zabika.ru   1 2 3 ... 7 8




Ползучесть - постепенное увеличение пластической деформации материала при постоянном напряжении, меньшем предела текучести. Ползучесть ярко выражена при температурах свыше 0.4 от температуры плавления (в градусах Кельвин). Чем выше температура или приложенное напряжение, тем меньше времени требуется для разрушения материала в результате ползучести.

Металл 

Al

Cu

Fe

Pb

Mg

Ni

Ti

Температура плавления , 0К

933

1356

1805

600

923

1728

2068







Максимальное напряжение возле вершины эллиптического отверстия, большая ось которого расположена перпендикулярно приложенному напряжению в плоскости, определяется выражением:
max =  • [1 + 2 • (a/)1/2]

где - приложенное номинальное напряжение;  - радиус кривизны в вершине; a - половина длины внутреннего отверстия или длина поверхностного отверстия.





Предельное значение коэффициента интенсивности напряжений KIC или вязкость разрушения характеризует сопротивление материала распространению трещины. Поврежденные материалы, имеющие более высокое значение вязкости разрушения, могут выдержать без разрушения более высокое напряжение.
Максимальное номинальное напряжение, которое может выдержать элемент конструкции с трещиной, определяется как:
 = KIC / [Y ( • a)1/2]
где a
- половина длины трещины; Y - безразмерный фактор зависящий от геометрии образца и трещины. Для сквозной внутренней трещины, длина которой намного меньше, чем размеры образца Y=1, для поверхностной трещины - Y=1.12. .

4. ФАЗОВЫЕ ДИАГРАММЫ.

Фазовая диаграмма двухкомпонентного сплава строится на основе кривых охлаждения сплава с различным содержанием компонентов. Для каждого конкретного сплава имеются две критические точки на кривой охлаждения, где резко изменяется скорость охлаждения - температуры фазовых превращений. Первая точка соответствует температуре, при которой сплав начинает кристаллизоваться. На фазовой диаграмме эта точка находится на линии ликвидуса. Вторая точка соответствует температуре, при которой сплав состоит только из твердой фазы. На фазовой диаграмме эта точка принадлежит линии солидуса.




Такой тип диаграмм соответствует сплавам с неограниченной растворимостью компонентов в твердом и жидком состояниях. Это происходит, когда компоненты имеют подобную кристаллическую структуру и приблизительно одинаковые атомные радиусы, заряды и валентность. Например, такой тип диаграммы характерен для систем Ni-Cu и Ag-Au.
При температуре T1 для сплава 50%M + 50%N:
Состав твердого раствора определен в точке c - 30%M +70%N.
Состав жидкой фазы определен в точке a - 80%M +20%N.
% жидкой фазы = bc/ac • • 100% = (70-50)/(70-20) • 100% = 40%
% твердого раствора  = ab/ac • 100% = (50-20)/(70-20) • 100% = 60%






Данная диаграмма характерна для сплавов с ограниченной растворимостью компонентов в твердом состоянии. Имеется две твердые фазы (твердые растворы): - раствор компонента N в компоненте M и - раствор компонента М в компоненте N.
В точке O (точка эвтектики) три фазы (одна жидкая и две твердые фазы) сосуществуют одновременно при эвтектической композиции и температуре эвтектики.






Линия bd или линия сольвуса описывает изменение максимальной концентрации компонента М в компоненте N. При температуре T1 максимальная концентрация M в N - 10%. Максимально возможная растворимость компонента M в компоненте N (и наоборот) определяется при температуре эвтектики. На диаграмме эта горизонтальная линия, проходящая через точку эвтектики O.







Все сплавы с составом по линии ab содержат эвтектическую структуру, которая представляет собой чередующиеся слои  и  растворов. Чем ближе сплав к эвтектическому составу, тем больше эвтектики он содержит. Сплавы в пределах линии ab – это смесь  зерен, кристаллизовавшихся раньше эвтектической реакции, и зерен эвтектики. В то время как сплавы справа от точки O - смесь зерен  и эвтектики.




5. ТЕРМООБРАБОТКА МЕТАЛЛОВ И СПЛАВОВ

Термическая обработка - технологический процесс, включающий нагрев металла, выдержку его при определенной температуре и затем охлаждение до комнатной температуры для достижения желаемых свойств.
Температура нагрева отличается в зависимости от типа обработки и используемого материала. График показывает диапазон температуры нагрева при различных видах термообработки сталей.





Отпуск применяется для закаленных сталей для снижения хрупкости, уменьшения остаточных напряжения и увеличения пластичности. Твердость и прочность уменьшаются, а пластичность возрастает с увеличением температуры отпуска.







Цвета, появляющиеся на поверхности стали, как результат окислительного процесса, отличаются при различных температурах отпуска. Цвет может быть использован как индикатор для того, чтобы достичь желаемых свойств.

Цвет

Тем-ра, oC

Изделия

Бледно-желтый

230

Строгальный и режущий инструмент

Коричневый

250

Пробойники, сверла

Фиолетовый

270

Пресс-формы, топоры

Синий

300

Пилы для древесины, пружины








Для нелегированной углеродистой стали максимальная твердость зависит от содержания углерода. Скорость охлаждения - важный параметр закалки. Увеличение интенсивности охлаждения стали приводит к ее большей твердости.

Скорость охлаждения зависит от типа охлаждающей среды, а также размеров и геометрии детали. Самое быстрое охлаждение можно достичь в воде, более медленное в маслах и самая медленная скорость охлаждения - на воздухе. Перемешивание охлаждающей среды сдерживает образование слоя пара на поверхности детали в воде и масле и, таким образом, достигается более высокая скорость охлаждения.







Круглый стержень, охлаждаемый с одного конца, будет иметь различную твердость по его длине, т.к. при этом изменяется интенсивности охлаждения. Прокаливаемость характеризует скорость этого преобразования.
Твердость стали с высокой прокаливаемостью будет изменяться по длине стержня менее быстро, чем твердость стали с низкой прокаливаемостью. Легирование увеличивает прокаливаемость сталей за счет того, что легирующие элементы способствуют образованию мартенсита.







Старение (дисперсионное твердение) включает три стадии:
1. Сплав нагревают выше линии сольвуса ab и выдерживают до тех пор, пока не будет сформирован гомогенный твердый раствор .
2. Сплав быстро охлаждают, чтобы сохранить пересыщенный твердый раствор.
3. Сплав снова нагревают для осаждения очень маленьких кристаллов  фазы.
Старение сплавов, состав которых расположен слева от точки a, неосуществимо из-за невозможности образования пересыщенного твердого раствора.






Отжиг часто используется для смягчения металла, подвергнутого пластическому деформированию, для дальнейшего формование. Комбинируя волочение и отжиг, из толстой проволоки может быть получена очень тонкая проволока.




6. КОРРОЗИЯ

Электрохимический ряд напряжений показывает общее сопротивление металлов к коррозии. Чем меньше значение стандартного электродного потенциала, тем ниже его коррозионная стойкость. Монокристаллические металлы имеют более высокое сопротивление коррозии, чем те же металлы с поликристаллической структурой. Чем меньше размер зерна, тем больше материал склонен к разрушению от коррозии.

Металл

Mg

Al

Ti

Zn

Fe

Pb

Cu

Ag

Hg

Au

Emf (V0)

-2.34

-1.67

-1.63

-0.76

-0.44

-0.13

0.34

0.79

0.86

1.50



Если два металла электрически соединены и погружены в раствор их собственных ионов, значение электродного потенциала определяет, какой из материалов будет корродировать. Железо растворяется в электролите, потому что железо имеет электродный потенциал (-0.44 V) ниже, чем у меди (0.34 V). Соответственно, медь осаждается на катоде. Величина действующего напряжения равна:


V = V1 - V2 = 0.34 - (-0.44) = 0.78 V






Гальваническая коррозия возникает, когда разнородные металлы помещены вместе в электролит (например, морскую воду). В результате один из металлов становится анодом и корродирует быстрее, чем обычно. Другой металл является катодом, и скорость его коррозии уменьшается. Гальванический ряд полезен для выбора материалов, которые будут использоваться в соединениях. Металлы внизу таблицы более активны (аноды) и корродируют быстрее, чем материалы находящиеся выше. Кроме того, чем ближе расположение металлов в таблице, тем ниже скорость коррозии их соединений.

Более
инертные



Платина



Более
активные

Олово

Графит

Железо и сталь

Титан

Алюминиевые сплавы

Никель

Цинк

Латуни

Магний









Скорость коррозии зависит от отношения площадей анодных и катодных областей. Когда площадь анодной области меньше, чем катодной, то коррозионный процесс ускоряется. Соответственно, скорость коррозии меньше, когда большой анод соединен с меньшим катодом.






Болт, находящийся под постоянной нагрузкой, корродирует быстрее, чем в отсутствии нагрузки. Это происходит из-за наличия областей материала с концентрацией напряжений, являющихся анодными к областям с более низким напряжением. Совместное действие приложенного растягивающего напряжения и агрессивной окружающей среды является причиной растрескивания деталей (образования сетки трещин).






Области металлов, подвергнутых холодному деформированию, имеют много дислокаций и поэтому постоянно находятся под напряжением. Эти области являются анодными по отношению к менее напряженным областям и корродируют быстрее.





Доступ кислорода к области под прокладкой ограничен и поэтому его концентрация низкая. Эта область является анодом по отношению к областям со свободным доступом кислорода, что ускоряет коррозию.






Для заданного числа циклов нагружения влияние коррозийной среды на усталостную прочность металлов увеличивается при уменьшении частоты. Это означает, что конструкции, нагруженные при низкой частоте, будет выдерживать меньшее количество циклов до разрушения при данном уровне напряжений. На рисунке показаны усталостные кривые для углеродистой стали, полученные при испытаниях в различных средах.
При циклическом нагружении в коррозионной среде все металлы и сплавы не имеют предела выносливости. Это означает, что конструкция, эксплуатируемая в таких условиях, в конце концов разрушится, даже если приложенное напряжение очень низкое.




<< предыдущая страница   следующая страница >>