Proprietà meccaniche cosa. Proprietà meccaniche dei materiali e loro caratteristiche

Criteri di selezione dei materiali

Proprietà- questa è una caratteristica quantitativa o qualitativa di un materiale che ne determina la comunanza o la differenza con altri materiali.
Esistono tre gruppi principali di proprietà: operative, tecnologiche e di costo, che sono alla base della scelta del materiale e determinano la fattibilità tecnica ed economica del suo utilizzo. Le proprietà prestazionali sono fondamentali.
operativo nominare le proprietà del materiale che determinano le prestazioni di parti di macchine, strumenti e utensili, la loro potenza, velocità, costo e altri indicatori tecnici e operativi.
Le prestazioni della stragrande maggioranza delle parti e dei prodotti della macchina forniscono un livello di proprietà meccaniche che caratterizzano il comportamento del materiale sotto l'azione di un carico esterno. Poiché le condizioni di carico delle parti della macchina sono diverse, le proprietà meccaniche includono un ampio gruppo di indicatori.
A seconda del cambio di tempo, il carico è suddiviso in statico e dinamico. Il carico statico è caratterizzato da un basso tasso di variazione della sua entità e i carichi dinamici cambiano nel tempo a velocità elevate, ad esempio durante il carico d'urto. Inoltre, i carichi sono suddivisi in trazione, compressione, flessione, torsione e taglio. Il cambiamento di carico può essere di natura periodicamente ricorrente, per cui sono chiamati ripetitivamente variabili o ciclici. Nelle condizioni operative delle macchine, l'impatto dei carichi elencati può manifestarsi in varie combinazioni.
Sotto l'influenza di carichi esterni, così come trasformazioni di fase strutturale, nel materiale delle strutture sorgono forze interne, che possono essere espresse attraverso carichi esterni. Forze interne per unità di superficie sezione trasversale si chiamano i corpi sottolinea. L'introduzione del concetto di sollecitazioni consente di effettuare calcoli sulla resistenza delle strutture e dei loro elementi.
Nel caso più semplice di tensione assiale di un'asta cilindrica, la sollecitazione σ è definito come il rapporto tra la forza di trazione P e l'area della sezione trasversale iniziale Fo, cioè

σ = P/Fo

L'azione delle forze esterne porta alla deformazione del corpo, ad es. per modificarne le dimensioni e la forma. La deformazione che scompare dopo lo scarico è chiamata elastica e la deformazione che rimane nel corpo è chiamata plastica (residuale).
Le prestazioni di un gruppo separato di parti della macchina dipendono non solo dalle proprietà meccaniche, ma anche dalla resistenza all'azione di un ambiente di lavoro chimicamente attivo, se tale effetto diventa significativo, allora caratteristiche fisico-chimiche materiale - resistenza al calore e resistenza alla corrosione.
Resistenza al calore caratterizza la capacità di un materiale di resistere alla corrosione chimica in un'atmosfera di gas secchi ad alta temperatura. Nei metalli il riscaldamento è accompagnato dalla formazione di uno strato di ossido (scorie) sulla superficie.
Resistenza alla corrosione- questa è la capacità di un metallo di resistere alla corrosione elettrochimica, che si sviluppa in presenza di un mezzo liquido sulla superficie del metallo e alla sua disomogeneità elettrochimica.
Per alcune parti della macchina, importante Proprietà fisiche caratterizzare il comportamento dei materiali in campi magnetici, elettrici e termici, nonché sotto l'influenza di flussi o radiazioni ad alta energia. Di solito sono divisi in magnetici, elettrici, termofisici e radiazioni.
La capacità di un materiale di subire vari metodi il lavoro a caldo e a freddo è determinato da proprietà tecnologiche. Questi includono proprietà di fusione, deformabilità, saldabilità e lavorabilità con un utensile da taglio. Le proprietà tecnologiche consentono di eseguire lavorazioni di cambio forma e ottenere pezzi grezzi e parti di macchine.
L'ultimo gruppo di proprietà di base include il costo del materiale, che valuta l'economia del suo utilizzo. Il suo indicatore quantitativo è - il prezzo all'ingrosso - il costo per unità di massa di materiali sotto forma di lingotti, profili, polvere, pezzo e grezzi saldati, in base al quale il produttore vende i suoi prodotti alle imprese di costruzione di macchine e strumenti.

Proprietà meccaniche determinato sotto carichi statici

Le proprietà meccaniche caratterizzano la resistenza di un materiale alla deformazione, alla distruzione o una caratteristica del suo comportamento nel processo di distruzione. Questo gruppo di proprietà include indicatori di forza, rigidità (elasticità), plasticità, durezza e viscosità. Il gruppo principale di tali indicatori sono le caratteristiche standard delle proprietà meccaniche, che sono determinate in condizioni di laboratorio su campioni dimensioni standard. Gli indicatori delle proprietà meccaniche ottenuti durante tali test valutano il comportamento dei materiali sotto carico esterno senza tener conto del progetto della parte e delle condizioni operative.
In base al metodo di applicazione dei carichi, le prove statiche si distinguono per trazione, compressione, flessione, torsione, taglio o taglio. I test di trazione più comuni (GOST 1497-84), che consentono di determinarne diversi indicatori importanti proprietà meccaniche.

Prova di trazione. Quando si allungano campioni standard con un'area della sezione trasversale Fo e una lunghezza di lavoro (calcolata) lo, viene costruito un diagramma di tensione nelle coordinate: carico - allungamento del campione (Fig. 1). Ci sono tre sezioni sul diagramma: deformazione elastica fino a carico Rupr.; deformazione plastica uniforme da Rupr. a Рmax e deformazione plastica concentrata da Рmax a Рк. La sezione rettilinea viene mantenuta fino al carico corrispondente al limite di proporzionalità Rpc. La tangente della pendenza del tratto rettilineo caratterizza il modulo di elasticità di prima specie E.

Riso. 1. Diagramma di trazione del metallo duttile (a) e diagrammi
sollecitazioni condizionali di metalli duttili (b) e fragili (c).
Il diagramma delle vere sollecitazioni (linea tratteggiata) è fornito per confronto.

Deformazione plastica sopra il controllo R. va con l'aumentare del carico, poiché il metallo viene rafforzato nel processo di deformazione. L'indurimento di un materiale durante la deformazione è chiamato incrudimento.

L'incrudimento del metallo aumenta fino alla rottura del campione, anche se il carico di trazione diminuisce da P max a P k (figura 1, a). Ciò è spiegato dalla comparsa di un assottigliamento locale del collo nel campione, in cui si concentra principalmente la deformazione plastica. Nonostante la diminuzione del carico, la sollecitazione di trazione nel collo aumenta finché il provino non cede.
Quando viene allungato, il campione si allunga e la sua sezione trasversale diminuisce continuamente. La vera sollecitazione è determinata dividendo il carico agente in un certo momento per l'area che il campione ha in quel momento (Fig. 1b). Queste sollecitazioni nella pratica quotidiana non determinano, ma utilizzano le condizioni di sollecitazione, considerando che la sezione trasversale F o campione rimane invariato.

Sottolinea σ controllo, σ t, σ in - caratteristiche di resistenza standard. Ognuna si ottiene dividendo il carico corrispondente R ex. Rt e R max all'area della sezione trasversale iniziale F O.

limite elasticoσ es. nominare la sollecitazione alla quale la deformazione plastica raggiunge valori di 0,005; 0,02 e 0,05%. I corrispondenti limiti elastici sono indicatiσ 0,005, σ 0,02, σ 0,05.

Il carico di snervamento condizionale è la sollecitazione, che corrisponde ad una deformazione plastica pari allo 0,2%; è designatoσ 0,2 . Resistenza allo snervamento fisico t determinato dal diagramma di trazione quando ha un plateau di snervamento. Tuttavia, quando testate in tensione, la maggior parte delle leghe non presenta un plateau di snervamento nei grafici. La deformazione plastica scelta dello 0,2% caratterizza abbastanza accuratamente il passaggio dalle deformazioni elastiche a quelle plastiche.

La resistenza alla trazione caratterizza la capacità portante massima del materiale, la sua resistenza prima della distruzione:

σ in \u003d P max / F o

La plasticità è caratterizzata da allungamento relativo δ e contrazione relativa ψ:

dove lk è la lunghezza finale del campione; lo e Fo sono la lunghezza iniziale e l'area della sezione trasversale del campione; Fk è l'area della sezione trasversale nel sito di rottura.
Per i materiali a basso contenuto plastico, le prove di trazione (Fig. 1c) causano notevoli difficoltà. Tali materiali sono solitamente sottoposti a prove di flessione.

Prova di flessione. Durante una prova di flessione, nel provino si verificano sia sollecitazioni di trazione che di compressione. La ghisa è testata per la flessione acciai per utensili, è diventato dopo indurimento superficiale e ceramica. Le caratteristiche determinate sono la resistenza alla trazione e la deflessione.

La resistenza alla flessione è calcolata dalla formula:

σ e = M/W,

dove M è il massimo momento flettente; W - modulo di sezione, per l'immagine di una sezione circolare

W = πd 3 / 32

(dove d è il diametro del campione), e per i campioni rettangolari W = bh 2 /6, dove b, h sono la larghezza e l'altezza del campione).
Prove di durezza . La durezza è intesa come la capacità di un materiale di resistere alla penetrazione nella sua superficie da parte di un corpo solido - un penetratore. Una sfera in acciaio temprato viene utilizzata come penetratore o punta di diamante a forma di cono o piramide. Quando sono rientrati, gli strati superficiali del materiale subiscono una significativa deformazione plastica. Dopo aver rimosso il carico, rimane un'impronta sulla superficie. Una caratteristica della deformazione plastica in corso è che vicino alla punta si verifica uno stato di sollecitazione complesso, vicino a una compressione non uniforme a tutto tondo. Per questo motivo, la deformazione plastica è subita non solo dalla plastica, ma anche dai materiali fragili.
Pertanto, la durezza caratterizza la resistenza di un materiale alla deformazione plastica. La stessa resistenza è stimata anche dalla resistenza temporanea, nella cui determinazione si verifica una deformazione concentrata nella regione del collo. Pertanto, per un certo numero di materiali, i valori numerici di durezza e resistenza alla trazione sono proporzionali. In pratica, sono ampiamente utilizzati quattro metodi di misurazione della durezza: durezza Brinell, durezza Vickers, durezza Rockwell e microdurezza.
Quando si determina la durezza secondo Brinell (GOST 9012-59), una sfera temprata con un diametro di 10 viene premuta sulla superficie del campione; 5 o 2,5 mm sotto carico da 5000N a 30000N. Dopo che il carico è stato rimosso, sulla superficie si forma un'impronta sotto forma di un foro sferico con un diametro d.
Quando si misura la durezza Brinell, vengono utilizzate tabelle precompilate che indicano il numero di durezza HB A seconda del diametro dell'impronta e del carico selezionato, minore è il diametro dell'impronta, maggiore è la durezza.
Il metodo di misurazione Brinell viene utilizzato per gli acciai con durezza < 450 HB, metalli non ferrosi con durezza < 200 HB. Per loro è stata stabilita una correlazione tra la resistenza alla trazione (in MPa) e il numero di durezza HB:
σ in » 3.4 HB - per acciai al carbonio laminati a caldo;
σ in » 4,5 HB - per leghe di rame;
σ in » 3.5 HB - per leghe di alluminio.
Con il metodo di misurazione Vickers standard (GOST 2999-75), una piramide diamantata tetraedrica con un angolo al vertice di 139° viene pressata sulla superficie del campione. L'impronta è ottenuta sotto forma di un quadrato, la cui diagonale viene misurata dopo la rimozione del carico. Il numero di durezza HV è determinato utilizzando tabelle speciali dal valore della diagonale dell'impronta a un carico selezionato.

Il metodo Vickers viene utilizzato principalmente per materiali con elevata durezza, nonché per testare la durezza di parti con sezioni piccole o strati superficiali sottili. Di norma vengono utilizzati piccoli carichi: 10,30,50,100,200,500 N. Più sottile è la sezione della parte o dello strato in esame, minore è il carico scelto.
I numeri di durezza Vickers e Brinell per materiali con durezza fino a 450 HB sono praticamente gli stessi.
La misurazione della durezza Rockwell (GOST 9013-59) è la più versatile e meno laboriosa. Il numero di durezza dipende dalla profondità dell'impronta della punta, che viene utilizzata come un cono diamantato con un angolo al vertice di 120° o una sfera d'acciaio con un diametro di 1.588 mm. Per varie combinazioni di carichi e punte, il dispositivo Rockwell dispone di tre scale di misurazione: A.V.S. La durezza Rockwell è indicata dai numeri che determinano il livello di durezza e dalle lettere HR che indicano la scala di durezza, ad esempio: 70HRA, 58HRC, 50HRB. I numeri di durezza Rockwell non hanno relazioni esatte con i numeri di durezza Brinell e Vickers.
Scala A (punta - cono diamantato, carico totale 600N). Questa scala è usata per materiali duri, per materiali in fogli sottili o strati sottili (0,6-1,0 mm). I limiti di misurazione della durezza su questa scala sono 70-85.
Scala B (punta - sfera in acciaio, carico totale 1000N). Con questa scala viene determinata la durezza di materiali relativamente morbidi (<400НВ). Пределы измерения твердости 25-100.

Scala C (punta - cono diamantato, carico totale 1500N). Questa scala è utilizzata per materiali duri (> 450 HB), come gli acciai temprati. I limiti di misurazione della durezza su questa scala sono 20-67. La determinazione della microdurezza (GOST 9450-76) viene effettuata premendo una piramide diamantata nella superficie del campione a bassi carichi (0,05-5N), seguita dalla misurazione della diagonale dell'impronta. Questo metodo valuta la durezza dei singoli grani, componenti strutturali, strati sottili o dettagli fini.

Proprietà meccaniche determinate sotto carichi dinamici

Durante il funzionamento delle parti della macchina, sono possibili carichi dinamici, sotto i quali molti metalli mostrano una tendenza alla frattura fragile. Il rischio di distruzione è aumentato dalle tacche - concentratori di stress. Per valutare la tendenza del metallo alla frattura fragile sotto l'influenza di questi fattori, vengono eseguiti test dinamici di flessione dell'impatto su tester di impatto a pendolo (Fig. 2). campione standard impostato su due dispute e sciopero nel mezzo, portando alla distruzione del campione. Sulla scala pendolo copra, il lavoro è determinato A speso per la distruzione e calcola la caratteristica principale ottenuta come risultato di questi test - percussione viscosità:

KS = K / S 0 1 , [MJ/m 2 ],

Dove S01, l'area della sezione trasversale del campione alla tacca.

Riso. 2. Schema pendolo copra (a) e prova d'urto (b):
1 - campione; 2 - pendolo; 3 - scala; 4 – puntatore della scala; 5- freno.

In conformità con GOST 9454-78, vengono testati tre tipi di campioni: a forma di U (raggio dell'intaglio r=1 mm); A forma di V (r \u003d 0,25 mm) ea forma di T (crepa da fatica creata alla base della tacca. Di conseguenza, resistenza all'urto significa: KCU, KCV, KCT. La resistenza all'urto di tutte le proprietà meccaniche è la più sensibile alla diminuzione della temperatura Pertanto, i test di resistenza all'urto a basse temperature vengono utilizzati per determinare la soglia fragilità fredda- la temperatura o l'intervallo di temperatura in cui la resistenza all'urto diminuisce. Fragilità da freddo- la capacità di un materiale metallico di perdere viscosità, frattura fragile al diminuire della temperatura. La fragilità a freddo si manifesta in ferro, acciaio, metalli e leghe aventi un reticolo cubico a corpo centrato (bcc) o esagonale compatto (HP). È assente nei metalli con reticolo cubico a facce centrate (fcc).

Proprietà meccaniche determinate sotto carichi ciclici variabili

Molte parti della macchina (alberi, bielle, ingranaggi) subiscono ripetuti carichi ciclici durante il funzionamento. I processi di graduale accumulo di danni in un materiale sotto l'azione di carichi ciclici, che portano a un cambiamento delle sue proprietà, alla formazione di crepe, al loro sviluppo e distruzione, sono chiamati fatica, e la capacità di resistere alla fatica - resistenza(GOST 23207-78). La capacità dei materiali di lavorare in condizioni di carico ciclico è giudicata dai risultati dei test sui campioni per la fatica (GOST 25.502-79). Vengono eseguiti su macchine speciali che creano carichi multipli nei campioni (tensione - compressione, flessione, torsione). I campioni vengono testati in sequenza per diversi livelli stress, determinando il numero di cicli prima del fallimento. I risultati del test sono rappresentati come una curva di fatica, che viene tracciata nelle coordinate: massima sollecitazione del ciclo σ max / o σ in ) è il numero di cicli. Le curve di fatica consentono di definire i seguenti criteri di resistenza:

- forza ciclica, che caratterizza la capacità portante del materiale, ad es. la massima tensione che è in grado di sopportare per un certo tempo di lavoro.- durabilità ciclica- il numero di cicli (o ore di funzionamento) che il materiale resiste prima della formazione di una cricca per fatica di una certa lunghezza o prima della rottura per fatica ad una data sollecitazione.

Oltre a determinare i criteri considerati per la resistenza ad alto numero di cicli, per alcuni casi speciali, test per affaticamento a basso ciclo. Sono eseguiti ad alte tensioni (superiori a σ 0,2 ) e bassa frequenza di caricamento (di solito non più di 6 Hz). Questi test simulano le condizioni operative di strutture (ad esempio aeromobili) che percepiscono carichi ciclici rari ma significativi.

Proprietà meccaniche si manifestano come la capacità di un materiale di resistere a tutti i tipi di influenze meccaniche esterne.

Caratterizzano gli effetti meccanici direzione, durata E scopo. In termini di direzione, le azioni meccaniche possono essere considerate come lineare(tensione e compressione) e angolo(flessione e torsione). In base alla loro durata, sono divisi in statico E dinamico, per ambito - su ingombro e superficie.

Le proprietà meccaniche determinano il cambiamento di forma, dimensione e continuità di sostanze e materiali sotto influenze meccaniche e, di conseguenza, il risultato di quasi tutte le azioni meccaniche su sostanze e materiali che si verificano durante la loro produzione e funzionamento (uso).

Le principali proprietà meccaniche di sostanze e materiali sono elasticità, rigidità, elasticità, plasticità, resistenza, fragilità, tenacità e durezza.

Elasticità- la proprietà dei materiali di ripristinare spontaneamente forma e volume (solidi) o solo volume (liquidi e gas) al cessare degli influssi esterni. L'elasticità è dovuta all'interazione tra gli atomi (molecole) di una sostanza e il loro moto termico.

Come misura della capacità dei materiali o dei prodotti di cambiare dimensione e forma per un dato tipo di carico, i concetti "elasticità" E "rigidità".

Elasticità - la capacità di un materiale o prodotto di subire cambiamenti significativi di dimensioni e forma senza distruzione con una forza agente relativamente piccola.

Rigidità - la capacità di un materiale o di un prodotto di cambiare meno dimensione e forma per un dato tipo di carico. Maggiore è la rigidità, minore è il cambiamento.

Elasticità- la capacità dei materiali solidi di mantenere la forma e il volume modificati senza discontinuità microscopiche dopo aver rimosso i carichi meccanici che hanno causato tali cambiamenti.

La deformazione plastica è associata alla rottura di alcuni legami interatomici e alla formazione di nuovi. La considerazione della plasticità consente di determinare i margini di resistenza, deformabilità e stabilità e amplia le possibilità di creare strutture di peso minimo.

Resistenza meccanica solidi - la proprietà di resistere alla distruzione, alla separazione in parti), nonché a un cambiamento di forma irreversibile sotto stress meccanico. La forza dei solidi è in definitiva determinata dalle forze di interazione tra le loro unità strutturali costituenti (atomi, ioni, ecc.).

fragilità- la proprietà dei solidi di rompersi sotto influenze meccaniche senza cambiamenti preliminari significativi di forma e volume.

Viscosità (attrito interno)- la capacità dei materiali di resistere all'azione di forze esterne, provocando:

Nei solidi, la propagazione di una crepa tagliente già esistente (distruzione);

In liquidi e gas - flusso.

Durezza - la proprietà dei materiali di resistere nello strato superficiale all'azione di contatto (rientro o graffio). La particolarità di questa proprietà è che si realizza solo in un piccolo volume di materia. La durezza è una proprietà complessa di un materiale, che riflette sia la sua forza che la sua duttilità.

In assenza di influenze meccaniche, gli atomi nel cristallo sono in posizioni di equilibrio. Sotto influenze meccaniche, un oggetto materiale viene deformato.

Deformazione- un cambiamento nella posizione relativa di una pluralità di particelle di una sostanza, che porta a un cambiamento nella forma e nelle dimensioni del corpo o delle sue parti e provoca un cambiamento nelle forze di interazione tra di loro. Tutte le sostanze sono deformabili.

Se viene applicato un carico di compressione, le particelle della struttura di una sostanza (ad esempio gli atomi) si avvicineranno l'una all'altra fino a una tale distanza alla quale le forze repulsive interne bilanciano le forze di compressione esterne. In tensione, la distanza tra le particelle strutturali aumenta fino a quando le forze attrattive bilanciano il carico esterno.

Nei solidi, secondo il meccanismo del flusso, si distinguono deformazioni elastiche e plastiche. deformazione elastica chiamata deformazione, la cui influenza sulla forma, struttura e proprietà del materiale viene eliminata dopo la cessazione dell'azione delle forze esterne, e plastica - quella parte della deformazione che rimane dopo la rimozione del carico, modificando irreversibilmente la struttura del materiale e le sue proprietà.

Tutti i solidi reali, anche a piccole deformazioni, hanno proprietà plastiche, che determinano i meccanismi misti di deformazione - deformazione elasto-plastica. Sì, dentro vari dettagli e strutture, le deformazioni plastiche coprono, di regola, un piccolo volume di materiale, il resto subisce solo deformazioni elastiche. Se la quantità di deformazione dipende esplicitamente dal tempo, ad esempio, aumenta a carico costante, ma è reversibile, si chiama viscoelastico.

La deformazione plastica nei solidi può essere eseguita, ad esempio, per scorrimento, che si verifica nel reticolo cristallino di una sostanza lungo piani e direzioni con l'impacchettamento più denso di atomi. Si formano i piani di scorrimento e le direzioni di scorrimento che giacciono in questi piani sistema scorrevole. Nei metalli, ad esempio, uno o più sistemi di scorrimento possono agire contemporaneamente.

La presentazione del processo di scorrimento come movimento simultaneo di una parte del cristallo rispetto ad un'altra è puramente schematica (Fig.

Nei materiali reali, lo scorrimento viene effettuato sia come risultato dello spostamento delle dislocazioni in un piano di scorrimento, sia per transizione ad altri. Le dislocazioni che si muovono in una sostanza cristallina deformata generano un gran numero di atomi dislocati e posti vacanti.

La maggior parte del lavoro (fino al 95%) speso per la deformazione viene convertito in calore (si verifica il riscaldamento), il resto dell'energia viene accumulato sotto forma di una maggiore densità di difetti reticolari (posti vacanti e principalmente dislocazioni). L'accumulo di energia è evidenziato anche dalla crescita delle sollecitazioni residue a seguito della deformazione. A questo proposito, lo stato del materiale deformato plasticamente è instabile e può cambiare, ad esempio, durante il trattamento termico.

Gli elementi più semplici delle deformazioni sono:

allungamento relativo δ - il rapporto tra l'incremento di lunghezza (/, -/ 0) del campione sotto l'azione del carico rispetto al suo valore iniziale / 0:

δ = (/,-/ 0)/ / 0

contrazione relativa ψ - il rapporto tra la riduzione dell'area della sezione trasversale del campione sotto l'azione del carico (S 0 -S 1) al suo valore originale S 0:

ψ \u003d (S 0 -S 1) / S 0

La resistenza alla deformazione è determinata dalla resistenza al taglio di uno strato atomico rispetto a un altro, adiacente. Per stimare il valore di questa resistenza, il concetto " voltaggio".

Voltaggio - una misura delle forze interne che sorgono durante la deformazione di un materiale, caratterizzando il cambiamento delle forze di interazione tra le particelle di una sostanza durante la sua deformazione. La tensione non viene misurata direttamente, ma viene calcolata solo attraverso l'entità delle forze che agiscono sul corpo o è determinata indirettamente, dagli effetti della sua azione, ad esempio dall'effetto piezoelettrico.

La tensione è una grandezza vettoriale; vengono chiamati i valori della proiezione di questo vettore sul piano normale e tangente normale E sforzo di taglio..

Il sistema di scorrimento durante la deformazione plastica in una particolare sostanza cristallina è caratterizzato dal valore della minima sollecitazione di taglio, necessaria per iniziare lo scorrimento. Questo sforzo di taglio critico t 0 , che non dipende dall'orientamento del piano di scorrimento rispetto al carico applicato ed è una delle caratteristiche fondamentali di un materiale cristallino.

Se lo scorrimento in questo sistema inizia quando lo sforzo di taglio raggiunge il valore critico t 0 , allora la continuazione della deformazione richiede un aumento continuo dello sforzo di taglio, cioè la deformazione è accompagnata da un indurimento continuo ( incrudimento, O indurimento).

indurimento- cambiamento nella struttura e nelle proprietà con un aumento della densità dei difetti nel reticolo cristallino nelle sostanze a seguito della deformazione plastica. L'indurimento riduce la duttilità e la resistenza all'urto, ma aumenta la durezza e la resistenza. L'incrudimento viene utilizzato per l'indurimento superficiale dei prodotti, ma è necessario tenere presente che i metalli incruditi sono più suscettibili alla corrosione e sono soggetti a incrinature da tensocorrosione.

Lo stress caratterizza per origine E in relazione al tempo di esposizione.

Secondo la fonte di tensione, sono divisi in meccanico - sotto influenze meccaniche, termico- a causa di un gradiente di temperatura, ad esempio durante un rapido processo di riscaldamento o raffreddamento tra la superficie e gli strati interni, e strutturale (fase) - durante vari processi fisico-chimici che si verificano in una sostanza, ad esempio un cambiamento nel volume dei singoli cristalliti durante le trasformazioni di fase.

L'entità delle sollecitazioni meccaniche in un campione di materiale σ è direttamente proporzionale all'entità della forza esterna F, Pa:

σ = V/S,

Dove S- area campione, m 2 .

Le principali caratteristiche meccaniche della resistenza del materiale alla deformazione e alla distruzione: Modulo di Young, coefficiente di Poisson, modulo di taglio, limite proporzionale, limite elastico, E forza di snervamento E forza.

Sotto le proprietà meccaniche si intendono le caratteristiche che determinano il comportamento del metallo (o altro materiale) sotto l'azione di forze meccaniche esterne applicate. Le proprietà meccaniche di solito includono la resistenza di un metallo (lega) alla deformazione (resistenza) e la resistenza alla frattura (duttilità, tenacità e capacità del metallo di non collassare in presenza di cricche).

Come risultato di test meccanici, si ottengono valori numerici delle proprietà meccaniche, ovvero valori di sollecitazione o deformazione ai quali si verificano cambiamenti negli stati fisici e meccanici del materiale.

Quando si valutano le proprietà meccaniche dei materiali metallici, si distinguono diversi gruppi dei loro criteri.

1. Criteri determinati indipendentemente da caratteristiche del progetto e la natura del servizio del prodotto. Questi criteri sono rilevati da prove standard di trazione, compressione, flessione, durezza (prove statiche) o prove di impatto con intaglio (prove dinamiche) su provini lisci.

Le proprietà di resistenza e plastica determinate durante le prove statiche su campioni lisci, sebbene siano importanti (sono incluse nelle formule di calcolo), in molti casi non caratterizzano la resistenza di questi materiali in condizioni reali funzionamento di parti di macchine e strutture. Possono essere utilizzati solo per un numero limitato di prodotti di forma semplice operanti in condizioni di carico statico a temperature vicine alla norma.

2. Criteri per valutare la resistenza strutturale del materiale, che sono nella massima correlazione con le proprietà di servizio di questo prodotto e caratterizzano le prestazioni del materiale in condizioni operative.

I criteri di resistenza strutturale per i materiali metallici possono essere suddivisi in due gruppi:

a) criteri che determinano l'affidabilità dei materiali metallici contro le fratture improvvise (resistenza alla frattura, lavoro assorbito durante la propagazione della cricca, sopravvivenza, ecc.). Queste tecniche, che utilizzano i principi di base della meccanica della frattura, si basano su prove statiche o dinamiche di campioni con cricche taglienti che si verificano in parti e strutture reali della macchina in condizioni operative (tagli, fori passanti, inclusioni non metalliche, microvuoti, ecc. ). Le cricche e le microdiscontinuità modificano notevolmente il comportamento del metallo sotto carico, in quanto sono concentratori di sollecitazioni;

b) criteri che determinano la durabilità dei prodotti (resistenza alla fatica, resistenza all'usura, resistenza alla corrosione, ecc.).

3. Criteri per la valutazione della resistenza della struttura nel suo complesso (resistenza strutturale), determinati durante le prove al banco, in scala reale e operative. Durante questi test, viene rivelata l'influenza sulla resistenza e sulla durabilità della struttura di fattori quali la distribuzione e l'entità delle sollecitazioni residue, i difetti nella tecnologia di produzione e nella progettazione dei prodotti in metallo, ecc.

Per le soluzioni compiti pratici metallurgia, è necessario definire sia le proprietà meccaniche standard che i criteri di resistenza strutturale.

Tutte le persone nascono in modo diverso. adulti intelligenti dentro paesi diversi, tali domande sono state poste per molto tempo. Hanno capito da tempo che tutti i bambini differiscono l'uno dall'altro geneticamente, psicologicamente, sviluppo fisico. E nessun moralismo, addestramento, vari metodi scientifici di educazione e persino una cintura non li renderanno uguali. Bambini diversi devono essere cresciuti in modo diverso. Quando i bambini cresceranno, le professioni li sceglieranno. Ma dalle capacità che si manifestano fin dalla prima infanzia, non andremo da nessuna parte. Le capacità sono tecniche, organizzative, artistiche ed estetiche. Quasi tutte, in qualche modo, influenzano la scelta delle nostre professioni. Accade spesso che le nostre capacità ci guidino nella scelta delle professioni. Diamo un'occhiata più da vicino alle capacità tecniche e al loro impatto sulle nostre vite.

Immagina di essere andato ai corsi sdoganamento, successivamente una grande quantità passerà per le tue mani Veicolo. Cosa succederà se non impari a capire tutto. Semplicemente non sarai in grado di eguagliare la professione scelta. Cosa significa abilità tecnica?

Un attributo indispensabile delle capacità tecniche è l'interesse per la tecnologia, il desiderio di lavorare su macchine, con strumenti e attrezzature.

Componenti delle abilità tecniche:
a) la capacità di comprendere disegni, diagrammi, grafici; b) la capacità di leggere disegni, grafici, immaginare vividamente gli oggetti reali dietro di loro, è molto importante per le professioni tecniche;
c) capacità di fisica, matematica, chimica. La tecnologia è strettamente correlata a queste scienze. È necessaria non solo una buona padronanza del materiale matematico e della memoria, ma anche la capacità di lavorare con numeri e formule;
d) la capacità di comprendere e ragionare, analizzare e generalizzare - pensiero logico;
e) l'immaginazione spaziale sviluppata è una componente molto significativa delle capacità tecniche.

Tali capacità sono ideali per una persona con una mentalità matematica che sa pensare. Cioè, se scegli corsi Dichiarazione doganale , e ti consideri tra persone che hanno tratti caratteriali tecnici, allora hai scelto correttamente la professione.

La diagnosi delle proprie capacità è una questione molto delicata. È probabile che tu non abbia trovato le capacità tecniche di cui sopra. Non aver paura. Questo va bene. In primo luogo, le persone con una serie completa di qualità sono rare per una sola professione, una su trenta. Si chiama chiamata. Gli altri, di regola, hanno una serie di qualità ugualmente adatte a diverse professioni e devono produrre in se stesse le capacità mancanti attraverso un addestramento costante o compensare qualcos'altro. Devi stare attento se le tue capacità troppo chiaramente non si adattano ai requisiti della professione che vuoi scegliere. Ascolta te stesso e tutto funzionerà sicuramente e diventerai un maestro del tuo mestiere.

PROPRIETÀ MECCANICHE

PROPRIETÀ MECCANICHE

Materiali: la reazione del materiale alla meccanica applicata. carichi. Principale caratteristiche meccaniche. le proprietà sono stress e strain. Le sollecitazioni sono le caratteristiche delle forze, che sono attribuite a una sezione unitaria di un campione di un materiale o prodotto, una struttura costituita da esso. La deformazione viene spesso valutata come una quantità adimensionale, come variazioni di lunghezza, deflessione o angolo di torsione.

SM. costruire. materiali (metalli e leghe, polimeri, vetro, ceramica, fili e tessuti tessili, legno, ecc.) stabiliscono una meccanica. test, il cui scopo è molto spesso quello di trovare una connessione tra la meccanica applicata. sollecitazioni sul materiale e la sua deformazione. SM. dipendono essenzialmente dalla struttura del materiale testato e dallo schema delle forze applicate. Pertanto, non sono fisici. costanti e non caratterizzano le forze di interazione interatomica del materiale. Per facilità di confronto M. con. materiali diversi i test vengono eseguiti con schemi di carico semplici e facilmente riproducibili (applicazione di forze esterne) - tensione uniassiale (o compressione), flessione, torsione. Quando si confronta M. con. materiali diversi o lo stesso materiale con una struttura diversa, si tenga presente che le condizioni di prova sono rispettate (stesso modello di sollecitazione, tasso di applicazione del carico e condizioni fisiche e meccaniche dell'ambiente di prova, nonché somiglianza geom. - la forma e dimensioni del provino). SM. dipendono essenzialmente dalla temperatura e dalla pressione.

Meccanico le prove possono essere classificate in base allo stato di sollecitazione (schema delle forze applicate), al metodo di carico durante la prova (deformazione a una determinata velocità e forze di resistenza alla deformazione), all'applicazione del palo, del carico (o delle sollecitazioni) e alla misurazione della resistenza alla deformazione forze, secondo la natura del cambiamento in statico, dinamico.

SM. classificati in base al fisico la natura delle caratteristiche risultanti.

elasticità - la proprietà dei solidi di resistere a un cambiamento nel loro volume o forma sotto l'azione della meccanica. le tensioni ripristinano spontaneamente lo stato originario al termine dell'esterno. impatti. È caratterizzato da un limite elastico - max, tensione, dopo la rimozione del to-rogo la forma e le dimensioni di un campione vengono completamente ripristinate; modulo di elasticità- coefficiente proporzionalità, legame e deformazione elastica. Unità, caratteristica di M. s., che fornisce informazioni sull'interazione interatomica nel cristallino. il reticolo del materiale è la derivata seconda dell'energia di interazione degli atomi (ioni) ma la distanza tra loro.

Nella regione dell'elasticità si verificano spesso deviazioni dalle proprietà elastiche, che sono caratterizzate da rilassamento dello stress, postumi elastici, attriti interni, difetto nel modulo di elasticità.

Forza - resistenza alla distruzione (rottura); caratterizzato da sollecitazioni corrispondenti ai valori di carico massimo (prima della rottura del campione) (la cosiddetta resistenza alla trazione o ).

La natura della distruzione in tutti i tipi di prove (trazione, compressione, flessione, torsione) sotto l'influenza di sollecitazioni normali (separazione) e di taglio (taglio) può essere duttile o fragile. La differenza tra fratture duttili e fragili sta nella quantità di plastica. deformazione accumulata prima del cedimento. Entrambi i tipi di fallimento sono associati all'inizio e allo sviluppo di cricche. Valutazione della resistenza alla distruzione alla statica convenzionale. test (resistenza ultima, resistenza alla trazione) è spesso insufficiente per determinare l'idoneità di un materiale come materiale strutturale, soprattutto in presenza di intagli, crepe e altri concentratori di sollecitazioni. In questo caso vengono utilizzati test di frattura, in cui vengono utilizzati campioni con crepe create in anticipo e il parametro ( A), to-ry naz. coefficiente intensità dello stress. Determina questo coefficiente. per piatto ( K con) o di massa (A - Ci).

Le proprietà di resistenza includono anche la resistenza alla plastica. deformazioni. Di solito di plastica. la deformazione è caratterizzata dalle sollecitazioni necessarie per raggiungere un certo valore prefissato di deformazioni residue. Quindi, determina le sollecitazioni che causano plasticità quando viene allungato. deformazione 0,2% (indicata da ).

plasticità - la proprietà dei solidi di deformarsi irreversibilmente sotto l'influenza di esterni. forze o interne sottolinea. Come caratteristiche di plasticità, allungamento (attributi, variazione di lunghezza durante la tensione) e attributi, restringimento del collo - un cambiamento nella sezione trasversale del campione dopo la cessazione dell'allungamento uniforme (instabilità) e la formazione di un collo sono diffusi.

Resistenza dinamica i carichi sono valutati dal valore della resistenza all'urto - frattura specifica durante la flessione all'urto di provini con intaglio (per materiali relativamente duttili) o senza intaglio (per materiali meno duttili).

Resistenza al calore: la capacità dei materiali di lavorare a lungo senza deformarsi e ma rompersi sotto carichi applicati e temperature elevate. Principale le caratteristiche di resistenza al calore sono il limite di creep e la durata, . Il limite di scorrimento, cioè l'entità delle sollecitazioni, alla quale lo scorrimento non supera un dato valore, è determinato per ciascuna temperatura dalla dipendenza della velocità di scorrimento allo stato stazionario dalle sollecitazioni. Allo stesso modo, il valore della durata, la resistenza del materiale per una data temperatura è determinato dalla dipendenza del tempo al cedimento dalle sollecitazioni. Ad esempio, impostano la tensione (o il carico), alla quale la distruzione in un dato post, la temperatura T accade in 100 ore

Una caratteristica importante della resistenza al calore è anche la durata, cioè la quantità di deformazione accumulata durante lo scorrimento fino al momento del cedimento. Spesso, la resistenza al calore è semplicemente caratterizzata dal tempo al cedimento a sollecitazioni e temperature date e costanti. In molti casi, la resistenza al calore viene valutata mediante la resistenza alla trazione o altre caratteristiche simili a temperature elevate. In questo caso si parla di tempi brevi. resistenza al calore.

La fatica è il processo di accumulo di danni nei materiali sotto l'influenza di sollecitazioni che cambiano ciclicamente, che nella loro grandezza non superano il limite elastico. Lo schema delle tensioni applicate e la natura del loro cambiamento nel tempo possono essere diversi. Resistenza alla fatica nav. in s-resistenza. Per studiare la fatica del materiale, i diagrammi vengono costruiti in base al numero di cicli di variazione delle sollecitazioni sul valore delle sollecitazioni massime del ciclo. Questa dipendenza inizia a cambiare in modo insignificante o rimane costante. Viene chiamato il livello di tali stress. limite di fatica. Viene inoltre studiata la dipendenza del numero di cicli al cedimento dall'ampiezza della deformazione.

Una caratteristica molto comune di M. s. è , che è la resistenza del materiale all'indentazione. Nonostante qualche incertezza fisica la natura di questa proprietà, grazie alla sua facilità di misurazione, facilità di riproduzione e alta correlazione con forza, durezza è diventata una caratteristica diffusa di M. s.

Nella tecnologia, il cosiddetto. tecnologia. campioni che mostrano la capacità di costruire. materiali a determinate deformazioni: test di Eriksen, che mostra la capacità del materiale di imbutire; plasticità in torsione, piega con un'inflessione - indicatori della plasticità del materiale e della sua suscettibilità a otd. tipi di trattamento a pressione.

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Enciclopedia fisica. In 5 volumi. - M.: Enciclopedia sovietica. Caporedattore AM Prokhorov. 1988 .

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