Безобразцовый метод определения механических свойств реферат

Обновлено: 05.07.2024

Чаще механические свойства металла характеризуют следующими величинами: 1) прочностью, под которой понимают сопротивление металла (сплава) деформации и разрушению; 2) пластичностью, т. е. способностью металла к остаточной деформации (остающейся после удаления деформирующихся сил) без разрушения.

Малую пластичность или ее отсутствие называют хрупкостью. В результате механических испытаний получают численные значения механических свойств, т. е. значения напряжений или деформаций, при которых происходят изменения физического состояния материала.

Механические свойства дают возможность конструкторам и технологам установить, в каких пределах нагрузок и в каких условиях можно использовать материал.

Широко используют механические испытания и для контроля качества изготовления и обработки металла на металлургических и машиностроительных заводах.

Содержание

Работа содержит 1 файл

Контрольная_Microsoft_Word[1].doc

Федеральное государственное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

Новотроицкий филиал

Кафедра металлургических технологий

КОНТРОЛЬНАЯ РАБОТА

МАТЕРИАЛОВЕДЕНЬЕ

Группа : ЭиУ – 08 – 25з

Выполнила студент: Е. С. Прохорова

Проверил преподаватель: Е. П. Большина

Новотроицк 2010

Введение………………………………………………………… ………………. 3

1. Упругая и пластическая деформация, разрушение …………………..……4

Растяжение……………………………..………………… ……………..……..6
Сжатие…………………………………………………..……… ……..……….9
Твердость……………………………………………………… .……….…….10
Ударная вязкость и хрупкость……………………………….………..…… 11
Усталость……………………………………………………… ….……..…. 13

Механические свойства характеризуют поведение тел под действием механических напряжений. Такие напряжения возникают при эксплуатации металлических изделий, а так же в процессе их изготовления. Поэтому механические свойства – это важнейшие для инженера характеристики металлов и сплавов.

Механические свойства определяют с помощью механических испытаний специально изготовленных образцов. Механические свойства зависят не только от химического состава и структуры материала, но и от условий испытаний: формы и размеров образца, скорости нагружения и других факторов. Большинство механических свойств очень сильно зависит от структуры, например от размера зерна и плотности дислокаций, т. е. относятся к разряду структурно – чувствительных свойств.

1 Упругая и пластическая деформация, разрушение

Если напряжение, приложенное к металлическому образцу, не слишком велико, то его деформация оказывается упругой – стоит снять напряжение, как его форма восстанавливается. Некоторые металлические конструкции намеренно проектируют так, чтобы они упруго деформировались. Так, от пружин обычно требуется довольно большая упругая деформация. В других случаях упругую деформацию сводят к минимуму. Мосты, балки, механизмы, приборы делают по возможности более жесткими. Упругая деформация металлического образца пропорциональна силе или сумме сил, действующих на него. Это выражается законом Гука, согласно которому напряжение равно упругой деформации, умноженной на постоянный коэффициент пропорциональности, называемый модулем упругости: s = e Y, где s – напряжение, e – упругая деформация, а Y – модуль упругости (модуль Юнга). Модули упругости ряда металлов представлены в табл. 1.

Металл	Вольфрам	Железо (сталь)	Медь	Алюминий	Магний	Свинец
Модуль Юнга, 10 5 МПа	3,5	2,0	1,1	0,70	0,45	0,18

Пользуясь данными этой таблицы, можно вычислить, например, силу, необходимую для того, чтобы растянуть стальной стержень квадратного поперечного сечения со стороной 1 см на 0,1% его длины:

F = Y ´ A ´D L/L = 200 000 МПа ´ 1 см 2 ´ 0,001 = 20 000 Н (= 20 кН)

Когда к металлическому образцу прикладываются напряжения, превышающие его предел упругости, они вызывают пластическую (необратимую) деформацию, приводящую к необратимому изменению его формы. Более высокие напряжения могут вызвать разрушение материала.

Важнейшим критерием при выборе металлического материала, от которого требуется высокая упругость, является предел текучести. У самых лучших пружинных сталей практически такой же модуль упругости, как и у самых дешевых строительных, но пружинные стали способны выдерживать гораздо большие напряжения, а следовательно, и гораздо большие упругие деформации без пластической деформации, поскольку у них выше предел текучести.

Пластические свойства металлического материала (в отличие от упругих) можно изменять путем сплавления и термообработки. Так, предел текучести железа подобными методами можно повысить в 50 раз. Чистое железо переходит в состояние текучести уже при напряжениях порядка 40 МПа, тогда как предел текучести сталей, содержащих 0,5% углерода и несколько процентов хрома и никеля, после нагревания до 950 ° С и закалки может достигать 2000 МПа.

Когда металлический материал нагружен с превышением предела текучести, он продолжает деформироваться пластически, но в процессе деформирования становится более твердым, так что для дальнейшего увеличения деформации требуется все больше повышать напряжение. Такое явление называется деформационным или механическим упрочнением (а также наклепом). Его можно продемонстрировать, скручивая или многократно перегибая металлическую проволоку. Деформационное упрочнение металлических изделий часто осуществляется на заводах. Листовую латунь, медную проволоку, алюминиевые стержни можно холодной прокаткой или холодным волочением довести до уровня твердости, который требуется от окончательной продукции.

2 Растяжение

Рис. 1. Диаграмма растяжения

Диаграмма растяжения для двух металлов с разной пластичностью: сравнительно хрупкого (штриховая линия) и более пластичного (сплошная линия). Пределы текучести обоих металлов почти совпадают. Более хрупкий металл разрушается по достижении своего предела прочности при растяжении, а более пластичный – пройдя через свой предел прочности.

Типичные значения величин, характеризующих прочность на растяжение ряда металлов и сплавов, представлены в табл. 2. Нетрудно видеть, что эти значения для одного и того же материала могут сильно различаться в зависимости от обработки.

Металлы и сплавы	Состояние	Предел текучести, МПа	Предел прочности на растяжение, МПа	Удлинение, %
Малоуглеродистая сталь (0,2% С)	Горячекатанная	300	450	35
Среднеуглеродистая сталь (0,4% С, 0,5% Mn)	Упрочненная и отпущенная	450	700	21
Высокопрочная сталь (0,4% С, 1,0% Mn, 1,5% Si, 2,0% Cr, 0,5% М o)	Упрочненная и отпущенная	1750	2300	11
Серый чугун	После литья	–	175–300	0,4
Алюминий технически чистый	Отожженный	35	90	45
Алюминий технически чистый	Деформационно-упрочненный	150	170	15
Алюминиевый сплав (4,5% Cu, 1,5% Mg, 0,6% Mn)	Упрочненный старением	360	500	13
Латунь листовая (70% Cu, 30% Zn)	Полностью отожженная	80	300	66
Латунь листовая (70% Cu, 30% Zn)	Деформационо-

. Упругие и пластические свойства при сжатии обычно весьма сходны с тем, что наблюдается при растяжении (рис. 2). Кривая соотношения между условным напряжением и условной деформацией при сжатии проходит выше соответствующей кривой для растяжения только потому, что при сжатии поперечное сечение образца не уменьшается, а увеличивается. Если же по осям графика откладывать истинное напряжение и истинную деформацию, то кривые практически совпадают, хотя при растяжении разрушение происходит раньше.

Рис. 2. Диаграммы растяжения и сжатия.

Кривая условного напряжения для сжатия проходит выше, чем для растяжения, только потому, что при сжатии поперечное сечение увеличивается, а не уменьшается.

4 Твердость

Может сложиться впечатление, что в металлических материалах всегда желательны максимальные предел текучести и твердость. На самом деле это не так, и не только по экономическим соображениям (процессы упрочнения требуют дополнительных затрат).

Во-первых, материалам необходимо придавать форму различных изделий, а это обычно осуществляется с применением процессов (прокатки, штамповки, прессования), в которых важную роль играет пластическая деформация. Даже при обработке на металлорежущем станке очень существенна пластическая деформация. Если твердость материала слишком велика, то для придания ему нужной формы требуются слишком большие силы, вследствие чего режущие инструменты быстро изнашиваются. Такого рода трудности можно уменьшить, обрабатывая металлы при повышенной температуре, когда они становятся мягче. Если же горячая обработка невозможна, то используется отжиг металла (медленные нагрев и охлаждение).

Безобразцовый метод основан на инденторных испытаниях материалов, в результате которых определяют специальные характеристики твердости и пересчитывают их на показатели других механических свойств. Главное его достоинство заключается в возможности ускоренной оценки механических характеристик металла готовых изделий, не выводя их из строя и не вырезая из них образцов. [2]

Безобразцовый метод , как более экономичный и простой, представляет большой научный и практический интерес в области исследования, контроля и диагностики качества металла. [4]

Безобразцовый метод , основанный на непрерывном вдавливании индентора, легко поддается автоматизации, что открывает возможность дистанционному контролю механических свойств. К настоящему времени уже имеется положительный опыт дистанционного контроля механических свойств металла корпуса атомного реактора после восстановительной термической обработки. [5]

Безобразцовый метод основан ( рис. 6.58, в) на сравнении амплитуды А эхо-сигнала от непровара с амплитудой А0 эхо-сигнала от бесконечной плоскости, расположенной на той же глубине, что и непровар. В качестве такой плоскости следует использовать поверхность полки. Безобразцовый метод может быть реализован с помощью дефектоскопов, имеющих калиброванный аттенюатор. В связи с тем, что этот метод основан на сравнении амплитуд эхо-сигналов от непровара и плоскости, контролю должен предшествовать расчет зависимости АЛ F ( 2Ь) или ее экспериментальное построение. На рис. 6.59 в качестве примера показана зависимость АЛ F ( 2b), полученная с помощью дефектоскопа УД-ЦПУ для соединений с толщиной полки Н 25 мм и ПЭП с параметрами В 40, / 1 8 МГц, а 5 мм. [7]

Безобразцовый метод контроля механических свойств эффективно применяется в энергетике, машиностроении, нефтехимии. Этот метод может быть использован и в других областях промышленности, где необходим контроль механических свойств металла в процессе изготовления и эксплуатации продукции. [8]

На чем основан безобразцовый метод определения механических свойств материалов . [9]

Для практической реализации безобразцового метода контроля построены зависимости амплитуды эхо-сигнала от площади реальных дефектов ДЛ F ( 5Д) для закладных деталей всех типоразмеров. [11]

Прочность гибов определяется безобразцовым методом на растянутой зоне гибов. [12]

Пока еще не существует безобразцовых методов определения характеристик длительной прочности сталей и сплавов. Для установления фактических значений пределов длительной прочности в обязательном порядке требуется проведение испытаний материала на длительную прочность в условиях специализированной лаборатории и связанную с этим необходимость в вырезке контрольных проб из действующего оборудования, изготовления и испытания соответствующего количества образцов. Аналогичных подходов к оценке остаточного ресурса работоспособности материалов, эксплуатирующихся в условиях ползучести, придерживаются и в смежных с нефтехимией отраслях производства - в теплоэнергетике и ядерной энергетике. [13]

ГОСТ 1497 - 73 или безобразцовым методом контроля - при отсутствииданных в паспорте котла, а также независимо от наличия их по заключению инспектора котлонадзора, если имеются признаки понижения прочности металла ( плены, расслоения, вы-пучины, трещины и др.), примененного как при ремонте, так и при изготовлении. [14]

ГОСТ 1497 - 73 или безобразцовым методом контроля - при отсутствии данных в паспорте котла, а также независимо от наличия их по заключению инспектора котлонадзора, если имеются признаки понижения прочности металла ( плены, расслоения, вы-пучины, трещины и др.), примененного как при ремонте, так и при изготовлении. [15]

Ударная вязкость – оценивается работой, затраченной на ударный излом образца.

Хладоломкость – способность металла охрупчиваться при низких температурах. Оценив испытание на ударную вязкость при минимальных температурах, отмечают Т_кр – критическую температуру хрупкости.

Механические свойства при циклическом нагружении.

Усталость – процесс постепенного накопления повреждений в металле при действии циклических нагрузок, приводящей к образованию трещин и разрушений.

Выносливость – свойство противостоять усталости.

Сопротивление усталости характеризует перелом выносливости.

sк- максимальное напряжение, которое не вызывает разрушений образца при любом числе циклов или заданном s. - ограниченный предел.

Разрушение при усталости отличается от разрушения при однократных нагрузках, характеризуется отсутствием в изломе внешних признаков пластической деформации, т.е. излом имеет характер хрупкого излома.

Безобразцовый метод определения механических свойств

Достоинство состоит в том, что можно быстро оценить механические характеристики готового изделия, не выводя его из строя и не вырезая из них образцов.

Представляет большой научный и практический интерес в области исследования, контроля и диагностики качества металла. В некоторых случаях это единственный пригодный для оценки механических свойств малых объёмов или локальных зон обработанного металла (упрощенный слой, сварные соединения). Эффективен для определения остаточного ресурса оборудования, пробывшего длительное время в эксплуатации и выработавшего свой расчетный срок службы.

Принцип работы.

Используется диаграмма непрерывного вдавливания индентора, который можно аппроксимировать степенной зависимостью. r=ad n

r- нагрузка вдавливания

d- диаметр остаточного отпечатка

a, n- коэффициенты, характеризующие материал

А=аД ( n-2), а зависит от Д, n-коэффициент

И отсюда следует автоматизирование расчетов.

Исходя из диаграммы, по формулам определяют механические характеристики. Используя МЭИ-Т7, можно управлять измерениями дистанционно.

Гл. 3 Основы теории сплавов

Дислокационная структура наряду с фазовым составом является важнейшим фактором, предопределяющим прочность и другие свойства создаваемых металлических сплавов.

Создание металлических сплавов является первым этапом, во время которого в конструкционный материал должны быть заложены важнейшие предпосылки для формирования оптимальной дислокационной структуры и хорошего металлургического качества на всех последующих этапах.

Металлические сплавы

Сплавы – сложные вещества, получаемые сплавлением или спеканием двух или нескольких простых веществ, называемых компонентами.

При сплавлении компоненты доводят до плавления, а при спекании их порошки смешивают и подвергают давлению при высокой температуре.

Сплав является металлом, если его основу (>50%) составляют металлические компоненты.

Металлические сплавы обладают более высокими прочностными и другими механическими свойствами по сравнению с чистыми металлами. Поэтому получили самое широкое распространение в качестве конструкционных материалов.

Особенности строения двойных сплавов позволяют оценивать свойства многокомпонентных т.к. их основу обычно составляет двойной сплав с добавками (сталь-железо + углерод легирован Fe+C+ редкоземельный металл).

Виды двойных сплавов

При взаимодействии компоненты сплавов создают различные структуры в зависимости от особенностей строения компонентов:

смеси своих зерен с пренебрежимо ничтожной взаимной растворимостью
неограниченно или частично растворяются друг в друге
образовывают химические соединения

Смеси состоят из чистых зерен компонентов, сохраняющие присущие им типы кристаллических решеток и прочностные свойства.

При растворении образуются твердые растворы из зерен, кристаллическая решетка которых построена из атомов обоих компонентов.

Раствор замещения возможен, когда имеют аналогичные типы кристаллических решеток и равные размеры.

Раствор внедрения при маленьком d одного из компонентов (требуется меньше энергии).

При неограниченной растворимости образуются растворы замещения.

Если же растворимость компонентов различна, то возможны 2 случая за пределами растворимости:

смеси зерен ограниченных твердых растворов обоих компонентов друг в друге
смеси зерен ограниченных растворов + химические соединения компонентов

Связи в твердых растворах замещения - металлические

Связи в твердых растворах внедрения – металлические + ковалентные

Ковалентные связи сильнее металлических, поэтому тип связей предопределяют их свойства (например, прочностные).

Химические соединения имеют специфическую кристаллическую решетку, отличную от решеток компонентов. Связь между атомами сильнее металлической, поэтому данные вещества твердые и хрупкие.

Если химические соединения не диссоциируют при повышении температуры до температуры плавления, то их рассматривают как самостоятельные компоненты, которые способны образовывать сплавы с компонентами сплава.

Общие понятия о нагрузках. Характеристика механических свойств металлов: упругость, пластичность, вязкость, усталость и пр. Методы испытания металлов: испытания на растяжение, определение твердости. Механические свойства при цилиндрических нагрузках.

Рубрика	Производство и технологии
Вид	контрольная работа
Язык	русский
Дата добавления	29.03.2015
Размер файла	342,8 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Общие понятия о нагрузках

Напряжение -- это мера внутренних сил, возникающих в деформируемом теле, под влиянием различных факторов.

где Q -- механическое напряжение, F -- сила, возникшая в теле при деформации, S -- площадь.

Деформация -- изменение взаимного положения частиц тела, связанное с их перемещением относительно друг друга.

Разрушение - это процесс зарождения и развития микротрещин в макротрещины.

Механические свойства металлов

Упругость - способность металлов изменять форму под действием внешней нагрузки и восстанавливать измененную форму после того, как нагрузка перестает действовать.

Пластичность - способность металла получать остаточное изменение формы и размеров без разрушения.

Твердость - это его способность сопротивляться пластической деформации. нагрузка механический металл испытание

Вязкость -- способность металла оказывать сопротивление быстро возрастающим (ударным) нагрузкам.

Усталость - разрушение конструкции под действием циклических нагрузок. Когда деталь изгибается то в одну, то в другую сторону, ее поверхности поочередно подвергаются то сжатию, то растяжению.

Трещиностойкость -- способность материала сопротивляться развитию трещин (разрушения) при однократном, циклическом и замедленном разрушении.

Холодостойкость -свойство сплава сохранять пластические свойства при температурах ниже 0°С. Жаропрочность - свойство сплава сохранять прочность при высоких температурах.

Методы испытания металлов

1.Испытания на растяжение

Этими испытаниями определяют такие характеристики, как пределы пропорциональности, упругости, прочности и пластичность металлов. При испытании на растяжение образец растягивается под действием плавно возрастающей нагрузки и доводится до разрушения.

Диаграмма растяжения образца из пластичного материала

Предел упругости у_упр - напряжение, при котором пластические деформации впервые достигают некоторой малой величины, характеризуемой определенным допуском:

где P_упр - напряжение, соответствующее пределу упругости, Н.

Предел прочности у_в -- напряжение, равное отношению наибольшей нагрузки, предшествующей разрушению образца, к первоначальной площади его сечения:

где P_в - напряжение, соответствующее пределу прочности, Н.

Относительное удлинение д находится как отношение увеличения длины образца после разрыва к его первоначальной расчетной длине, выраженное в процентах:

где l_k - длина образца после разрыва, мм;

l₀ - расчетная (начальная) длина образца, мм.

2. Методы определения твердости

Наиболее распространенным методом определения твердости металлических материалов является метод вдавливания, при котором в испытуемую поверхность под действием постоянной статической нагрузки вдавливается другое, более твердое тело. На поверхности материала остается отпечаток, по величине которого судят о твердости материала. Показатель твердости характеризует сопротивление материала пластической деформации, как правило, большой, при местном контактном приложении нагрузки.

Измерение твердости по Бринеллю. Сущность этого способа заключается в том, что в поверхность испытуемого металла вдавливается стальной закаленный шарик диаметром 10, 5 или 2,5 мм в зависимости от толщины образца под действием нагрузки, которая выбирается в зависимости от предполагаемой твердости испытуемого материала и диаметра наконечника по формулам: Р = 30D 2 ; Р = 10D 2 ; Р = 2,5D 2 .

На поверхности образца остается отпечаток, по диаметру которого определяют твердость. Диаметр отпечатка измеряют специальной лупой с делениями.

Твердость рассчитывают по формуле

где НВ - твердость по Бринеллю, кгс/мм 2 ;

Р - нагрузка при испытании, кгс или Н;

F - площадь полученного отпечатка, мм 2 ;

D - диаметр наконечника, мм;

d - диаметр отпечатка, мм.

Измерение твердости методами Бринелля (а), Роквелла (б), Виккерса (в)

Измерение твердости по Роквеллу. Измерение осуществляют путем вдавливания в испытуемый металл стального шарика диаметром 1,588 мм или алмазного конуса с углом при вершине 120°. Твердость по Роквеллу определяют по глубине вдавливания наконечника.

Вдавливание производится под действием двух последовательно приложенных нагрузок -- предварительной, равной ? 100 Н, и окончательной (общей) нагрузки, равной 1400, 500 и 900 Н. Твердость определяют по разности глубин вдавливания отпечатков.

Измерение твердости по Виккерсу

В этом случае в испытуемый образец вдавливается четырехгранная алмазная пирамида с углом при вершине 136 о . При таких испытаниях применяются нагрузки от 50 до 1200 Н. Измерение отпечатка производят по длине его диагонали, рассматривая отпечаток под микроскопом, входящим в твердомер. Число твердости по Виккерсу, обозначаемое НV, находят по формуле

где Р - нагрузка, Н;

d - длина диагонали отпечатка, мм.

Механические свойства, определяемые при динамическом нагружении

Динамические нагрузки - нагрузки, возрастающие с очень высокой скоростью, например, ударам.

Для определения механических свойств технических сплавов производят динамические испытания при ударном изгибе.

В результате этих испытаний определяют удельную энергию, затраченную на разрушение образца - ударную вязкость: KCU = К/S₀ [МДж/м 2 ], где К - энергия, затраченная на разрушение образца, а S₀ - поперечное сечение образца, по которому он разрушен.

Проводя испытания при пониженных температурах, определяют склонность материалов к охрупчиванию в условиях холода.

Строя по результатам испытаний сериальные кривые зависимости КСU-t°, находят порог хладноломкости (критическую температуру хрупкости) t_хр температуру, при которой ударная вязкость резко снижается, вследствие перехода материала в хрупкое состояние.

Механические свойства при цилиндрических нагружениях

Наиболее неблагоприятным фактором, значительно уменьшающим выносливость, является концентрация больших местных напряжений, возникающих при резких изменениях сечений, неровностях и повреждениях поверхности, внутренние пороки.

Наиболее просто осуществляются переменные напряжения симметричного цикла при изгибе вращающегося образца.

Схема нагружения образца при испытании на выносливость

Для каждого последующего образца наибольшие напряжения уменьшают на 20 . 40 МПа, при этом число циклов, необходимое для разрушения, увеличивается. В итоге находят так называемый предел выносливости - наибольшее напряжение, которое образец выдерживает без разрушения в течение заданного числа циклов, называемого базой испытаний.

Диаграмма, представленная в координатах у_max-N_ц, называется кривой усталости и позволяет определить предел выносливости материала при симметричном цикле нагружения у_-

Подобные документы

Характеристика основных механических свойств металлов. Испытания на растяжение, характеристики пластичности (относительное удлинение и сужение). Методы определения твердости по Бринеллю, Роквеллу, Виккерсу; ударной вязкости металлических материалов.

реферат [665,7 K], добавлен 09.06.2012

Свойства металлов и сплавов. Коррозионная стойкость, холодостойкость, жаростойкость, антифринционность. Механические свойства металлов. Диаграмма растяжения образца. Испытание на удар. Физический смысл упругости. Виды изнашивания и прочность конструкции.

контрольная работа [1006,5 K], добавлен 06.08.2009

Определение механических свойств конструкционных материалов путем испытания их на растяжение. Методы исследования качества, структуры и свойств металлов и сплавов, определение их твердости. Термическая обработка деформируемых алюминиевых сплавов.

учебное пособие [7,6 M], добавлен 29.01.2011

Механические свойства металлов, основные методы их определения. Технологические особенности азотирования стали. Примеры деталей машин и механизмов, подвергающихся азотированию. Физико-химические свойства автомобильных бензинов. Марки пластичных смазок.

контрольная работа [1,1 M], добавлен 25.09.2013

Физические свойства металлов. Способность металлов отражать световое излучение с определенной длиной волны. Плотность металла и температура плавления. Значение теплопроводности металлов при выборе материала для деталей. Характеристика магнитных свойств.

курс лекций [282,5 K], добавлен 06.12.2008

Эксплуатационные свойства металлов. Классификация металлических материалов. Черные и цветные металлы, их сплавы. Стали для режущих и измерительных инструментов. Стали и сплавы со специальными свойствами. Сплавы алюминия и меди. Сплавы с "эффектом памяти".

курсовая работа [1,6 M], добавлен 19.03.2013

Направления и этапы исследований в сфере строения и свойств металлов, их отражение в трудах отечественных и зарубежных ученых разных эпох. Типы кристаллических решеток металлов, принципы их формирования. Основные физические и химические свойства сплавов.

Читайте также: