Mechanikai tulajdonságok A fémek

Adatainak felhasználásával ezt a táblázatot lehet kiszámítani, például a szükséges erőt nyúlik egy acél rúd négyzet keresztmetszetű egy oldala 1 cm 0,1% a hosszának:

F = 200 000 MPa x 1 cm-es 2 x 0,001 = 20 000 N (= 20 kN)

Amikor egy fém mintát alkalmazott feszültség meghaladja a rugalmassági határon okoznak műanyag (irreverzibilis) deformáció, ami irreverzibilis változás az alakja. Magasabb feszültség okozhatja az anyag lebomlását.

A legfontosabb kritérium kiválasztásakor egy fémes anyag, amely megköveteli a nagy rugalmasság, a folyáshatár. A legjobb tavaszi acél gyakorlatilag ugyanaz a rugalmassági modulus, valamint a legolcsóbb épületet, de rugóacél képes ellenállni sokkal nagyobb hangsúlyt, és ennek következtében sokkal több rugalmas alakváltozás nélkül képlékeny, mivel magasabb hozamot erő.

Amikor a fém anyag van betöltve, amely meghaladja a folyáshatár, továbbra is deformálódik képlékenyen, hanem egy deformációs folyamat egyre szilárd, hogy tovább tart feszültség növekedése, hogy tovább növelje a deformáció. Ezt a jelenséget nevezik a törzs vagy felkeményedési (és keményedés). Kimutatható, ismételten csavaró vagy megtörne a fémhuzal. Alakítási keményedési fém termékek gyakran végeznek a növényeket. Brass lemez, vörösréz huzal, alumínium rúd lehet hideghengerléssel vagy hideg rajz, hogy a szint a keménység szükséges a végtermék.

Nyújtás. A kapcsolat a stressz és a törzs az anyagok gyakran megvizsgált lefolytatásával szakítóvizsgálat, és ahol a kapott chart stretching - grafikon vízszintes tengelye deformáció ami lerakódik, és a függőleges - feszültség (1. ábra). Bár szakító próbatest keresztmetszete csökken (mint a hossza növekszik), a feszültség általában által kiszámított kapcsolatos erő az eredeti keresztmetszeti területe, inkább, mint a csökkentett, ami így a valódi feszültség. A kis deformáció, ez nem számít, de az eredmény szignifikáns különbség. Ábra. Az 1. ábra a görbék alakváltozás - feszültség a két anyag egyenlőtlen plaszticitás. (Plaszticitás -. Ez a képesség egy anyag hosszúkás törés nélkül, de anélkül, hogy visszatér az eredeti alakját, miután a terhelés megszüntetése) Kezdő lineáris szakaszban, mint az egyik, és a másik végén a görbe a hozam ponton, ahol a műanyag áramlás kezdődik. A kevésbé képlékeny anyagból legmagasabb pontja a diagram, a szakítószilárdsága megfelel megsemmisítése. A még képlékeny anyagot szakítószilárdság érhető el, ha a csökkenés mértéke a keresztmetszeti deformáció nagyobb lesz, ha a felkeményedési mértékkel. Ebben a szakaszban a vizsgálat megkezdése kialakulhatna egy „nyak” (helyi gyorsított hornyoiása). Bár a képességét, hogy ellenálljon a terhelést a minta csökken, az anyag a nyak továbbra is megkeményedik. A teszt végén egy kis szünetet nyakát.

Ábra. 1. TÁBLÁZAT KITERJESZTÉSÉNEK

két fém különböző képlékenység: viszonylag törékeny (szaggatott vonal), és több műanyag (folytonos vonal). A hozam mindkét fém majdnem azonosak. Több rideg fém tönkremegy elérése után a szakítószilárdsága, és rugalmasabb, - átmenő a szakítószilárdsága.

A tipikus értékek a mennyiségek jellemző szakítószilárdsága számos fémek és ötvözetek táblázatban mutatjuk be. 2. Könnyen belátható, hogy ezek az értékek egy és ugyanaz az anyag széles határok között változhat attól függően, hogy a kezelést.

Tömörítés. A rugalmas és képlékeny tulajdonságait a kompresszió általában nagyon hasonló a megfigyelt feszültség (ábra. 2). Curve közötti arány az elméleti feszültség és a hagyományos kompressziós beállított fölött halad a megfelelő feszültség-nyúlás görbe, mert nyomó keresztmetszete a minta nem csökken, azonban növekedett. Ha a tengelyek a grafikon, hogy elhalasztja igazi stressz és igaz törzs, a görbék gyakorlatilag ugyanaz, bár a hiba lép fel korán feszültséget.

Ábra. 2. ábra a feszültség és a tömörítés

A görbe összenyomására a kondicionált feszültség megy magasabb, mint a nyújtás, mert a nyomó keresztmetszet növekszik és nem csökken.

Keménység. A keménység az anyag -, hogy képes ellenállni a képlékeny alakváltozás. Mivel a szakítópróba igényel drága berendezéseket és időigényes, gyakran folyamodnak egy egyszerű teszt keménység. Amikor a vizsgált módszerekkel Brinell és Rockwell a fém felületén egy adott terhelés és terhelési sebesség préselt „behatoló” (tip, amelynek gömb alakú vagy gúla). Ezután mérjük (gyakran ez automatikusan megtörténik) nyomtatási méretet, és ez meghatározott érték (szám) a keménység. Minél kisebb a helyigény, annál feszességét. A keménység és szakítószilárdság - ez bizonyos mértékig hasonló jellemzőkkel rendelkezik: általában növeli az egyikük nő és a többi.

Úgy tűnhet, hogy mindig kívánatos a maximális hozam szilárdság és a keménység fémes anyagok. Valójában ez nem igaz, és nem csak gazdasági okokból (kemény folyamatok igényelnek felár ellenében).

Először is, az anyagok meg kell adni a formáját a különböző termékek, de általában végezzük folyamatok (hengerlés, kovácsolás, sajtolás), amely fontos szerepet játszik a képlékeny alakváltozás. Még amikor a feldolgozás egy szerszámgép nagyon jelentős mértékű alakváltozást. Ha a keménység az anyag túl nagy, hogy ez a kívánt formát szükséges túl sok erőt, úgyhogy a szerszámok gyorsan elhasználódik. Ilyen nehézség lehet kezelésével csökkenteni fémek emelt hőmérsékleten, amikor válnak lágyabb. Ha a hőkezelés nem lehetséges, a használt fém hőkezelési (lassú fűtés és hűtés).

Másodszor, mivel a fém anyag válik nehezebb, ez jellemzően elveszti a képlékenység. Más szóval, az anyag törékennyé válik, ha annak folyáshatár olyan nagy, hogy a képlékeny alakváltozás nem fordul elő a stressz, ami azonnal károsodását okozhatják. A tervező általában meg kell választani köztes szintjeit keménység és alakíthatóság.

Ütés- és törékenységét. A viszkozitás az ellentétes a törékenység. Ez az anyag képes ellenállni törés, elnyeli az ütés energiáját. Például, üveg törékeny, mert nem képes felszívni energia képlékeny. Egy ugyanilyen drámai hatással puha alumínium lemez nem fordul elő nagy feszültségeket, így például az alumínium képes képlékeny, az energiaelnyelő pin.

Sok különböző módszerek metal hatás vizsgálat. Az eljárást alkalmazva prizmatikus fém Charpy hornyolt mintát con át visszahúzott inga. Munka fordított a mintára törés, határozza meg a távolságot, amelynél az inga kitér az ütközés után. Ezek a vizsgálatok azt mutatják, hogy az acél, fémek viselkednek, rideg alacsony hőmérsékleten, de ragacsos - emelkedett. Az átmenet a képlékeny-rideg viselkedés gyakran fordul elő egy meglehetősen szűk hőmérséklet-tartományban, amely az úgynevezett félérték-hőmérsékletet a rideg-képlékeny átmenet. Egyéb ütővizsgálat azt is jelzik, a jelenléte egy ilyen átmenet, de az átmenet hőmérsékletét mérik változik tárgyalás a tárgyalás függően a mélység a bemetszés, a mérete és alakja a minta, és a töltési eljárás és a ütközési sebességet. Mivel egyik típusú vizsgálatok nem játszik a teljes körű működési feltételeit, az ütközési vizsgálat értékes csak azokra, amelyek lehetővé teszik, hogy hasonlítsa össze a különböző anyagokat. Mindazonáltal adtak egy csomó fontos információt a hatása olvadás, hőkezelés és a gyártási technológia a tendencia, hogy a rideg törés. Az átmeneti hőmérséklet acélok, mérve a Charpy V-elérheti a 90 ° C-on, de a megfelelő adalékanyaga és a hőkezelés lehet csökkenteni # 61485; # 130 61.616; S.

Rideg törés acél volt az oka a sok baleset, mint a hirtelen áttörés csővezetékek, nyomástartó edények és tartályok robbanások, összeomlik hidak. A legismertebb példák - a nagy hajók száma a „Szabadság”, amely a burkolat váratlan kiadások az út során. A vizsgálat kimutatta, hogy a hiba a „Szabadság” a hajók miatt, különösen a nem megfelelő hegesztési technológia, hagyja el a belső feszültség, a rossz felett a készítmény a hegesztési hibák és a design. Információ eredményeként kapott a laboratóriumi vizsgálatok, jelentősen csökkenti annak valószínűségét, az ilyen balesetek. A hőmérséklet a rideg-képlékeny átmenet néhány anyag, mint például a volfrám, a szilícium és a króm, normál körülmények között, jelentősen szobahőmérséklet felett. Az ilyen anyagok általában törékenyek, és hogy ezek a kívánt alakú képlékeny alakváltozás csak melegítés hatására. Ugyanakkor, réz, alumínium, ólom, nikkel, bizonyos minőségű rozsdamentes acélok és egyéb fémek és ötvözetek nem válnak törékennyé alacsony hőmérsékleten. Bár sokat tudunk a rideg törés, ez a jelenség még nem tekinthető teljesen vizsgálták.

Fáradtság. Fáradtság nevezett szerkezeti hiba hatására ciklikus terhelés. Amikor a rész van hajlítva az egyik irányba, majd a másik oldalon, a felületén váltakozva kitéve a tömörítés, a feszültséget. Amikor egy kellően nagy számú loading ciklusok okozhat megsemmisítése a feszültség sokkal alacsonyabb, mint azok, ahol a bomlás esetében egyetlen loading. Váltakozó feszültséget okozhat lokalizált képlékeny és hidegkeményítéssel az anyag, ami egy kis repedések jelennek idővel. A koncentrációja feszültségek végeinek közelében a repedések okoz számukra, hogy nő. Első repedések lassan növekszik, de a csökkenés keresztmetszete, amely esetében a terhelés, a feszültség végeinél repedések növekszik. Ebben az esetben a repedés gyorsabban növekszik, és végül, azonnal alkalmazni kell a teljes szakaszának része.

Fáradtság egyértelműen a leggyakoribb oka a szerkezeti hiba ezen a területen. Különösen érzékenyek erre, a gép alatt dolgozó, ciklikus terhelés. A repülőgép a fáradtság nagyon fontos kérdés, mert a vibráció. Annak érdekében, hogy a fáradtság hiánya gyakran kell ellenőrizni és cserélni az alkatrészeket, repülőgépek és helikopterek.

Creep. Creep (vagy kúszás) egy lassú emelkedés műanyag fém alakváltozással állandó terhelés. Az Advent a sugárhajtású motorok, gázturbinák és rakéták egyre fontosabbá vált anyagtulajdonságok magasabb hőmérsékleten. Számos technológiai területek továbbfejlesztése korlátozza korlátozások kapcsolódó magas hőmérsékletű anyagok mechanikai tulajdonságai.

Normál hőmérsékleten az anyag képlékeny van állítva szinte azonnal, amint a megfelelő feszültséget, és tovább növeli a kicsit. Magasabb hőmérsékleten a fémek nem csak puhább, hanem deformálódik, így a deformáció továbbra is növekszik az idővel. Ez időtől függő deformáció, vagy kúszik, korlátozhatja az élettartamot igénylő szerkezet hosszú ideig dolgozni magasabb hőmérsékleten.

Ábra. 3. Jellemző kúszás görbék.
Lépés után gyors tranziens kúszás kúszó sebesség csökken, és képes lesz közel állandó, majd jön egy szakaszában gyorsított csúszás, ami kiegészíti a pusztítás.

Component élet kúszás körülmények egyikével kell meghatározni a maximálisan megengedhető deformálódása vagy megsemmisítés, valamint a tervező kell mindig szem előtt tartani ezt a két lehetőséget. Alkalmas anyagok gyártásához cikkek folyamatos működésre tervezték, emelt hőmérsékleten, mint például turbinalapátok, nehéz megbecsülni előre. Vizsgálatok egy ideig azonos a várt távú szolgáltatási, gyakran szinte lehetetlen, és az eredmények rövid távú (gyorsulás) teszt nem olyan könnyű extrapolálni hosszabb ideig, mivel ez megváltoztathatja a természet a pusztulástól. Bár a mechanikai tulajdonságai hőálló ötvözetekből folyamatosan javultak, és az anyagok tudósok Metal mindig vitatható, hogy hozzon létre anyagokra, melyek még magasabb hőmérsékleten.

Fent volt az általános viselkedési minták fémek és mechanikai terhelés. Hogy jobban megértsük a jelenség, meg kell vizsgálni a atomszerkezetétőí fémek. Minden szilárd fémek - kristályos anyagok. Ők alkotják a kristályok vagy szemcsék, amelyekben az atomi elrendezése megfelel a pontos háromdimenziós rács. A kristályos szerkezete a fém lehet bemutatni álló atomi síkok vagy rétegek. Amikor az alkalmazott nyírófeszültség (erő, ami arra kényszeríti a két szomszédos fém a minta síkjához képest, hogy csúszik át egymással ellentétes irányban), egy réteg atomok tudja mozgatni integráltan a atomközi távolsági. Az ilyen elmozdulás befolyásolja a felület alakja, de nem a kristályszerkezet. Ha az egyik réteget eltoljuk sok atomközi távolságokat, majd képződik a felületen „lépést”. Bár az egyes atomok túl kicsik ahhoz, hogy látható mikroszkóp egy szakaszát által alkotott csúszó, jól látható a mikroszkóp alatt, és az úgynevezett slip vonalak.

Hagyományos fémtárgyak, megtalált minket naponta, a polikristályos, azaz Ez egy nagy kristályok száma, amelyek mindegyike saját orientáció atomi síkok. Deformáció hagyományos polikristályos fémegykristály van egy törzs közös jellemzője, hogy ez annak köszönhető, hogy a csúszó az atomi sík minden egyes kristály. Észrevehető a teljes csúszó mentén határai kristályok figyelhető csak bizonyos feltételek mellett a kúszás emelt hőmérsékleten. Az átlagos mérete egy kristály vagy gabonát lehet néhány ezred néhány tized centiméter. Kívánatos finomabb tagoltságát, mert a mechanikai tulajdonságai finomszemcsés fém jobb, mint durva. Ezen túlmenően, finomszemcsés fémek kevésbé törékeny.

Csúszó és ficam. csúszás folyamatokat lehet felfedezni több fém egykristály nőtt a laboratóriumban. Kiderült, hogy nem csak, hogy a csúszás következik be egyes területeken, és általában jól meghatározott síkok, de az az egyetlen kristály deformálódik nagyon alacsony feszültségek. Napfény egykristályok a hozam állapotban 1-nél kezdődik alumínium és vas - 15-25 MPa. Elméletileg ez az átmenet mindkét esetben meg kell történnie feszültségeken kb. 10 000 MPa. Ez az eltérés a kísérleti adatok és elméleti számítások évekig fontos kérdés volt. 1934-ben Taylor javasolta Orowan Polani és magyarázat alapján a képviselet a kristályszerkezet hibák. Azt javasolták, hogy az első csúszó elmozdulása következik be egy bizonyos ponton egy atomi sík, amely aztán keresztül terjed a kristály. Kifejti a határ között a régiók és nesdvinuvsheysya (ábra. 4) egy lineáris hiba a kristályszerkezet, az úgynevezett zavar (az ábrán, ez a vonal megy a kristály merőleges a rajz síkjára). Amikor a kristály alkalmazott nyírófeszültség, a ficam mozog, ami csúszó a síkban, amelyben él. Miután a zavar keletkezik, akkor nagyon könnyen mozoghat a kristály, ami megmagyarázza a „puhaság” a kristályok.

Ábra. 4. A kristályrács.
és - nyíróstresszt alkalmazott nyilak irányába; Bal képződött diszlokáció (b) körül egy kör, amely jobbra mozog (a), majd a mérleg (Z) lehet ismét visszaalakítható.

Hőmérséklet hatása. A hatása magasabb hőmérséklet lehet magyarázni alapján ábrázolásai ficamok és szemcseszerkezete. Számos diszlokációk a kristályok törzs-edzett fémből és torzítja a kristályrács energiát a kristály növekszik. Amikor a fém melegítjük, az atomok válnak a mobil és átalakítják új, tökéletesebb kristályok kevesebb diszlokációk. Egy ilyen átkristályosítás és csatlakoztatott lágyulási során bekövetkező, hőkezelés a fémek.

Bernstein ML Zaymovsky VA A mechanikai tulajdonságok fémek. M. 1979
Uayett OG Harmatpont-Hughes J. fémek, kerámiák és polimerek. M. 1979
Pavlov PA A mechanikai állapotát és anyagvastagság. L. 1980
Szoboljev ND Bogdanovic KP Az anyagok mechanikai tulajdonságai és az alapokat a Strength fizika. M. 1985
Zhukavets II Mechanikai vizsgálatok fémek. M. 1986
Bobylev AV Mechanikai és technológiai tulajdonságai fémek. M. 1987