Презентация по материаловедению Механические свойства металлов и сплавов

Механические свойства металлов и сплавовПолякова Татьяна АлексеевнаАнгарский автотранспортный техникум. I.ПрочностьСпособность металла(сплава) сопротивляться разрушению под действием внешних нагрузок Деформации:СТАТИЧЕСКИЕ-Нарастающие медленно от 0 до некоторого максимального значения и далее остаются постояннымиДИНАМИЧЕСКИЕ-Возникающие в результате удара,когда действие нагрузки исчисляется долями секунд Пример нагрузокДинамические нагрузки Создают люди в зданиях; Грузовые автомобили на мосту; Станки в цеху;Гидротурбина в машинном залеГЭС; Нагрузки, которые нельзя оценитьУдар ветра; Температурные колебания;Землетрясение;Статические нагрузкиЗдания на фундаменте;Механическоеоборудование, закрепленное на определенном месте;  Виды деформации:СжатиеРастяжениеИзгибСрезКручение Разрывная машина- устройство для проведения испытания образца на прочностьОбразец выполняют по ГОСТам- испытывают на сжатие и растяжение Диаграмма условных напряжений(Растяжение)Напряжение- σ (σ = P/A0, где A0 — исходная площадь поперечного сечения) и линейной деформации ε (ε = Δl/l0 ). при этом не учитывается изменение площади поперечного сечения образца в процессе испытания. Типичная диаграмма σ — ε для алюминиевых сплавов1. Предел прочности 2. Условный предел текучести (σ0.2)3. Предел пропорциональности4. Точка разрушения(Деформация при условном пределе текучести (обычно, 0,2 %) Типичная диаграмма σ — ε для малоуглеродистой стали1. Предел прочности (временное сопротивление разрушению)2. Предел текучести (верхний)3. Точка разрушения4. Область деформационного упрочнения5. Образование шейки на образце Классификация материалов по остаточному удлинению:δ = (lк − l0)/l0, где l0 и lк — начальная и конечная длина рабочей части образца), обычно вычисляемое в процентах. :пластичные (δ ≥ 10 %);малопластичные (5 % < δ < 10 %);хрупкие (δ ≤ 5 %). II.Твердость Это свойства металла (сплава) оказывать сопротиление проникновению в него другого, более твердого тела, не получающего остаточной деформации. Метод определения твердости металла был предложен шведским инженером Юханом Августом Бринеллем (1849—1925) Методика проведения испытанияЭтот метод относится к методам вдавливания. Испытание проводится следующим образом: вначале подводят образец к индентору, затем вдавливают индентор в образец с плавно нарастающей нагрузкой в течение 2-8 с, после достижения максимальной величины, нагрузка на индентор выдерживается в определенном интервале времени (обычно 10-15 с для сталей). Затем снимают приложенную нагрузку, отводят образец от индентора и измеряют диаметр получившегося отпечатка. В качестве инденторов используются шарики из твердого сплава диаметром 1; 2,5; 5 и 10 мм. Величину нагрузки и диаметр шарика выбирают в зависимости от исследуемого материала, который разделен на 5 основных групп:1 — сталь, никелевые и титановые сплавы;2 — чугун;3 — медь и сплавы меди;4 — легкие металлы и их сплавы;5 — свинец, олово.Кроме этого, вышеприведенные группы могут разделяться на подгруппы в зависимости от твердости образцов. При выборе условий испытаний следят за тем, чтобы толщина образца, как минимум, в 8 раз превышала глубину вдавливания индентора. Твердомеры-проведение испытания на твердость Метод Бринелля- вдавливается стальной шарикМетод Роквелла- вдавливается алмазный конус, стальной шарикМетод Виккерса- вдавливается алмазная пирамидкаТвёрдость по Бринеллю HB рассчитывается как отношение приложенной нагрузки к площади поверхности отпечатка (метод восстановленного отпечатка):,где F  — приложенная нагрузка, Н;D — диаметр шарика, мм; d— диаметр отпечатка, мм,или как отношение приложенной нагрузки к площади внедренной в материал части индентора (метод невосстановленного отпечатка):где h  — глубина внедрения индентора, мм. Пример обозначения твердости по Бринеллю:600 HBW 10/3000/20,где 600 — значение твердости по Бринеллю, кгс/мм²;HBW — символьное обозначение твердости по Бринеллю;10 — диаметр шарика в мм;3000 — приблизительное значение эквивалентной нагрузки в кгс (3000 кгс = 29420 Н);20 — время действия нагрузки, с. Методика проведения испытаний и расчёт твёрдостиОтпечаток индентора на эталонном образце.Твёрдость 96,5 HBW 10/1000/10 Типичные значения твёрдости для различных материалов{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}МатериалТвёрдостьМягкое дерево, например сосна1,6 HBS 10/100Твёрдое деревоот 2,6 до 7,0 HBS 10/100Алюминий15 HBМедь35 HBДюраль70 HBМягкая сталь120 HBНержавеющая сталь250 HBСтекло500 HB Недостатки методики БринелляМетод можно применять только для материалов с твердостью до 650 HBW.Твёрдость по Бринеллю зависит от нагрузки (обратный размерный эффект - reverse indentation size effect).При вдавливании индентора по краям отпечатка из-за выдавливания материала образуются навалы и наплывы, что затрудняет измерение как диаметра, так и глубины отпечатка.Из-за большого размера тела внедрения (шарика) метод неприменим для тонких образцов. ПреимуществаЗная твёрдость по Бринеллю, можно быстро найти предел прочности и текучести материала, что важно для прикладных инженерных задач:Так как метод Бринелля — один из самых старых, накоплено много технической документации, где твёрдость материалов указана в соответствии с этим методом.Данный метод является более точным по сравнению с методом Роквелла на более низких значениях твёрдости (ниже 30 HRC).Также метод Бринелля менее критичен к чистоте подготовленной под замер твёрдости поверхности. твердость по Бринеллю обозначают только числовым значением твердости и символом НВ или HBW: например, 185 HB, 600 HBW. Примеры:250 HВ 5/750 /10575 HBW 2,5/187, 5/30 - III.Ударная вязкостьУдарная вязкость характеризует надежность материала, его способность сопротивляться хрупкому разрушению. Испытание проводят на образцах с надрезами определенной формы и размеров. Образец устанавливают на опорах копра надрезом в сторону, противоположную удару ножа маятника,который поднимают на определенную высоту. Схема ударного испытания образцов на маятниковом копреПри падении маятник ударяет по образцу, разрушает его и поднимается в положение II на высоту  h. Для остановки маятника имеется тормоз. Расчет вязкости материалаВыразив высоту маятника в положении до и после удара через пишу маятника l и углы α и β, получим выражение для определения работы, затраченной на деформацию и разрушение образца:К= Gl (cos β - cos α),где α — угол начального подъема маятника; β — угол подъема маятника после разрушения образца, фиксируемый на шкале 3 (см. Рис. 1).Масса груза и длина маятника известны. Угол α является величиной постоянной. Зная угол β по результатам испытаний, определяют работу К и ударную вязкость КС. Образцы с V-образным надрезом являются основными и их и используют при контроле металлопродукции для ответственных конструкций (транспортных средств, летательных аппаратом др.), а образцы с U-образным надрезом применяют при приемочном контроле металлопродукции; образцы с Т-образным надрезом предназначены для испытания материалов, работающих в особо ответственных конструкциях.При испытании металлов на удар определяют ударную вязкость, которую обозначают КС. Ударная вязкость КС - это отношение работы К разрушения стандартного образца к площади его поперечного сечения F в месте надреза:КС = K/F, Дж/м2 Обозначение вязкостиВ зависимости от вида концентратора в образце (U, V, Т) в обозначении ударной вязкости вводят третий индекс, согласно виду концентратора: KCU, KCV,  КСТ. Вывод:{5C22544A-7EE6-4342-B048-85BDC9FD1C3A}Название испытанияобозначениенагрузкиТвердость по БринеллюНВ или НВWДо 650нТвердость по РоквеллуHRA (шкалаА)HRB (шкала В)НRC (шкала с)588н980н1470нПрочность –предел прочностиПластичностьВязкостьE-удлинение Е=l-l\lKCU, KCV, КСТ Сравнительная шкала твердости / Ранги твердости винтов, болтов и гаекНижеприведенная сравнительная таблица значений твердости относится только к углеродистой стали, низколегированной стали и литой стали горячего формирования, прошедшей температурную обработку. Для высоколегированной стали могут иметь место значительные различия в полученных результатах.ПРИМЕР- заполни пробелы Медь - мягкий пластичный металл розовато-красного цвета, обладающий высокой электропроводностью, теплопроводностью, коррозийной стойкостью.В отожженном состоянии она характеризуется пределом прочности при растяжении Σв= 19,6 - 23,6 МПа. Твердостью по Бринеллю 35 -45 НВ. кировка по прочности Алюминий - мягкий пластичный металл серебристо-белого цвета, отличается высокой электропроводностью, коррозийной стойкостью, малой плотностью и хорошо обрабатывается давлением.В отожженном состоянии алюминий обладает малой ………….Σв=78,5 - 118 МПа и ……. 15-25 НВ.