение особенно велико на дислокациях», - говорит Дирк Понге.«Материал, по-видимому, может снизить напряжение и, таким образом, принять более выгодное с энергетической точки зрения состояние, образуя кристаллическую структуру, которая в противном случае была бы энергетически менее благоприятной». Основываясь на этом открытии, исследователи из Дюссельдорфа расширили ключевую формулу, которую материаловеды используют для расчета, какой структуре материал благоприятствует при каких условиях при таких структурных дефектах.

Может ли дамасская сталь ковать себя?
Исследователи сначала должны были мобилизовать атомы с помощью тепла, чтобы атомы могли принять энергетически более выгодную структуру там, непосредственно у дислокации и только там.«Однако это не означает, что пространственно ограниченные химические и структурные состояния образуются только при приложении тепла», - говорит Дирк Раабе. Следовательно, эти состояния, вероятно, могут быть обнаружены не только в цилиндрах двигателя, лопатках турбины или других материалах, которые постоянно подвергаются сильному нагреву. «Маленькие атомы, такие как атомы углерода, гораздо более подвижны, чем атомы марганца», - объясняет Дирк Раабе. «Поэтому мы должны предположить, что обнаружим пространственно ограниченные состояния и в углеродсодержащих стальных панелях кузова автомобиля.«

Теперь исследователи хотят исследовать, какое влияние локальные структурные изменения оказывают на свойства материала. «Наши результаты могут помочь объяснить уже известное поведение металлов - например, тот факт, что металлы становятся хрупкими, когда они корродируют и поглощают водород», - говорит Дирк Раабе.

Однако не всегда плохие новости, когда кристаллическая структура на линейных дефектах выходит за рамки. «Может быть, мы сможем вызвать эти пространственно ограниченные состояния намеренно, чтобы разработать нанодамасковую сталь, которая сама себя кует», - говорит директор Max Planck.Дамасская сталь получила свое название потому, что попала в Европу через Дамаск. Мастера Востока выковали твердую, но хрупкую, пластичную, но мягкую сталь в композитный материал, твердый, но нелегкий. В будущем можно будет найти простой способ комбинировать эти фактически несовместимые свойства, если можно будет использовать дислокации для создания структуры. Это откроет перед сталелитейной промышленностью совершенно новые возможности для еще более целенаправленной оптимизации материала для специального применения.


Тонкая пленка создает новую химию в «нанореакторе»
Дополнительная информация: «Линейные комплексы: ограниченные химические и структурные состояния на дислокациях», Science , 4 сентября 2015 г. DOI: 10.1126 / science.aab2633 Предоставлено Общество Макса Планка

Ссылка : Кристаллическая структура металлов может изменяться на линейных дефектах, что должно влиять на свойства материалов (2015, 11 сентября) получено 29 октября 2020 с https: // физ.org / news / 2015-09-кристалл-металлы-линейные-дефекты-аффект.html

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, нет часть может быть воспроизведена без письменного разрешения. Контент предоставляется только в информационных целях.

.

Механические свойства

Механические свойства

Механические свойства материала - это те свойства, которые связаны с реакцией на приложенную нагрузку. Механические свойства металлов определяют диапазон полезности материала и определяют ожидаемый срок службы. Механические свойства также используются для классификации и идентификации материала. Наиболее распространенными рассматриваемыми свойствами являются прочность, пластичность, твердость, ударопрочность и вязкость разрушения.

Большинство конструкционных материалов являются анизотропными, что означает, что их свойства материала зависят от ориентации. Различия в свойствах могут быть обусловлены направленностью микроструктуры (текстуры) в результате операций формования или холодной обработки, контролируемым выравниванием армирования волокном и множеством других причин. Механические свойства обычно зависят от формы продукта, такого как лист, пластина, экструзия, литье, ковка и т. Д. Кроме того, обычно можно увидеть механические свойства, перечисленные в виде направленной зернистой структуры материала.В таких продуктах, как лист и пластина, направление прокатки называется продольным направлением, ширина продукта называется поперечным направлением, а толщина называется коротким поперечным направлением. Ориентация зерен в металлических изделиях стандартной формы показана на изображении.

Механические свойства материала не являются постоянными и часто меняются в зависимости от температуры, скорости нагрузки и других условий. Например, температуры ниже комнатной обычно вызывают повышение прочностных свойств металлических сплавов; в то время как пластичность, вязкость разрушения и удлинение обычно снижаются.Температуры выше комнатной обычно вызывают снижение прочностных свойств металлических сплавов. Пластичность может увеличиваться или уменьшаться с повышением температуры в зависимости от одних и тех же переменных.

Следует также отметить, что часто наблюдается значительная вариабельность значений, полученных при измерении механических свойств. На первый взгляд идентичный образец для испытаний из одной партии материала часто дает существенно разные результаты. Поэтому для определения механических свойств обычно проводят несколько испытаний, и сообщаемые значения могут быть средним значением или вычисленным минимальным статистическим значением.Кроме того, иногда указывается диапазон значений, чтобы показать изменчивость.

.

Фазы, структуры и влияние температуры

Но фазовые превращения могут происходить во многих металлах, пока они еще находятся в твердом состоянии. Эти фазовые изменения напрямую связаны с температурой и имеют место в кристаллической структуре металла. И хотя температура - это то, что контролирует эти превращения, напряжение, скорость охлаждения, а также сплав или химический состав могут влиять на температуру, при которой происходят изменения.

Присмотреться

Помните, что металлы предпочитают три основные кристаллические структуры: объемно-центрированную кубическую (ОЦК), гранецентрированную кубическую (ГЦК) и гексагональную плотноупакованную (ГПУ).

Чистое железо - это металл, который меняет одну из этих кристаллических структур на другую, оставаясь твердым. Это BCC при температуре до 1670 градусов по Фаренгейту. Но от 1670 до 2535 градусов по Фаренгейту это FCC. Затем от 2535 до температуры плавления 2795 градусов по Фаренгейту он возвращается в ОЦК. По мере того, как происходят эти изменения, единственное, что вы увидите невооруженным глазом, - это изменение цвета по мере того, как железо нагревается до тех пор, пока оно не расплавится.

Этот процесс называется аллотропными превращениями, и другие металлы, которые могут претерпевать фазовые изменения кристаллической структуры, находясь в твердом состоянии, включают титан, цирконий и кобальт.

Конечно, как было сказано ранее, плавление и затвердевание также являются фазовыми превращениями, но не аллотропными превращениями. И имейте в виду, что в то время как чистый металл превращается из твердого в жидкое и наоборот при одной температуре, сплавы обычно изменяются в диапазоне температур. Исключение? Эвтектический состав некоторых сплавов, затвердевающих при постоянной температуре.

Фазовые диаграммы

Фазовые диаграммы, также известные как диаграммы строения или диаграммы равновесия, графически представляют влияние состава сплава и температуры на фазовые изменения и затвердевание.

Рисунок 1

Другими словами, для данного сплава фазовая диаграмма может показывать фазы и процентное содержание каждой фазы, присутствующей при определенной температуре и составе сплава. Он также может показать, как на фазы влияют изменения состава сплава, температуры или того и другого. Проблема с фазовыми диаграммами состоит в том, что они усложняются не только из-за основного металла и одного сплава.

На рис. 1 показана типичная фазовая диаграмма серебро-медь, которая сообщает вам ряд вещей.Во-первых, при всех температурах выше линии жидкости любая комбинация серебра и меди является жидкостью. Он также определяет, где твердое вещество любой комбинации серебра и меди выходит в виде одной или двух фаз.

A - богатая серебром фаза, называемая альфа, B - богатая медью фаза, называемая бета, и обе являются фазой FCC с различными размерами кристаллов и химическим составом. В области, отмеченной буквой C, твердое вещество существует в виде обеих фаз, содержащих как альфа-, так и бета-зерна. Две области между линией твердого вещества и жидкости указывают, где жидкость находится в равновесии с альфа- или бета-фазой.

Эта диаграмма также определяет точку эвтектики, где соединение затвердевает при постоянной температуре. В эвтектических соединениях интересно то, что альфа и бета фазы замерзают поочередно. В результате зерна как альфа, так и бета объединяются в слои микроструктуры, и их вид становится очевидным под микроскопом.

На рисунке 2 показана типичная диаграмма железо-углерод. Обратите внимание, что диаграмма железо-углерод останавливается на 5% углерода.Почему? Потому что, когда вы получаете более 5 процентов, эти сплавы представляют собой чугуны, а не стальные сплавы, и чугуны не могут быть закалены. Но сталь может, и диаграмма железо-углерод - полезный инструмент термической обработки.

Второе, что вы замечаете, - это количество различных микроструктур, идентифицируемых при различных температурах и содержании углерода. Это кристаллические структуры, из которых состоит сталь при разных температурах.

Феррит. Твердый раствор, он стабилен при комнатной температуре и способен содержать до 0,008 процента углерода при температуре 70 градусов по Фаренгейту. Магнитный феррит иногда называют альфа-железом, не путать с альфа-фазой, богатой серебром, в фазе серебро-медь. диаграмма.

Цементит. Это кристаллическое соединение железа с углеродом также называется карбидом железа. Цементит содержит от 6,67 до 6,69 процента углерода и может соединяться с ферритом с образованием перлита.

Аустенит. Также известный как гамма-железо, аустенит - это форма стали FCC, способная растворять почти 2,0% углерода. Хотя аустенит никогда не бывает стабильным в углеродистой стали при температуре ниже 727 градусов по Фаренгейту, дополнительные сплавы могут сделать его стабильным при комнатной температуре. Немагнитный и легко закаливаемый, аустенит является одновременно прочным и пластичным.

Перлит. Когда тонкие, чередующиеся слои цементита и феррита соединяются, получается перлит, и это то, во что превращается аустенит при медленном охлаждении.Перлит всегда содержит 0,77 процента углерода, что обычно делает сталь более пластичной.

Бейнит. Твердый бейнит с низкой пластичностью представляет собой сочетание тонких углеродных игл в ферритовой матрице. Это происходит, когда аустенит охлаждается со скоростью ниже, чем требуется для образования мартенсита.

Мартенсит. Если вы возьмете кусок раскаленной стали и закалите его в ледяной воде, то, как правило, вы получите много мартенсита. Вот почему: мартенсит возникает, когда аустенит быстро охлаждается до температуры, при которой он образует объемноцентрированную тетрагональную кристаллическую структуру.Если углерод не может выпадать в осадок из этого типа структуры сдвига, что верно для большинства обычных сталей, он оказывается захваченным в объемно-центрированной тетрагональной решетке - мартенсите.

Эта закаленная структура твердая, хрупкая и в основном бесполезна для большинства промышленных сталей. Отпуск вернет некоторую пластичность без особых затрат на прочность, что делает его ценным для различных инструментов и штампов. Фактически, мартенсит - это то, что позволяет упрочнять сталь.

Это должно дать вам представление о том, как металлурги используют несколько важных графических инструментов для прогнозирования реакции стали на нагрев и охлаждение с различной скоростью.В следующий раз мы займемся классификацией сталей по закалке и углеродистости, а затем перейдем к металлургии сварки.

.

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 чаще всего 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; Разрыв металла - это название, данное поверхности, на которой произошел разрыв.

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 единичной площади, это 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 принято объединять их в один термин «Предел пропорциональной упругости». 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 исходную 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 самых распространенных тестов на ударную вязкость является «испытание на удар», в котором измеряется энергия, поглощенная при разрушении образца при внезапном ударе.

Природа прочности. - Прочность металла определяется степенью скольжения, которое 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 справедливо для стали, содержащей значительное количество фосфора, и 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.

В испытании Бринелля шарик из закаленной стали диаметром 10 мм вдавливается в поверхность испытываемого 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 Роквелла используется несколько различных масштабов тестирования с использованием различных пенетраторов и нагрузок. Наиболее часто используемые шкалы - это шкала «C», в которой 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 через приложенную нагрузку, деленную 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: 1230


.

Смотрите также