Что такое механическая смесь металлов
Механическая смесь - это сплав, состоящий из двух или нескольких веществ ( компонентов), которые не взаимодействуют между собой. При образовании механической смеси новые кристаллические решетки не образуются, как это происходит в химических соединениях и твердых растворах. В механической смеси каждая из составных частей сохраняет свои специфические свойства. Примером механической смеси может служить сплав свинца с сурьмой. Из такого сплава при содержании около 6 % сурьмы изготовляют пластины автомобильных аккумуляторов. [46]
Механическая смесь - это сплав, состоящий из двух или нескольких компонентов, которые не взаимодействуют между собой. Каждый из компонентов присутствует в сплаве в виде зерен. При образовании механической смеси новые кристаллические решетки не образуются, как это происходит в химических соединениях и твердых растворах. В механической смеси каждая из составных частей сохраняет свои специфические свойства. Примером механической смеси может служить сплав свинца с сурьмой. [47]
Механическая смесь получается тогда, когда вещества, из которых образован сплав, не способны к взаимному растворению в твердом состоянии и не вступают в химическую реакцию с образованием соединения. В этом случае сплав будет состоять из смеси кристаллов веществ, входящих в его состав, которые сохраняют свои кристаллические решетки и не оказывают никакого влияния друг на друга. Суммарные свойства сплава зависят от той пропорции, в которой вещества входят в сплав. Чем больше компонента входит в состав сплава, тем ближе свойства сплава к свойствам этого компонента. Образование механической смеси происходит при любых соотношениях компонентов. [48]
Механическая смесь ( кривая 1) характеризуется тремя эн-доэффектами, которые соответствуют: плавлению не вступившей во взаимодействие с оксидом цинка части стеариновой кислоты; эвтектическому плавлению системы сложного состава, образованного адсорбцией компонентов на поверхности частиц оксида цинка; эвтектическому плавлению части бинарной смеси ДБТД-МВТ, не адсорбированной на частицах оксида цинка из-за его недостаточной концентрации в сложной смеси. [50]
Механическая смесь двух чистых металлов А и В получается в том случае, когда в процессе кристаллизации сплава из жидкого состояния разнородные атомы не входят в общую кристаллическую решетку. Кристаллы каждого из металлов, находящиеся в этом сплаве, обладают теми же строением и свойствами, которым они обладают в куске чистого металла. [51]
Механическая смесь ( рис. 1.7, д) образуется, когда компоненты сплава не способны к взаимному растворению в твердом состоянии и не вступают в химическую реакцию с образованием химического соединения. При этом образуется двухфазная структура сплава, представленная чередующимися зернами чистых компонентов Л и В. [53]
Механическая смесь двух ( или более) видов кристаллов, одновременно кристаллизовавшихся из жидкости, называется эвтектикой. [54]
Механические смеси образуют сплавы свинца и сурьмы, свинца и олова, цинка и олова, алюминия и кремния и др. Рассмотрим построение диаграммы на примере сплава свинца с сурьмой. [55]
Механические смеси имеют хорошие литейные свойства. Особенно это относится к эвтектическим сплавам, которые обладают большей жидкотекучестью и меньшей температурой плавления, чем составляющие их компоненты. [56]
Механическая смесь выявляется на уровне отдельных зерен или их частей, т.е. на уровне микроструктуры, а не тонкой структуры как в данном случае. [57]
Порошковая металлургия
Порошковая металлургия — технология получения металлических порошков и изготовления изделий из них (или их композиций с неметаллическими порошками). В общем виде технологический процесс порошковой металлургии состоит из четырёх основных этапов: (1) производство порошков, (2) смешивание порошков, (3) уплотнение (прессование, брикетирование), (4) спекание. Применяется как экономически выгодная замена механической обработки при массовом производстве. Технология позволяет получить высокоточные изделия. Также применяется для достижения особых свойств или заданных характеристик, которые невозможно получить каким-либо другим методом. Порошковая металлургия должна рассматриваться в качестве возможного метода производства любой детали, при подходящей геометрии и большом объеме производства….
Содержание
История и возможности
Порошковая металлургия существовала в Египте в III веке до н. э. Древние инки из драгоценных металлических порошков делали украшения и другие артефакты. В 895 г. до н. э. в Индии методом порошковой металлургии была изготовлена железная колонна весом около 6 тонн и длиной порядка 7 метров (по настоящий момент колонна идеально сохранилась и стоит в г. Дели возле мечети Кувват-уль-Ислам). Массовое производство изделий порошковой металлургии начинается с середины 19-го века.
Порошковая металлургия развивалась и позволила получить новые материалы — псевдосплавы из несплавляемых литьем компонентов с управляемыми характеристиками: механическими, магнитными, и др.
Изделия порошковой металлургия сегодня используется в широком спектре отраслей, от автомобильной и аэрокосмической промышленности до электроинструментов и бытовой техники. Технология продолжает развиваться
Получение металлических порошков
Существует несколько способов получения металлических порошков. Физические, химические и технологические свойства порошков, форма частиц зависит от способа их производства. Вот основные промышленные способы изготовления металлических порошков:
- Механическое измельчение металлов в вихревых, вибрационных и шаровых мельницах.
- Распыление расплавов (жидких металлов) сжатым воздухом или в среде инертных газов. Метод появился в 60-х годах. Его достоинства — возможность эффективной очистки расплава от многих примесей, высокая производительность и экономичность процесса.
- Восстановление руды или окалины. Наиболее экономичный метод. Почти половину всего порошка железа получают восстановлением руды.
- Электролитический метод.
- Использование сильного тока приложенного к стержню металла в вакууме. Применяется для производства порошкового алюминия.
В промышленных условиях специальные порошки получают также осаждением, науглероживанием, термической диссоциацией летучих соединений (карбонильный метод) и другими способами.
Изготовление порошковых изделий
Типовой технологический процесс изготовления деталей методом порошковой металлургии состоит из следующих основных операций: смешивание, формование, спекание и калибрование.
Приготовление смеси
Смешивание — это приготовление с помощью смесителей однородной механической смеси из металлических порошков различного химического и гранулометрического состава или смеси металлических порошков с неметаллическими. Смешивание является подготовительной операцией. Некоторые производители металлических порошков для прессования поставляют готовые смеси.
Формование порошка (Прессование)
Формование изделий осуществляем путем холодного прессования под большим давлением (30-1000 МПа) в металлических формах. Обычно используются жёсткие закрытые пресс-формы. Обычно пресс-инструмент ориентирован вертикально. Смесь порошков свободно засыпается в полость матрицы, объёмная дозировка регулируется ходом нижнего пуансона. Прессование может быть одно- или двусторонним. Пресс-порошок брикетируется в полости матрицы между верхними и нижним пуансоном (или несколькими пуансонами в случае изделия с переходами). Сформированный брикет выталкивается из полости матрицы нижним пуансоном. Для формования используется специализированное прессовое оборудование с механическим, гидравлическим или пневматическим приводом. Полученная прессовка имеет размер и форму готового изделия, а также достаточную прочность для перегрузки и транспортировки к печи для спекания.
Спекание
Спекание изделий из однородных металлических порошков производится при температуре ниже температуры плавления металла. С повышением температуры и увеличением продолжительности спекания увеличиваются усадка, плотность, и улучшаются контакты между зернами. Во избежание окисления спекание проводят в восстановительной атмосфере (водород, оксид углерода), в атмосфере нейтральных газов (азот, аргон) или в вакууме. Прессовка превращается в монолитное изделие, технологическая связка выгорает (в начале спекания).
Калибрование
Калибрование изделий необходимо для достижения нужной точности размеров, улучшается качество поверхности и повышается прочность.
Дополнительные операции
Иногда применяются дополнительные операции: пропитка смазками, механическая доработка, термическая, химическая обработка и др.
Автор метода
Соболевский Петр Григорьевич, русский металлург. Разработал этот метод в 1826 г.
Примечания
Ссылки
- (ISSN 1753—1497) комбинация делового (В2В) и научного журнала предлагающего углубленное освещение металлокерамической отрасли промышленности (порошковой металлургии).
Wikimedia Foundation . 2010 .
Полезное
Смотреть что такое "Порошковая металлургия" в других словарях:
ПОРОШКОВАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ — ПОРОШКОВАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ, производство порошков металлов и изделий из них. Порошки прессуются в желаемые формы и затем нагреваются несколько ниже ТЕМПЕРАТУРЫ ПЛАВЛЕНИЯ. Использование порошков является более экономичным, чем использование… … Научно-технический энциклопедический словарь
порошковая металлургия — Ндп. металлокерамика Область науки и техники, охватывающая производство металлических порошков а также изделий из них или их смесей с неметаллическими порошками. [ГОСТ 17359 82] Недопустимые, нерекомендуемые металлокерамика Тематики порошковая… … Справочник технического переводчика
ПОРОШКОВАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ — ПОРОШКОВАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ, производство металлических порошков и изделий из них, их смесей и композиций с неметаллами, а также изделий с различной степенью пористости. Изделия получают прессованием с последующей или одновременной термической,… … Современная энциклопедия
ПОРОШКОВАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ — производство порошков металлов и изделий из них, их смесей и композиций с неметаллами. Порошки вырабатываются механическим измельчением или распылением жидких исходных металлов, высокотемпературным восстановлением и термической диссоциацией… … Большой Энциклопедический словарь
Порошковая металлургия — ПОРОШКОВАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ, производство металлических порошков и изделий из них, их смесей и композиций с неметаллами, а также изделий с различной степенью пористости. Изделия получают прессованием с последующей или одновременной термической,… … Иллюстрированный энциклопедический словарь
порошковая металлургия — [powder metallurgy] раздел науки и отрасль металлургической и машиностроительной промышленности, включающий технологические процессы получения порошков металлов, сплавов и химических соединений, производства из них полуфабрикатов и готовых… … Энциклопедический словарь по металлургии
Порошковая металлургия — 1. Порошковая металлургия Ндп. Металлокерамика D. Pulvermetallurgie Е. Powder metallurgy F. Métallurgie des poudres Источник: ГОСТ 17359 82: Порошковая металлургия. Термины и определения оригинал документа Смотри также родствен … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации
ПОРОШКОВАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ — область науки и техники, охватывающая совокупность методов изготовления порошков металлов, сплавов и металлоподобных соед., полуфабрикатов и изделий из них или их смесей с неметаллич. порошками без расплавления осн. компонента. Практика… … Химическая энциклопедия
ПОРОШКОВАЯ МЕТАЛЛУРГИЯ — технология получения металлических порошков и изготовления изделий из них, а также из композиций металлов с неметаллами. В обычной металлургии металлические изделия получают, обрабатывая металлы такими методами, как литье, ковка, штампование и… … Энциклопедия Кольера
порошковая металлургия — отрасль науки и техники, занимающаяся получением порошков металлов, сплавов и бескислородных соединений, а также материалов и изделий на их основе. Получение кислородных соединений типа оксидов – это область керамического производства, хотя… … Энциклопедия техники
Смесь (химия)
Смесь — физико-химическая система, в состав которой входят два или несколько химических соединений (компонент) [1] .
В смеси исходные вещества включены неизменными. При этом нередко исходные вещества становятся неузнаваемыми, потому что смесь обнаруживает другие физические свойства по сравнению с каждым изолированным исходным веществом. При смешивании не возникает, тем не менее, никакое новое вещество.
Специфические качества смеси, например, плотность, температура кипения или цвет, зависят от соотношения компонентов смеси (массовое отношение). Смесь двух металлов, полученная путём смешивания их расплавов, называется сплавом. В другой связи говорят о конгломерате. Коллоидные растворы находятся посередине между гомогенными и гетерогенными смесями. В этих жидкостях примешаны твердые частички, каждая из которых состоит из небольшого числа молекул. Поэтому такая смесь ведёт себя как раствор.
Если хотят разделить смесь на чистые вещества, то используют некоторые физические качества. Из этого получается выбор соответствующего разделительного метода.
Гомогенные и гетерогенные смеси
Различные виды смесей можно классифицировать в 2 группы:
- Гетерогенные смеси полностью не смешаны, так как чистые вещества существуют в ясно отграниченных фазах, то есть это многофазные материалы
- Гомогенные смеси — это на молекулярном уровне смешанные чистые вещества, то есть это однофазные материалы.
Гомогенные смеси делятся по агрегатному состоянию на три группы:
- газовые смеси;
- растворы;
- твёрдые растворы.
Гетерогенные смеси двух веществ можно разделить по агрегатным состояниям на следующие группы:
| Твёрдые частички | Капли жидкости | Пузырьки газа | |
| В твердом теле | Сплав | Капиллярная система | Твёрдая пена, порошок |
| В жидкости | Суспензия | Эмульсия | Пена |
| В газе | Аэрозоль | Туман | Неустойчиво |
Мерой, указывающей доли веществ в смеси, является концентрация.
Различие между чистыми веществами и смесями
Наиболее простым такое различие является для газов. Чистое сложное вещество (например, вода), состоит из одного типа молекул, а смесь газов — из нескольких типов (например, молекул кислорода и водорода). Смесь газов можно разделить физическими методами (например, диффузионным), а сложное вещество — нельзя.
В отношении жидких и твёрдых смесей не всегда всё очевидно.
Разделение смесей
Существуют различные методы разделения смесей. Для газов эти методы основаны на разнице в скоростях либо массах молекул веществ, входящих в смесь.
1. Основные способы выделения веществ из неоднородной (гетерогенной) смеси:
- отстаивание
- фильтрование
- действие магнитом
2. Основние способы выделения веществ из однородной (гомогенной) смеси:
- выпаривание
- кристаллизация
- дистилляция
- хроматография
См. также
Смотреть что такое "Смесь (химия)" в других словарях:
Смесь — Смесь: Смесь (химия) продукт смешения, механического соединения каких либо веществ, характеризующаяся содержанием примесей выше определенного предела. Например: горючая смесь, гелиево кислородная смесь. Случайная, беспорядочная, лишенная… … Википедия
Смесь золошлаковая — Смесь золошлаковая – смесь, состоящая из золы и шлака, образующихся на тепловых электростанциях при сжигании углей в топках котлоагрегатов. [ГОСТ 25137 82] Смесь золошлаковая – механическая смесь пылеобразной золы уноса и шлаковых… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Смесь Эшка — (Eschka mixture) смесь двух частей MgO и одной части Na2CO3, реагент, хорошо поглощающий окислы серы и хлора. Например, для определения содержания серы в угле, навеску угля сжигают со смесью Эшка. При этом образуются растворимые сульфаты… … Википедия
Смесь активированная сфб — – смесь, приготовленная на воде с добавками, пропущенной через роторно пульсационный аппарат и подверженной кавитации; позволяет получить экономический эффект за счет увеличения удельной поверхности цемента и образования цементно… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Смесь асфальтобетонная — – рационально подобранная смесь минеральных материалов [щебня (гравия) и песка с минеральным порошком или без него] с битумом, взятых в определенных соотношениях и перемешанных в нагретом состоянии. [ГОСТ 9128 97] Рубрика термина: Асфальт… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Смесь бетонная заданного качества — – это бетонная смесь, требуемые свойства и дополнительные характеристики которой задаются производителю, который несет ответственность за обеспечение этих требуемых свойств и дополнительных характеристик. [ГОСТ 7473 2010] Рубрика термина:… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Смесь бетонная заданного нормированного состава — – это бетонная смесь заданного состава, состав которого определен стандартом или другим техническим документом, например, производственными нормами. [ГОСТ 7473 2010] Рубрика термина: Свойства бетона Рубрики энциклопедии: Абразивное… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Смесь бетонная заданного состава — – это бетонная смесь, состав которой и используемые при приготовлении составляющие задаются производителю, который несет ответственность за обеспечение этого состава. [ГОСТ 7473 2010] Рубрика термина: Свойства бетона Рубрики энциклопедии:… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Смесь бетонная огнеупорная — – огнеупорная смесь, состоящая из огнеупорных порошков и огнеупорного цемента, готовая к использованию после введения жидкости. [ГОСТ Р 52918 2008] Рубрика термина: Технологии бетонирования Рубрики энциклопедии: Абразивное оборудование,… … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Смесь огнеупорная — – неформованный огнеупор, состоящий из огнеупорных порошков, готовый к использованию после введения связки. [ГОСТ Р 52918 2008] Смесь огнеупорная – неформованные огнеупоры, состоящие из огнеупорных порошков, требующие введения связки. [ГОСТ … Энциклопедия терминов, определений и пояснений строительных материалов
Строение сплавов. Твердые растворы, химические соединения, механические смеси
Чистые металлы, содержащие 99,99…99,999 % основного металла, как правило, обладают низкой прочностью, и по этой причине их применение в качестве конструкционных материалов крайне ограничено. Гораздо чаще применяют сплавы металлов с металлами и неметаллами. Химические элементы, образующие сплав, называют компонентами. Сплавы состоят из двух и более компонентов. Сплавы получают сплавлением жидких компонентов или диффузионным спеканием твердых порошков.
В металловедении широко используются понятия система, фаза и структура.
Система – это совокупность большого числа фаз, находящихся в равновесии.
Фазой называют однородные (гомогенные) составные части системы, имеющие одинаковый состав, кристаллическое строение и свойства, одно и то же агрегатное состояние и отдельные от других составных частей системы поверхностями раздела.
Под структурой понимают форму, размеры и характер взаимного расположения отдельных фаз в металлах и сплавах. Различают макроструктуру (т.е. строение металла и сплава, видимое невооруженным взглядом или при увеличении до 30…40 раз) и микроструктуру (наблюдаемую с помощью оптических и электронных микроскопов при большем увеличении).
В зависимости от физико-химического взаимодействия компонентов, в сплавах могут образовываться 3 вида фаз:
1) Жидкие растворы могут содержать одну или несколько фаз, если они не смешиваются (например: вода и масло, железо и свинец).
2) Твердые растворы – это фазы, в которых сохраняется кристаллическая решетка одного из компонентов, а атомы другого компонента располагаются внутри решетки, изменяя ее размеры. Различают твердые растворы замещения (рис. 23а) и твердые растворы внедрения (рис. 23б). Все металлы в той или иной степени растворяются друг в друге (например: в алюминии растворяется до 5 % меди; в меди может раствориться до 39 % цинка – однофазная латунь). Важнейшими для нас твердыми растворами внедрения являются: феррит[30] – твердый раствор углерода в α-Fe и аустенит[31]– твердый раствор углерода в γ-Fe.
Рис. 23. Схема образования твердых растворов замещения (а) и внедрения (б)
3) Химические соединения, в отличие от твердых растворов, обычно образуются между компонентами, имеющих большое различие в электронном строении атомов и кристаллических решеток; при этом кристаллическая решетка химического соединения отличается от решеток всех компонентов, а между компонентами соблюдается кратное соотношение AnBm, где n и m – простые целые числа. Важнейшим для нас химическим соединением является цементит – карбид железа Fe3C; он имеет алмазоподобную кристаллическую решетку и поэтому отличается очень высокой твердостью, прочностью и хрупкостью.
Твердые растворы и химические соединения представляют собой однофазные структуры; в отличие от них механические смеси представляют собой двух и более фазные структуры, состоящие из перемежающихся мелких зерен различных фаз, между которыми имеются границы раздела. Важнейшими для нас механическими смесями являются:перлит – механическая смесь зерен феррита и цементита, содержащая в среднем 0,81 % С и ледебурит– механическая смесьзерен феррита и цементита, содержащая в среднем 4,3 % С.
Механические свойства
К механическим свойствам металлов относят их способность сопротивляться деформациям (изменению формы или размеров) и разрушению под действием внешних нагрузок. Такими свойствами являются прочность, пластичность, твердость, вязкость (ударная), усталость, ползучесть.
Деформации, которые исчезают после снятия нагрузки, при этом материал принимает первоначальную форму, называют упругими. Деформации, которые остаются после снятия нагрузки, называют остаточными.
Для определения механических свойств материалов специальные образцы или готовые изделия испытывают в соответствии с требованиями ГОСТов. Испытания образцов могут быть статическими, когда на образец действует постоянная или медленно возрастающая нагрузка, динамическими, когда на образец действует мгновенно возрастающая (ударная) нагрузка, и повторно-переменными (усталостными), при которых нагрузка на образец многократно изменяется по величине и направлению.
В зависимости от характера действия приложенных к образцу или изделию сил (нагрузок) различают деформации сжатия, растяжения, изгиба, сдвига (среза), кручения.
Виды деформаций металла в зависимости от направления действующей нагрузки:
а — сжатия, б — растяжения, в — изгиба, г — сдвига (среза), д — кручения
Механические свойства оцениваются численным значением напряжения.
Напряжение — мера внутренних сил, возникающих в образце под влиянием внешних воздействий (сил, нагрузок).
Напряжение служит для оценки нагрузки, не зависящей от размеров деформируемого тела. Напряжения, действующие вдоль оси образца, называют нормальными и обозначают буквой σ (сигма).
Нормальные напряжения определяются отношением сил, действующих вдоль оси детали или образца, к площади их поперечного сечения:
σ = P/F,
где σ — нормальное напряжение, Па (1 Па = H/м²; 1 кгс/см² = 10 5 Па);
P — сила, действующая вдоль оси образца, H;
F — площадь поперечного сечения образца, м².
Нормальные напряжения в зависимости от направления действующих нагрузок бывают сжимающими и растягивающими.
Напряжения, действующие перпендикулярно оси образца, называют касательными и обозначают буквой τ.
Под действием касательных напряжений происходит деформация среза.
Напряжения определяют при механических испытаниях образцов на специальных машинах. Эти напряжения используют при расчетах деталей машин на прочность.
Усилия, нагрузки, действующие на детали, создают в них напряжения, которые в свою очередь вызывают деформацией деталей.
Например, канат автомобильного крана при поднятии груза под действием растягивающей нагрузки испытывает напряжение растяжения, поэтому и подвергается деформации растяжения. Под действием сжимающих напряжений деформацию сжатия испытывают станины и фундаменты станков, опорные колонны, колеса и катки машин. В стреле автомобильного или башенного крана, поднимающего груз, возникают напряжения изгиба, которые вызывают деформацию изгиба стрелы. Деформации изгиба испытывают балки, на которые положен груз, рельсы под тяжестью
поезда, башенного или козлового крана. На срез работают заклепочные соединения, стопорные болты.
Напряжения кручения вызывают деформацию кручения, например, когда у стяжных болтов
затягивают гайки.
Прочность — способность металлов или сплавов сопротивляться разрушению при действии внешних сил, вызывающих внутренние напряжения и деформации.
В зависимости от характера действия внешних сил различают прочность на растяжение, сжатие, изгиб, кручение, ползучесть и усталость.
Определение характеристик прочности при растяжении — наиболее важный и распространенный вид механических испытаний металлов. Испытывают образцы определенной формы и размеров на специальных разрывных машинах (ГОСТ 1497—73). Стандартный образец (рис. Стандартный образец для испытания на растяжение) закрепляют головками в машине и медленно нагружают с постоянной скоростью.
В результате возрастающей нагрузки происходит растяжение образца вплоть до разрушения.
При испытании производится автоматическая запись диаграммы растяжения, представляющей собой график изменения абсолютной длины образца в зависимости от приложенной нагрузки.
Определенные точки на диаграмме растяжения p, c, s, b отражают наиболее важные характеристики прочности: предел пропорциональности, условные пределы упругости, текучести и прочности.
Предел пропорциональности σ пц (точка p на диаграмме растяжения) — это наибольшее напряжение, возникающее под действием нагрузки P пц, до которого деформации в металле растут прямо пропорционально нагрузке. При этом в образце происходят только упругие деформации, т.е. образец после снятия нагрузки принимает свои первоначальные размеры. При дальнейшем увеличении нагрузки деформации образца будут остаточными.
Условный предел упругости σ 0,05 (точка c на диаграмме растяжения) — это напряжение, при котором образец получает остаточное удлинение, равное 0,05% первоначальной длины образца.
Практически предел упругости очень близок пределу пропорциональности.
Условный предел текучести (точка s на диаграмме растяжения) — это напряжение, при котором остаточное
удлинение достигает заданного значения, обычно 0,2%, но иногда 0,1 или 0,3% и более при нагрузках Рt.
В соответствии с этим условный предел текучести обозначается σ 0,2, σ о,1, σ 0,3 и т. д.
Следовательно, условный предел текучести отличается от условного предела упругости только заданным значением остаточного удлинения.
Условный предел текучести соответствует напряжению, при котором происходит наиболее полный переход к пластической деформации металла.
Условный предел прочности σ в (точка b на диаграмме растяжения) — это условное наибольшее напряжение, при котором происходит наибольшая равномерная по всей длине деформация образца.
После точки s на участке sb диаграммы растяжения при дальнейшем увеличении нагрузки в образце развивается интенсивная пластическая деформация. До точки b образец удлиняется равномерно по всей длине. В точке b начинается резкое уменьшение поперечного сечения образца на коротком участке с образованием так называемой шейки.
Предел прочности определяют по формуле:
σ в = Pв/Fo,
где σ в — предел прочности материала, Па;
Pв — нагрузка в точке b, H;
Fo — площадь поперечного сечения образца до испытания, м².
Характеристиками прочности пользуются при изготовлении деталей машин. Практическое значение пределов пропорциональности, упругости и текучести сводится к тому, чтобы определить численное значение напряжений, под действием которых могут работать детали машинах, не подвергаясь остаточной деформации (предел пропорциональности) или подвергаясь деформации на небольшую допустимую величину σ 0,о5, σ о,2 и т. д.
Пластичность — способность металлов сохранять изменение формы, вызванное действием деформирующих сил после того, как силы сняты.
Пластические свойства испытываемого образца металла определяют при испытаниях на растяжение. Под действием нагрузки образцы удлиняются, при этом поперечное сечение их соответственно уменьшается. Чем больше удлиняется образец при испытании, тем более пластичен материал. Характеристиками пластичности материалов служат относительное удлинение и относительное сужение образцов.
Относительным удлинением называется отношение приращения длины образца после разрыва к его перво-
начальной длине.
Относительное удлинение δ (дельта) выражают в процентах и вычисляют по формуле:
δ = [ (l1 — l0)/l0 ] • 100%
где l1 — длина образца после разрыва, м;
l0 — длина образца до начала испытания, м.
Относительным сужением называется отношение уменьшения площади поперечного сечения образца после разрыва к площади поперечного сечения образца до начала испытания.
Относительное сужение ψ (пси) выражают в процентах и вычисляют по формуле
ψ = [ (F0 — F1)/F0 ] • 100%
где F0 — площадь поперечного сечения образца до начала испытания, м²;
F1 — площадь поперечного сечения образца после разрыва, м².
Твердость — сопротивление поверхностных слоев материала местным деформациям.
Твердость обычно оценивается сопротивлением вдавливанию в поверхность металла индикатора из более твердого материала.
Измерение твердости металлов и сплавов как метод щенки их механических свойств широко используется в технике.
По твердости судят о других свойствах металла и сплава. Например, для многих сплавов, чем выше твердость, тем больше прочность на растяжение, выше износостойкость; как правило, сплавы с меньшей твердостью легче обрабатываются резанием.
Твердость определяют непосредственно на деталях без их разрушения. Поэтому испытание на твердость является незаменимым производственным методом оценки механических свойств материалов.
На практике в зависимости от используемого прибора твердость определяют двумя способами. Если твердость исследуемого материала меньше, чем твердость закаленной стали, то используют твердомер шариковый — ТШ, если твердость исследуемого материала больше, чем твердость закаленной стали, то пользуются твердомером конусным — ТК.
При определении твердости по Бринеллю на приборах ТШ (ГОСТ 9012—59) стальной закаленный шарик диаметром D (2,5; 5 или 10 мм) вдавливают в испытуемый металл под действием нагрузки P в течение определенного времени.
После удаления нагрузки на поверхности испытуемого металла остается отпечаток.
Измерив под микроскопом диаметр отпечатка а, по таблицам стандарта определяют твердость металла.
Отношение приложенной к шарику нагрузки (кгс) к площади поверхности отпечатка шарика (мм²) называется числом твердости по Бринеллю и обозначается HB.
Если на шарик диаметром 0-10 мм действует нагрузка Р=3000 кгс в течение 10 с, то определяемое по таблицам число твердости по Бринеллю записывают так: HВ400, HВ250, HВ500 и т. д.
При других условиях испытания к обозначению НВ добавляют цифры, характеризующие диаметр шарика (мм), нагрузку (кгс) и продолжительность выдержки (с).
Например, HВ5/750/30—350 обозначает, что число твердости по Бринеллю равно 350 при испытании вдавливанием шарика диаметром D = 5 мм под нагрузкой Р = 750 кгс в течение t = 30 с.
При определении твердости по Роквеллу на приборах ТК (ГОСТ 9013—59) алмазный конус с углом при вершине 120° вдавливают в испытуемый металл сначала под действием предварительной нагрузки Р0, равной
10 кгс, которая не снимается до конца испытания.
Под нагрузкой Р0 алмазный конус вдавливается на глубину h0. Затем к предварительной нагрузке добавляется основная нагрузка Р1, равная 140 или 50 кгс — для очень твердых и хрупких материалов. Алмазный конус вдавливается на глубину h1. Через 1 — 3 с, после того как стрелка прибора замедлит свое движение, основную нагрузку снимают. Стрелка прибора показывает на шкале твердость металла в условных единицах.
За условную единицу твердости по Роквеллу принимается глубина вдавливания алмазного конуса на величину 0,002 мм ≈ h0. Все шкалы прибора отградуированы в безразмерных условных единицах твердости.
Твердость, определяемая на приборах ТК. методом вдавливания алмазного конуса, называется твердостью по Роквеллу и обозначается НR. Отсчет твердости ведут по двум шкалам в зависимости от применяемой общей нагрузки Р.
Если Р = Р0 + Р1= 10 + 140= 150 кгс, то отсчет твердости ведут по шкале С и твердость обозначают НРС, если Р = Ро+Р1 = 10+50 = 60 кгс, то отсчет твердости ведут также по шкале С, но твердость обозначают НРА.
Если необходимо измерить твердость по Роквеллу мягких материалов, то алмазный конус заменяют шариком диаметром 1,6 мм. Основная нагрузка Р1 = 90 кгс, значит, общая нагрузка Р = Р0 + Р1 = 10 + 90 = 100 кгс.
Отсчет твердости ведут по специальной шкале B, а твердость обозначают НRB.
Твердость по Роквеллу НR записывают таким образом:
HRC65, HRB30, HRA80 и т. д., где цифры обозначают твердость, а буквы А, С, В — соответствующую шкалу.
Ударная вязкость — способность металлов сопротивляться действию ударных нагрузок. При ударных нагрузках напряжения, возникающие в металле, действуют мгновенно, поэтому их трудно определить. Ударную вязкость определяют работой, затраченной на излом образца.
Для определения ударной вязкости при нормальной температуре (ГОСТ 9454—78) предусмотрено 20 типоразмеров образцов квадратного и прямоугольного сечения. Чаще применяют образцы квадратного сечения 10 х 10 мм длиной 55 мм с концентратором (надрезанные с одной стороны посередине длины на глубину 2 мм).
Образец 1 стандартной формы
укладывают горизонтально в специальный шаблон маятникового копра, обеспечиваюший установку надреза образца строго в середине пролета между опорами 3. Маятник 2 копра закрепляется в исходном верхнем положении на высоте H.
Затем маятник сбрасывается, и он, свободно падая под действием собственной тяжести, наносит удар по образцу 1 со стороны, противоположной надрезу. В результате удара образец изгибается и ломается, а маятник после разрушения образца продолжает двигаться дальше и поднимается на высоту h.
Работа, затраченная на разрушение образца, определяется разностью потенциальных энергий маятника в начальный (после подъема на угол α) и конечный моменты испытания (после взлета на угол β) и выражается формулой:
k = P (H — h)
k — работа, затраченная на разрушение образца, Дж (кгс · м)
Р — вес маятника, кгс
H и h — высоты подъема и взлета маятника, м
Основную характеристику при испытании на ударную вязкость — определяют по формуле:
kcu = k/So
kc — ударная вязкость, Дж/м² (1 Дж/м² ≈ 0,1 кгс · м/см²)
u — форма концентратора
So — площадь поперечного сечения образца в месте надреза до испытания, м²
Многие детали машин и конструкции во время работы подвергаются ударным нагрузкам, действие которых на детали происходит мгновенно. В результате изменяются условия, при которых работают такие детали.
Ударные нагрузки испытывают инструменты типа штампов. некоторые зубчатые передачи и т.д.
Усталость — разрушение металлов под действием многократных повторно-переменных (циклических) нагрузок, при напряжениях меньших предела прочности на растяжение.
В условиях действия повторно-переменных нагрузок в работающих деталях образуются и развиваются трещины, которые приводят к полному разрушению деталей. Подобное разрушение опасно тем, что может происходить под действием напряжений, намного меньших пределов прочности и текучести.
Свойство противостоять усталости называется выносливостью. Сопротивление усталости характеризуется пределом выносливости, т. е. наибольшим напряжением, которое может выдержать металл без разрушения заданное число раз.
Под действием повторно-переменных нагрузок работают коленчатые валы двигателей, многие детали машин — валы, шатуны, пальцы, шестерни и т. д.
Цель испытаний на усталость (ГОСТ 2860-65) — количественная оценка способности материала (образца) работать при повторно-переменных нагрузках без разрушения.
Цикл напряжений — совокупность переменных значений напряжении за один перепад их изменения. Заданное число циклов нагружения при испытании называют базой испытания. Обычно база испытания составляет 10 8 циклов нагружения. Если материал выдержал базовое число циклов без разрушения, то он хорошо противостоит усталости и деталь из этого материала будет работать надежно.
Ползучесть — способность металлов и сплавов медленно и непрерывно пластически деформироваться под действием постоянной, длительно действующей нагрузки.
Изделия из металлов и сплавов, работающие при повышенных или высоких температурах, обладают меньшей прочностью. При эксплуатации любой материал под действием постоянной нагрузки (напряжения) может в определенных условиях прогрессивно деформироваться с течением времени.
В результате испытания определяют предел ползучести металла, т. е. наибольшее растягивающее напряжение, при котором скорость ползучести или относительное удлинение за определенный промежуток времени достигает заданной величины.
Если задаются скоростью ползучести, то предел ползучести обозначают σνп,
где νп — заданная скорость ползучести, %/ч; t — температура испытания, °С.
Например, — это предел ползучести при температуре 1000°С и скорости ползучести νп = 1 · 10 -4 %/ч.
Если задаются относительным удлинением, то в обозначении предела ползучести используют три индекса:
температуру испытания t, °С
относительное удлинение σ, %
продолжительность испытания τ, ч
Например, — предел ползучести при температуре 800° С, когда относительное удлинение σ = 1% достигается за 1000 ч.
Читайте также: