Механические свойства металлов

Листать книгу

Страницы: ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...

скачать книгу Механические свойства металлов

Многообразие условии службы и обработки металлических материалов предопределяет необходимость проведения большого числа механических испытаний. Они классифицируются по разным принципам. Один из них — схема напряженного или деформированного состояния— уже рассмотрен выше. Второй — это способ нагружения образца в процессе испытания.
...
Наиболее распространен первый способ, обеспечивающий возможность непрерывного измерения н записи силы сопротивления образца деформированию. Он используется практически во всех разновидностях статических испытаний.
...
Примеры применения второго способа нагружеиня — испытания на ползучесть, длительную прочность и замедленное разрушение.
...
Механические испытания можно классифицировать также по характеру изменения нагрузки во времени. По этому принципу нагрузки подразделяют на статические, динамические
...
Статические испытания отличаются плавным, относительно медленным изменением нагрузки образца и малой скоростью его деформации.
...
Наиболее важны следующие разновидности статических испытаний, отличающиеся схемой приложения нагрузок к образцу (т. е. схемой напряженного состояния): одноосное растяжение, одноосное сжатие (в
...
Многообразие условии службы и обработки металлических материалов предопределяет необходимость проведения большого числа механических испытаний. Они классифицируются по разным принципам. Один из них — схема напряженного или деформированного состояния— уже рассмотрен выше. Второй — это способ нагружения образца в процессе испытания.
...
Испытания на усталость проводят при многократном приложении к образцу изменяющихся нагрузок. Такие испытания обычно длительны (часы — сотни часов), по их результатам определяют число циклов до разрушения при разных значениях напряжений, а в конечном итоге—то предельное напряжение, которое образец выдерживает без разрушения в течение определенного числа циклов нагружения.
...
Помимо рассмотренных статических, динамических и усталостных, различают еще две большие специфические группы испытаний. Первая из них — испытания на твердость, в которых оценивают различные характеристики сопротивления деформации или, реже, разрушению поверхностных слоев образца при взаимодействии их с другим телом— индентором (от английского indentation — вдавливание). Большинство испытаний на твердость статические.
...
Вторая группа — испытания на ползучесть и длительную прочность. Их обычно проводят при повышенных температурах для оценки характеристик жаропрочности. Образцы здесь в течение всего испытания находятся под постоянным напряжением или нагрузкой. При испытании на ползучесть измеряют величину деформации в зависимости от времени при разных напряжениях в образце, а при испытании на длительную прочность оценивают время до разрушения под действием различных напряжений.
...
Существует еще ряд методов и разновидностей мехаинческнх испытаний, которые используют на практике в более ограниченных масштабах. Эти испытания в книге рассматриваться ие будут.
...
Как видно, методы проведения испытаний весьма разнообразны. К тому же они проводятся при разных температурах, начиная от очень низких отрицательных и кончая температурами в интервале плавления, в разных средах и т. д. Все это вполне естественно, нбо отражает разнообразие условии эксплуатации и обработки металлов и сплавов, которые в конечном итоге пытаются моделировать испытаниями.
...
Большинство характеристик механических свойств металлов и сплавов не является их физическими константами. Они в сильной степени зависят от условий проведения испытаний. Поэтому нельзя судить о свойствах металлических материалов по данным механических испытаний, которые проводятся разными исследователями по разным методикам. Необходимо выполнение определенных условий проведения испытаний, которые бы обеспечили постоянство результатов при многократном повторении испытаний, так чтобы эти результаты в максимальной степени отражали свойства материала, а ие влияние условий испытания. Кроме того, соблюдение этих правил должно гарантировать сопоставимость результатов испытаний, проведенных в разное время, в разных лабораториях, на различном оборудовании, образцах и т. д. Условия, обеспечивающие такое постоянство и сопоставимость результатов, называются условиями подобия механических испытаний.
...
Для соблюдения условий подобия образцы следует подвергать испытаниям при одинаковой схеме напряженного состояния и в одинаковых физических условиях. Отсюда следует необходимость соблюдения трех видов подобия:
...
Испытания на усталость проводят при многократном приложении к образцу изменяющихся нагрузок. Такие испытания обычно длительны (часы — сотни часов), по их результатам определяют число циклов до разрушения при разных значениях напряжений, а в конечном итоге—то предельное напряжение, которое образец выдерживает без разрушения в течение определенного числа циклов нагружения.
...
паемые образцы должны иметь геометрически подобную форму. Например, два образца на рис. 5 геометрически подобны, если онч имеют качественно одинаковую конфигурацию, а отношения любых двух соответственных размеров каждого из них равны dJD^d-JD?,
...
Естественно, что еще в большей степени иа напряженное состояние в образце влияет схема приложения нагрузок. В общем виде механическое подобие заключается в том, что в сходственных сечениях рабочей части образцов возникают тождественное напряженное состояние и одинаковая относительная деформация.
...
Следует отметить, что сформулированные условия геометрического и .механического подобия обеспечивают тождество напряженных состояний и относительных деформаций не во всех случаях. Отклонения наблю
...
личиях в абсолютных размерах образков (масштабный фактор) и в ряде других случаев, каждый из которых имеет свое объяснение. Например, влияние масштабного фактора можно объяснить на основе статистических теорий прочности. Снижение механических свойств при увеличении размеров образцов связывают с увеличением вероятности существования опасных поверхностных н внутренних дефектов — концентраторов напряжений, вызывающих преждевременную деформацию и
...
паемые образцы должны иметь геометрически подобную форму. Например, два образца на рис. 5 геометрически подобны, если онч имеют качественно одинаковую конфигурацию, а отношения любых двух соответственных размеров каждого из них равны
...
Важность соблюдения условий подобия при проведении механических испытаний наглядно демонстрируется стандартизацией их методики в государственном, а некоторых испытаний и в международном масштабе. В СССР имеются ГОСТы на большинство наиболее распространенных испытаний. В них с учетом всех условий подобия унифицированы формы и размеры образцов, качество их изготовления, основные методические приемы испытания, а также требования к применяемой аппаратуре, точности замера напряжений и деформаций, температуры и т. д.
...
Структура реальных металлов и сплавов и распределение ее дефектов неодинаковы даже в пределах одного образца. Поэтому механические свойства, определяемые структурой и дефектами, строга говоря, различны для разных объемов одного образца. В результате те характеристики механических свойств, которые мы должны оценивать при испытаниях, являются среднестатистическими величинами, дающими суммарную, математически наиболее вероятную характеристику всего объема образца, который принимает участие в испытании. Даже при абсолютно точном замере механических свойств оии будут неодинаковы у разных образцов из одного и того же материала. Инструментальные ошибки определения характеристик свойств, связанные с измерением нагрузок, деформаций, размеров и т. д., еще более увеличивают разброс экспериментальных результатов. Основные задачи статистической обработки результатов механических испытаний — оценка среднего значения свойств и ошибки в определении этого среднего, а также выбор минимально необходимого числа образцов (или замеров) для оценки среднего с заданной точностью.
...
Эти задачи являются стандартными для статистической обработки результатов любых измерений. Основные положения методов обработки результатов измерений и оценки их погрешностей сформулированы в ГОСТ 8.207—76 и подробно рассмотрены в различных руководствах. Здесь будут даны лишь некоторые элементы обработки, необходимые практически при любых механических испытаниях. Специфические особенности обработки результатов длительных высокотемпературных н усталостных испытаний рассмотрены в соответствующих главах.
...
Обычно мы определяем численное значение механического свойства по результатам нескольких измерений. Совокупность из п
...
Важность соблюдения условий подобия при проведении механических испытаний наглядно демонстрируется стандартизацией их методики в государственном, а некоторых испытаний и в международном масштабе. В СССР имеются ГОСТы на большинство наиболее распространенных испытаний. В них с учетом всех условий подобия унифицированы формы и размеры образцов, качество их изготовления, основные методические приемы испытания, а также требования к применяемой аппаратуре, точности замера напряжений и деформаций, температуры и т. д.
...
Прежде чем определять среднее значение, рекомендуется проверить совокупность полученных значений иа присутствие резко выделяющихся результатов испытаний. Они обычно являются следствием какой-либо грубой ошибки в изме
...
стематическую ошибку в определении прочностных свойств, которая должна быть устранена введением соответствующей поправки. К сожалению, величина систематической ошибки не всегда может быть найдена, а иногда, мы даже не подозреваем об ее существовании, хотя величина ее может быть существенной. Например, при испытании партии пористых образцов их свойства могут оказаться заниженными на какую-то примерно одинаковую величину у разных образцов, и, следовательно, мы (оценим среднее значение свойства с определенной систематической ошибкой. Систематические ошибки должны быть по возможности выявлены и учтены.
...
Ошибки результатов измерений, исправленных исключением грубых ошибок и введением поправок на систематические ошибки, называют случайными. Они вызываются действием большого числа факторов, влияние которых на измеряемое свойство нельзя выделить и учесть в отдельности. Случайные ошибки неустранимы, но с помощью методов теории вероятностей нх можно рассчитать и учесть их влияние на истинное значение измеряемой величины.
...
Важной характеристикой точности намерений является также относительная величина _средиего квадратичного отклонения — коэффициент вариации
...
Все перечисленные характеристики ошибок измерений еще ничего не говорят о надежности полученных результатов. Наиболее точную оценку величины ошибок дает доверительный интервал
...
Важной характеристикой точности намерений является также относительная величина _средиего квадратичного отклонения —
...
При решении различных задач часто возникает необходимость сравнения какого-либо свойства разных материалов. При этом надо решить, имеется ли значимая разница между этими свойствами или их величины практически одинаковы с учетом ошибки определения и числа измерений. Иногда число измерений не учитывают, что приводит к неверным выводам. Например, считают незначимой разницу между
...
где m — число испытаний в предварительных опытах;
...
Приемочное значение рассчитывается как C=Co+vs, где
...
коном Гука, который определяет прямую пропорциональность между напряжением и упругой деформацией. На рис. 7 показаны начальные (упругие) участки кривых напряжение— деформация при одноосном растяжении, кручении (сдвиге) и гидростатическом сжатии. Наклон каждой из
...
Рис. 7. Упругие участки кривых напряжение — деформация при одноосном растяжении (а),
...
этих трех кривых, т.е. коэффициент пропорциональности, связывающий напряжение и деформацию, характеризует модуль упругости:
...
Рис. 7. Упругие участки кривых напряжение — деформация при одноосном растяжении
...
В отсутствие" напряжений атомы металлов находятся, точнее колеблются, у неких равновесных положений в узлах кристаллической решетки. Сила (энергия) взаимодействия между двумя соседними атомами складывается из сил притяжения между положительными ионами и электронами, с одной стороны, и сил отталкивания между ионами за счет деформации их электронных оболочек—с другой. На рис. 8 показана схема распределения сил отталкивания (кривая 1)
...
где v — коэффициент Пуассона при одноосном растяжении (сжатии), характеризующий отношение поперечной относительной деформации к продольной.
...
ri</0 и /|>/о. Тогда. Отсюда еу
...
Обобщенный закон Гука для изотропного тела может быть записан и в виде уравнений, связывающих напряжения с деформациями:
...
Обобщенный закон Гука записывается относительно просто для изотропного тела. Однако металлы имеют кристаллическую структуру и являются телами анизотропными. В частности, их упругие свойства в разных кристаллографических направлениях неодинаковы. Это легко понять, если учесть хотя бы разное расстояние между соседними атомами в разных кристаллографических направлениях. Чем меньше это расстояние, тем больше в данном направлении должен быть модуль упругости.
...
Анизотропия упругих свойств экспериментально просто выявляется при исследовании монокристаллов. Например, модуль нормальной упругости монокристаллов меди может колебаться в зависимости от направления их деформации— от 68 ГПа в направлении <001> до ~200 ГПа в наиболее плотноупакованном направлении <110>. Для поликристаллических образцов, состоящих из большого числа различно ориентированных зерен, определяемые среднестатистические значения упругих констант примерно постоянны и не зависят от направления (у меди, например, £=125 ГПа, см. табл. 5).
...
Для анизотропного тела обобщенный закон Гука существенно усложняется: он отражает прямую пропорциональность между каждым компонентом тензора деформаций и всеми шестью независимыми компонентами тензора напряжений. Коэффициентами пропорциональности в соответствующих уравнениях служат модули упругости. Не менее важными являются уравнения связи компонентов тензора деформации с компонентами тензора напряжений. В этих уравнениях используются так называемые коэффициенты упругости, связанные определенными соотношениями с модулями.
...
влиянием различных факторов. С повышением температуры от О К до температуры плавления модули упругости чистых металлов и большинства сплавов снижаются в 2—2,5 раза. Зависимость эта нелинейна — темп снижения модулей по мере приближения к солндусу увеличивается (рис. 9, а).
...
Из анализа физического смысла модулей упругости ясно, что они могут использоваться как характеристики прочности межатомных связей, поэтому чем больше, например, £, тем труднее сместить атомы из положений равновесия в кристаллической решетке. С учетом этого обстоятельства и связи модулей с межатомным расстоянием вполне естественной становится хорошая корреляция (см. рис. 9, а)
...
Модули упругости металлов — структурно малочувствительные свойства. Например, размер зерна почти не влияет на них, а сильная холодная деформация лишь немного (на ~ 1 %)
...
При легировании металлов элементами, образующими твердые растворы, модули упругости изменяются по закону, близкому к линейному, причем могут и увеличиваться, и уменьшаться. Модуль упругости твердых растворов повышается в тех случаях, когда силы связи растворенных атомов и атомов основы больше, чем в чистом металле, и наоборот. Искажения решетки вокруг растворенных атомов способствуют снижению модулей.
...
Если при легировании образуется вторая фаза с собственным модулем упругости, большим, чем у основы, то в этом случае модуль упругости сплава тоже повышается, как, например, при введении в алюминий малорастворимых добавок марганца, никеля, бериллия и др. (рис. 10). Однако если вторая фаза мягче матрицы, то увеличение ее количества вызывает снижение модулей упругости базового металла. Примером может служить серый чугун, у которого модули заметно ниже, чем у чистого железа (у чугуна СЧ 28-48 Е&135
...
Сопоставление модулей упругости технически важных металлов и многочисленных сплавов на нх основе показывает, что в пределах каждой группы сплавов модули различаются слабо. Так, колебания модуля нормальной упругости конструкционных углеродистых и легированных сталей, существенно отличных по составу, лежат в диапазоне
...
196—224 ГПа, т. е. отличаются не больше чем на 12%. Увеличение концентрации цинка в латукях от нескольких процентов до 40 % вызывает снижение модуля Е
...
Коэффициент Пуассона слабо отличается даже при сравнении сплавов разных систем, поскольку он близок почти у всех чистых металлов (см. табл. 5). С повышением температуры v меняется еще слабее модулей упругости, проявляя слабую тенденцию к росту*
...
Упругие свойства часто называют константами потому, что они подобно физическим и в отличие от большинства механических свойств не зависят от метода определения и
...
Упругая деформация развивается с очень большой скоростью, соответствующей скорости распространения звука в данном материале. Для стали, например, эта скорость составляет ~5000, для меди 3670, для свинца 1320 м/с, что значительно выше скоростей деформирования ие только при статическом, но и динамическом нагруже-нии. Поэтому величина упругих констант не должна зависеть от скорости нагружения, и они могут определяться по результатам любых испытаний.
...
Некоторые упругие свойства могут быть определены с помощью стандартных статических испытаний. Так, по результатам испытаний на одноосное растяжение оценивают Е,
...
При использовании резонансных методов образец в виде стержня возбуждается до одной из собственных частот колебаний продольными или поперечными волнами. Длина этих волн должна быть значительно больше радиуса образца.
...
Тогда в момент совпадения частоты вынуждающих колебаний с собственной частотой колебаний образца в нем возникает стоячая волна. Модуль Е
...
При использовании резонансных методов образец в виде стержня возбуждается до одной из собственных частот колебаний продольными или поперечными волнами. Длина этих волн должна быть значительно больше радиуса образца.
...
Возбуждение механических колебаний частотой 103—105 Гц в образцах можно производить различными способами (рис. 11).
...
Экспериментальное определение модуля сдвига проводят на тех же установках, что и определение внутреннего трения (см. рис. 20).
...
Возбуждение механических колебаний частотой 10³—10⁵ Гц в образцах можно производить различными способами (рис.
...
В области упругой деформации, где действует закон Гука, у металлов и сплавов наблюдается ряд отклонений от чисто упругого поведения. Некоторые из них известны давно, однако природа неполной упругости металлов вскрыта лишь в последние десятилетия.
...
деформациям снижается. Это снижение может быть достаточно заметным* Так, у некоторых сталей и титановых сплавов оно может достигать 15—20 %.
...

Газовая сварка и резка металлов
Специальные стали
Трансформаторы для электродуговой сварки
Механические свойства металлов
Сварочный аппарат своими руками
Сварка на контактных машинах
Краткий справочник технолога-термиста

"Сварка-ЛИБ" - Техническая библиотека сварщика | Сварка, термообработка, материалы, металлы и сплавы

admin

Механические свойства металлов