Свойства металла при температуре
Около 10…15 % всей энергии, затраченной на пластическую деформацию, поглощается металлом и накапливается в нем. Остальная часть энергии идет на нагрев металла.
Деформированный металл находится в неравновесном, неустойчивом состоянии, и в нем могут протекать процессы, направленные на достижение устойчивого состояния. Этот переход связан с уменьшением искажений в кристаллической решетке и снятием напряжений, что в свою очередь определяется возможностью перемещения атомов.
С повышением температуры подвижность атомов увеличивается и начинают развиваться процессы, приводящие металл к равновесному состоянию. По мере нагрева деформированный металл проходит стадии возврата и рекристаллизации, в результате чего изменяются его структура и свойства (рисунок 20).
В области возврата (при нагреве до 0,3 Тпл) происходит повышение структурного совершенства металла в результате уменьшения плотности дефектов строения. При этом не наблюдается заметных изменений структуры, видимой в оптический микроскоп. Механические свойства металла изменяются незначительно, порядка на 5…7 %.
При низких температурах (ниже 0,2 Тпл) протекает первая стадия возврата — отдых, когда происходит уменьшение точечных дефектов (вакансий) и перераспределение дислокаций без образования субграниц. При нагреве вакансии поглощаются дислокациями, которые двигаются к границам зерен. Часть дислокаций противоположного знака уничтожается.
Вторая стадия возврата — полигонизация, под которой понимают дробление (фрагментацию) кристаллов на субзерна (полигоны). При нагреве беспорядочно распределенные дислокации одного знака выстраиваются в дислокационные стенки, что приводит к образованию в монокристалле или в зерне поликристалла субзерен (полигонов), свободных от дислокаций и отделенных дислокационными границами (рисунок 21).
Этот процесс протекает обычно при небольших деформациях при температуре (0,25…0.3)Тпл, и им создаются условия для образования в структуре металла зародышей новых зерен.
Рисунок 21 — Схема процесса полигонизации
Стадия первичной рекристаллизации в деформированном металле происходит при его нагреве выше 0,3Тпл. При высоких температурах подвижность атомов возрастает и образуются новые равноосные зерна.
Образование новых, равноосных зерен вместо ориентированной волокнистой структуры деформированного металла называется первичной рекристаллизацией.
В деформированном металле на участках с повышенной плотностью дислокаций образуются и растут зародыши. Образуется совершенно новое зерно, по размерам отличающееся от исходного до деформации. Наклеп практически полностью снимается, и свойства приближаются к их исходным значениям.
Температура, при которой начинается процесс рекристаллизации называется температурным порогом рекристаллизации.
Температурный порог рекристаллизации (Тр) связан с температурой плавления металла зависимостью А.А.Бочвара:
где Тпл — абсолютная температура плавления, К;
а — коэффициент, зависящий от чистоты металла.
Для металлов высокой чистоты а = 0,1…0,2; для технически чистых металлов а=0,4; для сплавов твердых растворов а = 0,5…0,6.
Для некоторых металлов значение температурного порога рекристаллизации приведено в таблице 2.
Рекристаллизационный отжиг малоуглеродистых сталей проводят при 600…700 0 С, латуней и бронз при 560…700 0 С, алюминиевых сплавов при 350…450 0 С, титановых сплавов при 550…750 0 С.
Собирательная рекристаллизация проходит после завершения первичной рекристаллизации в процессе дальнейшего нагрева. Она заключается в росте образовавшихся новых зерен. Движущей силой собирательной рекристаллизации является поверхностная энергия зерен. При укрупнении зерен общая протяженность их границ становится меньше, что соответствует переходу металла в более равновесное состояние.
Таблица 2 — Температура начала рекристаллизации технически чистых металлов
| Металл | Температура плавления, 0 С | Температура рекристаллизации, 0 С |
| Вольфрам | 3400 | 1200 |
| Молибден | 2625 | 900 |
| Железо | 1539 | 450 |
| Медь | 1083 | 200 |
| Алюминий | 660 | 100 |
Особенность собирательной рекристаллизации состоит в том, что рост происходит не в результате слияния нескольких мелких зерен в одно более крупное зерно, а одни зерна растут за счет других зерен, ”поедая” их вследствие перехода атомов через границы раздела. Зерна с вогнутыми границами растут за счет зерен с выпуклыми границами (рисунок 22). Атом на вогнутой поверхности имеет большее число соседей и, следовательно, меньшую энергию, по сравнению с атомами на выпуклой поверхности. Малые зерна постепенно исчезают. Собирательная рекристаллизация, вызывающая образование крупного зерна и разнозернистости, способствует снижению механических свойств металлов и поэтому чаще всего недопустима для наклепанного металла.
Рисунок 22 — Схема роста зерен при собирательной рекристаллизации
На свойства металла большое влияние оказывает размер зерен, получившихся при рекристаллизации. Основными факторами, определяющими величину зерен металла при рекристаллизации, являются температура, продолжительность выдержки при нагреве и степень производительной пластической деформации (рисунок 23).
Величина зерна возрастает с повышением температуры нагрева и времени выдержки. При температурах Т1 и Т2 (выше Тр) образование рекристаллизованного зерна происходит не сразу, а через некоторый отрезок времени t1 и t2, который называется инкубационным.
Рисунок 23 — Влияние температуры (а), продолжительности нагрева (б) и степени деформации (в) на величину рекристаллизованного зерна
Наиболее крупные зерна образуются после незначительной предварительной деформации, обычно порядка 3…15 %, такую степень деформации называют критической.
Критической называют такую минимальную степень деформации, выше которой при нагреве становится возможной первичная рекристаллизации.
Физические свойства металлов: твердость, плотность и др.
Металлы имею такие физические свойства, как твердость, температуру плавления, плотность, пластичность, электропроводность, теплопроводность и цвет.
Твёрдость:
Все металлы, кроме ртути и, условно, франция, при нормальных условиях находятся в твёрдом состоянии, однако обладают различной твёрдостью.
Таблица твёрдости металлов по шкале Мооса:
| Твёрдость | Металл |
| 0.2 | Цезий |
| 0.3 | Рубидий |
| 0.4 | Калий |
| 0.5 | Натрий |
| 0.6 | Литий |
| 1.2 | Индий |
| 1.2 | Таллий |
| 1.25 | Барий |
| 1.5 | Стронций |
| 1.5 | Галлий |
| 1.5 | Олово |
| 1.5 | Свинец |
| 1.5 | Ртуть |
| 1.75 | Кальций |
| 2.0 | Кадмий |
| 2.25 | Висмут |
| 2.5 | Магний |
| 2.5 | Цинк |
| 2.5 | Лантан |
| 2.5 | Серебро |
| 2.5 | Золото |
| 2.59 | Иттрий |
| 2.75 | Алюминий |
| 3.0 | Медь |
| 3.0 | Сурьма |
| 3.0 | Торий |
| 3.17 | Скандий |
| 3.5 | Платина |
| 3.75 | Кобальт |
| 3.75 | Палладий |
| 3.75 | Цирконий |
| 4.0 | Железо |
| 4.0 | Никель |
| 4.0 | Гафний |
| 4.0 | Марганец |
| 4.5 | Ванадий |
| 4.5 | Молибден |
| 4.5 | Родий |
| 4.5 | Титан |
| 4.75 | Ниобий |
| 5.0 | Иридий |
| 5.0 | Рутений |
| 5.0 | Тантал |
| 5.0 | Технеций |
| 5.0 | Хром |
| 5.5 | Бериллий |
| 5.5 | Осмий |
| 5.5 | Рений |
| 6.0 | Вольфрам |
| 6.0 | β-Уран |
Температура плавления:
Температуры плавления чистых металлов лежат в диапазоне от −38,83 °C (ртуть) до 3422 °C (вольфрам).
Температура плавления большинства металлов (за исключением щелочных) высока, однако некоторые металлы, например, олово и свинец, могут расплавиться на обычной электрической или газовой плите.
В зависимости от температуры плавления металлы делятся на: легкоплавкие (до 600 °C); среднеплавкие (от 600 до 1600 °C); тугоплавкие (выше 1600 °C).
Таблица температуры плавления легкоплавких металлов и сплавов:
| Название металла | Температура плавления, о С |
| Ртуть | -38,83 |
| Франций | 25 |
| Цезий | 28,44 |
| Галлий | 29,7646 |
| Рубидий | 39,3 |
| Калий | 63,5 |
| Натрий | 97,81 |
| Индий | 156,5985 |
| Литий | 180,54 |
| Олово | 231,93 |
| Полоний | 254 |
| Висмут | 271,3 |
| Таллий | 304 |
| Кадмий | 321,07 |
| Свинец | 327,46 |
| Цинк | 419,53 |
Таблица температуры плавления среднеплавких металлов и сплавов:
| Название металла | Температура плавления, о С |
| Сурьма | 630,63 |
| Нептуний | 639 |
| Плутоний | 639,4 |
| Магний | 650 |
| Алюминий | 660,32 |
| Радий | 700 |
| Барий | 727 |
| Стронций | 777 |
| Церий | 795 |
| Иттербий | 824 |
| Европий | 826 |
| Кальций | 841,85 |
| Лантан | 920 |
| Празеодим | 935 |
| Германий | 938,25 |
| Серебро | 961,78 |
| Неодим | 1024 |
| Прометий | 1042 |
| Актиний | 1050 |
| Золото | 1064,18 |
| Самарий | 1072 |
| Медь | 1084,62 |
| Уран | 1132,2 |
| Марганец | 1246 |
| Бериллий | 1287 |
| Гадолиний | 1312 |
| Тербий | 1356 |
| Диспрозий | 1407 |
| Никель | 1455 |
| Гольмий | 1461 |
| Кобальт | 1495 |
| Иттрий | 1526 |
| Эрбий | 1529 |
| Железо | 1538 |
| Скандий | 1541 |
| Тулий | 1545 |
| Палладий | 1554,9 |
| Протактиний | 1568 |
Таблица температуры плавления тугоплавких металлов и сплавов:
| Название металла | Температура плавления, о С |
| Лютеций | 1652 |
| Титан | 1668 |
| Торий | 1750 |
| Платина | 1768,3 |
| Цирконий | 1855 |
| Хром | 1907 |
| Ванадий | 1910 |
| Родий | 1964 |
| Технеций | 2157 |
| Гафний | 2233 |
| Рутений | 2334 |
| Иридий | 2466 |
| Ниобий | 2477 |
| Молибден | 2623 |
| Тантал | 3017 |
| Осмий | 3033 |
| Рений | 3186 |
| Вольфрам | 3422 |
Плотность:
В зависимости от плотности металлы делят на лёгкие (плотность от 0,53 до 5 г/см³) и тяжёлые (от 5 до 22,6 г/см³).
Самым лёгким металлом является литий (плотность 0,53 г/см³). Самый тяжёлый металл в настоящее время назвать невозможно, так как плотности осмия и иридия — двух самых тяжёлых металлов — почти равны (около 22,6 г/см³ — ровно в два раза выше плотности свинца ), а вычислить их точную плотность крайне сложно: для этого нужно полностью очистить металлы, ведь любые примеси снижают их плотность.
Пластичность:
Большинство металлов пластичны, то есть металлическую проволоку можно согнуть, и она не сломается. Это происходит из-за смещения слоёв атомов металлов без разрыва связи между ними.
Самыми пластичными являются золото, серебро и медь. Из золота можно изготовить фольгу толщиной 0,003 мм, которую используют для золочения изделий. Однако не все металлы пластичны. Проволока из цинка или олова хрустит при сгибании; марганец и висмут при деформации вообще почти не сгибаются, а сразу ломаются.
Пластичность зависит и от чистоты металла . Так, очень чистый хром весьма пластичен, но, загрязнённый даже незначительными примесями, становится хрупким и более твёрдым. Некоторые металлы, такие, как золото, серебро, свинец, алюминий, осмий, могут срастаться между собой, но на это могут уйти десятки лет.
Электропроводность:
Все металлы хорошо проводят электрический ток, обусловлено наличием в их кристаллических решётках подвижных электронов, перемещающихся под действием электрического поля.
Серебро, медь и алюминий имеют наибольшую электропроводность. По этой причине последние два металла чаще всего используют в качестве материала для проводов. Очень высокую электропроводность имеет также и натрий. В экспериментальной аппаратуре известны попытки применения натриевых токопроводов в форме тонкостенных труб из нержавеющей стали, заполненных натрием. Благодаря малому удельному весу натрия, при равном сопротивлении натриевые «провода» получаются значительно легче медных и даже несколько легче алюминиевых.
Теплопроводность:
Теплопроводность металлов зависит от подвижности свободных электронов.
Поэтому ряд теплопроводностей похож на ряд электропроводностей, и лучшим проводником тепла, как и электричества, является серебро. Натрий также находит применение как хороший проводник тепла. Широко известно, например, применение натрия в клапанах автомобильных двигателей для улучшения их охлаждения.
Наименьшая теплопроводность — у висмута и ртути.
Цвет у большинства металлов примерно одинаковый — светло-серый, иногда с голубоватым оттенком. Золото, медь и цезий соответственно жёлтого, красного и светло-жёлтого цвета.
Металлы подразделяются на цветные и черные.
Чёрные металлы – железо и сплавы на его основе (стали, ферросплавы, чугуны). К чёрным металлам также зачастую относят марганец и, иногда, – хром и ванадий.
Цветные металлы — это особый класс нержавеющих металлов и сплавов, в составе которых нет железа. Металлы называются цветными, потому что каждый из них имеет определенный окрас. К цветным металлам относятся медь, молибден, свинец, цинк, олово, никель, кадмий, кобальт, алюминий, титан, магний, висмут, вольфрам, ртуть, золото, платину, серебро, палладий, родий, рутений, осмий, иридий.
Механические свойства металлов при высоких температурах
Часто части инженерных сооружений подвергаются одновременному воздействию напряжений и высокой температуры. Такие условия возникают, например, на электростанциях и в химической промышленности.9) в связи с развитием газовых турбин вопрос о прочности материалов при высоких температурах становится практически актуальным, так как начальная температура пара в энергетических установках всегда имеет тенденцию к повышению, и в этой области проводится значительный объем исследований. Три)
- Это соответствует амплитуде напряжения вертикального стержня ранее рассмотренной модели. * * ) Me11apu and Kerr, Proc. Институт меха им. (Лондон), 1927; Н. Л шеф, так же, 1929, и инженер, том. 147, с. 136, 1929. * ) Для справок, см. Г. В., см. Смит, Нью-Йорк, 1950, свойства металлов при высоких температурах.
Эксперименты показывают, что предел текучести и прочность на растяжение металла сильно зависят от температуры. Рисунок 344. — … Некоторая диаграмма испытания на растяжение Средний сплав стали углерода на различных температурах, 1） * * *. » Калифорния цены. 344.До около 260°C, прочность на растяжение стали увеличит, но когда температура поднимет более Далее, она скоро * ) Генетически модифицированный. R. V.-отчет о работе, проделанной Wllhelm 4) M M в Институте Западной Явы, Rgob. Али. Сок. Тефтт Мат. Том.24Т, КЧФ. 151, 1924.
При повышении температуры предел текучести становится менее выраженным, а при 300°С он становится»неразличимым»на рисунке. На рис. 346 первый участок той же схемы показан увеличенным. Цифра такая、 Л.»• :■’^.•••• 。 。 * Рисунок 346. *. — … ^»«. • ; ’Чч ■ * * * *. •） На температурах, пропорциональный предел стали lowered. At при этом наклон прямой части фигуры уменьшается, в результате чего модуль упругости уменьшается.
Результаты вышеуказанного испытания показаны на рисунке 346.It характеризуется увеличением пластической длины и уменьшением площади поперечного сечения, хотя прочность материала уменьшается с увеличением температуры. Эксперименты при высоких температурах показывают, что результаты испытания на растяжение в значительной степени зависят от продолжительности испытания.
Чем больше время испытания на растяжение, тем меньше нагрузка требуется для разрушения образца. На рис. 347 показана схема испытания стали на растяжение при температуре 560°с, рассмотренная ранее, со временем испытания 6 минут, 70 минут и 240 минут соответственно.
Рисунок 347. ■ Рисунок 346 полезен только тогда, когда нагрузка действует в течение короткого времени (1). Для нагрузок, которые действуют при высоких температурах в течение длительного времени, таких как вес конструкции или давление пара электростанции, требуются дополнительные данные о влиянии времени.
Эксперименты показали, что в этих условиях может происходить непрерывная деформация или ползучесть. Это следует рассматривать во время проектирования как очень важный фактор. По этому вопросу было проведено значительное количество исследований. Девять） * ) Чтобы исключить влияние времени, мы провели вибрационные испытания для определения модуля упругости. G. Verse, J. Appl. Механик. Том.2, 1935, диссертация, Мичиганский университет. * )
Образцы, используемые при испытаниях на растяжение при высоких температурах, подвергаются постоянным постоянным нагрузкам и температурам, и с этой нагрузкой исследуется прогрессивная ползучесть. Результаты таких экспериментов для заданной температуры и различных значений нагрузки могут быть представлены кривыми удлинения во времени, как показано на рисунке. 348*). 。 / Девять / / с ’J’ / 1 4 в /// ’/Лупа я. .J4-h 1 1 — / tflufarâ- ^ —лат Кривая г — ►Время Рисунок 348.
Кривая а представляет собой кривую ползучести, характерную для относительно высоких напряжений. После приложения нагрузки, скорость постепенно уменьшается и ползучесть occurs. At точка a, Mecfo имеет точку перегиба, и скорость ползучести начинает увеличиваться до тех пор, пока образец не сломается.
Кривая B, которая соответствует несколько меньшей нагрузке, имеет аналогичную форму, но из-за низкой скорости ползучести, долго Реми. Дальнейшее снижение нагрузки приведет к кривым C, D, E, F и O, если вы выполняете аналогичные испытания на разных samples. As напряжение уменьшается, требуется больше времени, чтобы достичь точки перегиба кривой ползучести.
Тестирование точек перегиба кривой, таких как F и O, занимает очень много времени time. As напряжение уменьшается, вы можете видеть, что кривая ползучести становится все более линейной в течение более длительного периода времени. Фактическое рабочее напряжение, которое возникает, как правило, ниже Кривой G graph. So предположение о том, что кривая ползучести приближается к прямой, достаточно точно для практических целей. Наклон этой линии показывает самую низкую скорость ползучести для данного напряжения и заданной температуры.
Значение * ) Рисунок 348 −353 макветти перечной мяты, машиностроение, стр. 149, 1934 и Proposal. In сок. Испытательный мат, т.34, 1938 — Скорость ползучести игрушек. Когда напряжение падает, оно падает, но нет убедительных доказательств того, что оно существует. То есть она исчезнет. То есть существует предельное напряжение, при котором образец может бесконечно выдерживать напряжение при высоких температурах.
- При изучении прогрессивной ползучести, при испытании образцов под постоянной нагрузкой и напряжением при высоких температурах следует отметить 2 явления. Д)упрочнение материала пластической деформацией, 2） Температура. Механизм пластического течения при высоких температурах такой же, как и при комнатной температуре..
Пластическая деформация вызвана скольжением металла. Это проскальзывание: сопровождается повышением сопротивления скольжению.* Клепаный (стр. 362). Голеней б в туалет Ву * тогда Эрем. VOCûi Рисунок 349. Скорость, с которой удаляется затвердевание, зависит от temperature. It упоминалось ранее(стр.）、 Эффекты закаливания могут быть исключены* ％ За короткое время наклоните металл при определенной специальной высокой температуре, в зависимости от типа металла.
Если температура действует длительное время, то такой же эффект получается даже при более комфортной температуре. ■Прощание. 。 eano1), например, в случае исследований. Размягчение холоднообработанной меди, которое осуществляется в течение 300 минут при 12°С, требует 200 дней при 10,4°С и, очевидно, занимает около 300 лет, чтобы произвести такое же размягчение при 100°С. Кривая удлинения во времени (рис.348) показывает постепенное уменьшение удлинения в течение начального периода.
Это и есть it. By nakeep. At точка перегиба, постоянн растяжимая скорость established. At эта скорость, затвердевание и размягчение взаимно компенсируются. То есть упрочнение полувязкостью непрерывно разрушается размягчающим действием высокой температуры. Затем полу-вязкость продолжается с постоянной скоростью.
Это зависит от величины напряжения и температуры. ,*> с * Пиуи «Н8,» Н » 111 ну, прок.. Am. Соц. Чайный коврик, т. 1925.См. «Кейт У. Р. Бэйли, Ж. Хатт.»Металл, т. к.35, 1926. «Я; В элементах, где одновременно действуют высокая температура и напряжение, конструкция должна быть принципиальной, так как необходимо всегда учитывать прогрессивное honor.
Это необходимо подбирать рабочее напряжение для каждого конкретного случая, предполагая определенный срок службы конструкции и определенное значение допустимой остаточной деформации. С / waßA туалет Джо. ВВ Тот… не ч «»Г / ЭМГ гггг&ю VfVe-Ю ’ ВФО / ц-РО’7 К Вт• 70-7.： 2000lg / см * 1b70ng / cm2ШОхг / см * 7000ng / см2 670 / ый / см2 СО1 / Т ^ се 111 11 — Л. Один Вау. Ярем, Вако/ — б. Две тысячи Цифра 850. 7200 кг / см2. irf и OTO7 T7 Услуга не зависит от определенных условий limits. By вид строительства.
Максимальная продолжительность лабораторных испытаний обычно составляет несколько тысяч часов, и для прогнозирования деформации ползучести в течение срока службы конструкции необходимо оценить результаты лабораторных исследований tests. In первый участок кривой ползучести на Рис. 1, 348 представлен различными стальными экспериментами. Людмила Фирмаль
Геометрическое уменьшение ползучести по сравнению с минимальной скоростью ползучести、 Если время увеличивается арифметически. Таким образом,в какой-то момент может быть указано неупругое удлинение * и соответствующая скорость ползучести в V, через минимальную скорость ползучести, может быть принята скорость ползучести. Гу-Гу! Следующее уравнение 1）： Splab A WC Семь тысяч триста тридцать три 007. К2-ОП-06 Вт/ с 06 / л / racmuvecea»вариант Рис. 351. dt dt Где c, m / 0 n a-константа, которая должна быть определена из кривой N. ползучесть.
Например, рассмотрим кривые ползучести, показанные на рисунке. 349.Эти кривые были получены путем испытания металла при некоторых значениях напряжения и постоянной температуре 454°C. By измеряя наклон в 5 точках каждой из этих кривых, вы получаете значения скорости ползучести для 5 различных значенийи создаете кривые, показанные на рисунке. 350.Горизонтальная асимптота этих кривых, очевидно, дает значение m> 0 для величины приложенного напряжения. Теперь постройте значение и получите систему уклонов ^(r> — b0) в зависимости от времени существует параллельная линия, указывающая на то, что предложенная формула (a) достаточно выбрана.
Значения констант c и 0 в Формуле (a) берутся из этих линий путем измерения ординаты линии и ее наклона при = 0. Пластическое удлинение получается интегрированием уравнения (а). (Си） ** = * 0 + в- В0-константа. Если применить это уравнение к значению, то удлинение видно из диаграммы. 349, может — Сноски см. на стр. 435).Для сравнения этих экстраполяций Тани, J. Mag.141, Proposos. It-это не так. Соц. Испытательный мат, т.37, С. 258, 1937.
Вычислите значение » o -«.Таким образом, все константы формулы (b) определяются с помощью кривых, показанных на рисунке. 349 и 350.Вы можете применить эту формулу к вычислению e для любого временного интервала. Таким образом, кривая, показанная на рисунке, равна 351.
Конструкторы имеют такую криволинейную систему для определенных материалов и определенной температуры. Если указан срок службы конструкции и допустимая пластическая деформация, то можно легко выбрать соответствующее значение рабочего напряжения. Если вычислить b для большого значения, то можно увидеть, что последний член выражения (b) очень мал и может быть проигнорирован.
Это означает, что вместо кривой, показанной на рис. 352, пунктирная линия может быть used. As в результате величина r определяется размером сегмента ползучести и минимальной скоростью ползучести v
Что касается минимальной скорости ползучести, то эксперименты показали, что V0 может быть выражено с достаточной точностью степенной функцией напряжения. Ц0-колпачок, (с） • / Где k и p-константы для данных о материале и температуре. Значение этих констант!) Некоторые стали, испытанные в лаборатории Westingua, перечислены в таблице. 25. 。 ’; / В.. 。 。
Таблица 25 Постоянное значение 。 。 Meterim * ЕП%Т * С К Р KPI-Сталь 0 39% C … …… 400 ’16 ~ 10 ^» 0.6 0.48 Сталь 0 30°/. C ’ 400 48 * 10- » Cfaik Нет. — 1ер-МО. 500 91-10 — » 0.19″ Styap 12%Cr 455 10-10 — * 031 。 ф •••、•• В этой таблице k больше, чем 24 удлинения. Напряжения в часах и А-кг / кмк эти константы могут быть использованы в различных частных случаях конструктивных элементов для расчета распределений деформаций ползучести и напряжений.
В предыдущих презентациях предполагалось, что пластический поток будет включать в себя rivet. In эксперимент При повышении температуры клепка становится все более заметной. Максимальная температура, при которой наблюдается упрочнение, различна для каждого материала и для стали, в зависимости от состава стали. Например, не было никакого усиления. терм1) мягкая углеродистая сталь при напряжении 155 кг / см *(0,17% рисунок * углерод） 7: 647°C температура.
В этих условиях кривая удлинения по времени принимает вид, показанный на рисунке. 354, т. е. скорость ползучести всегда будет увеличиваться. Обратите внимание, что кривые 348 и 354, показанные на рисунке 2, соответствуют различным типам переломов. Когда затвердевание происходит, текучесть происходит в любой точке испытуемого образца, увеличивая сопротивление в этой точке, так что следующее скольжение происходит вдоль другого cross-section. As в результате этого.
Равномерное удлинение наблюдается, и образец остается цилиндрическим перед формированием neck. In отсутствие затвердевания, локальная текучесть, начиная с самого слабого поперечного сечения, распространяется с пониженной скоростью до края sample. As в результате получается 2 части разорванного образца: коническая конусность от конца к поперечному сечению в месте разрыва. ’•\ Когда экстраполяция выполняется с использованием уравнения (b),*, количества%, s и характеристики материала、
На протяжении всего срока службы конструкция остается неизменной. Но、 /、•• *) Н. см. О Т Апсе 11, Крип! Металл, 1931. При длительном воздействии высоких температур сопротивление ползучести снижается slightly. To для компенсации этого теплового эффекта могут быть рекомендованы лабораторные испытания при температурах выше рабочей температуры! это не.
Термический эффект более выражен в случае высокоуглеродистых веществ steel. To уменьшите структурное вырождение, для обеспечения стабильности Нео структуры, соотвествующая термическая обработка необходима 9). Прежде чем сделать вывод: в качестве соображения следует отметить, что прогрессирующая ползучесть может вызвать перераспределение напряжений в деталях, которые подвергаются одновременному действию напряжений и высоких температур. Там, где концентрация напряжений высока, скорость ползучести становится больше и, следовательно, более благоприятной в результате распределения напряжений ползучести. При проектировании следует учитывать эту ситуацию. Некоторые примеры такого рода были разбиты Бейли*). —
Образовательный сайт для студентов и школьников
© Фирмаль Людмила Анатольевна — официальный сайт преподавателя математического факультета Дальневосточного государственного физико-технического института
Влияние высоких температур на механические свойства металлов.
- Влияние высоких температур на механические свойства металлов. С бурным развитием машиностроения все большее значение приобретает расчет прочности механических деталей, которые длительное время работают при высоких температурах. К таким частям относятся, например, диски и лопатки паровых и газовых
турбин, трубы и другие детали паровых котлов, различные детали двигателей внутреннего сгорания, реактивных двигателей и др. Поведение материала под нагрузкой такой детали влияет как на абсолютное значение температуры, так и на время работы
кратковременных испытаний основан на том, что при относительно низких температурах (например, до 300-400°, до 350°, до 50-150 ° для цветных металлов) прочностные и пластические характеристики металлов выше, чем у цветных металлов, в то время как знание свойств металлов при обычных (комнатных) температурах существенно зависит от продолжительности самого испытания.
В результате определение свойств металла, например, пропорционального предела текучести или предела текучести, при температуре не менее 400 ° С для стали и более 150 ° С для цветных металлов является условным. По мере повышения температуры модуль упругости и предел пропорциональности металла вначале постепенно уменьшается, а затем уменьшается все более резко,
- начиная с указанной выше температуры. Так, величина нормального модуля упругости стали при температуре 600°составляет около 25-30%, а при температуре 800°она примерно на 50% ниже его значения при комнатной температуре. Предел уменьшения и пропорциональности модуля упругости в цветных металлах еще более выражен. Величина коэффициента поперечной деформации стали с повышением температуры обычно незначительно возрастает. Предел текучести углеродистой стали с повышением температуры
обычно вначале незначительно возрастает и достигает своего максимума при температуре около 200°. При дальнейшем повышении температуры предел текучести значительно снижается, поэтому при температуре 400° предел текучести углеродистой стали составляет всего 60-70% при комнатной температуре. При этом длина предела текучести уменьшается, и примерно при 350-450°с углеродистой стали этот участок полностью исчезает. В легированной стали предел текучести снижается с повышением температуры
. Величина отношения предела текучести к пределу прочности стали при повышении температуры, как правило, дополнительно увеличивает температуру, а при температуре 300-350° величина этого отношения Людмила Фирмаль
составляет 0,35-0,4. Пластические свойства стали (общее удлинение и усадка при разрыве) с повышением температуры от 20 до 200 до 300 е несколько снижаются; с дальнейшим повышением температуры пластичность стали снижается, как правило. Сталь, хром-вольфрамовая сталь). В аустенитных хромоникелевых сталях пластичность снижается с повышением температуры, в углеродистых сталях при температурах 250-350°(так называемая синеломкость стали) и в некоторых цветных металлах (алюминий, магний) при температуре 900-1000°(покраснение стали) повышение температуры вызывает непрерывное повышение, а в других (медь, латунь, никель, наоборот). удлинение и усадка Предел прочности стали при повышении температуры, как правило, повышается первым, а при
температуре 250-300°достигает максимального значения, которое примерно на 20-25% превышает значение предела прочности при комнатной температуре. При дальнейшем повышении температуры величина предела прочности на растяжение резко снижается. Например, для низкоуглеродистой стали 600°прочность на растяжение составляет всего около 40% от прочности на растяжение той же стали при комнатной температуре. Добавление легирующих примесей (никеля, хрома, ванадия) задерживает снижение прочности стали на растяжение при повышении
температуры. Прочность на растяжение чугуна до 300°остается практически неизменной; при дальнейшем повышении температуры она значительно снижается. В цветных металлах(алюминий, медь, латунь, магний, олово, свинец, цинк, никель) и их сплавах прочность на растяжение уменьшается непрерывно и сильно с повышением температуры, поэтому при 600°этих металлов величина прочности на растяжение составляет лишь несколько процентов от величины прочности на растяжение до комнатной температуры. Изменение
предела выносливости стали с повышением температуры приводит к изменению предела прочности, то есть сначала предел выносливости незначительно увеличивается, а затем непрерывно снижается. Фигура. 658*. В качестве примера приведем рисунок. На рис. 658 показаны кривые изменения прочностных и пластических свойств низкоуглеродистой стали (0,15°С) при повышении температуры до 800°С.
Химические свойства металлов
Свойства металлов начинают изучать на уроках химии в 8–9 классе. В этом материале мы подробно разберем химические свойства этой группы элементов, а в конце статьи вы найдете удобную таблицу-шпаргалку для запоминания.
О чем эта статья:
8 класс, 9 класс, ЕГЭ/ОГЭ
Металлы — это химические элементы, атомы которых способны отдавать электроны с внешнего энергетического уровня, превращаясь в положительные ионы (катионы) и проявляя восстановительные свойства.
В окислительно-восстановительных реакциях металлы способны только отдавать электроны, являясь сильными восстановителями. В роли окислителей выступают простые вещества — неметаллы (кислород, фосфор) и сложные вещества (кислоты, соли и т. д.).
Металлы в природе встречаются в виде простых веществ и соединений. Активность металла в химических реакциях определяют, используя электрохимический ряд, который предложил русский ученый Н. Н. Бекетов. По химической активности выделяют три группы металлов.
Ряд активности металлов
Металлы средней активности
Общие химические свойства металлов
Взаимодействие с неметаллами
Щелочные металлы сравнительно легко реагируют с кислородом, но каждый металл проявляет свою индивидуальность:
оксид образует только литий
натрий образует пероксид
калий, рубидий и цезий — надпероксид
Остальные металлы с кислородом образуют оксиды:
2Zn + O2 = 2ZnO (при нагревании)
Металлы, которые в ряду активности расположены левее водорода, при контакте с кислородом воздуха образуют ржавчину. Например, так делает железо:
С галогенами металлы образуют галогениды:
Медный порошок реагирует с хлором и бромом (в эфире):
При взаимодействии с водородом образуются гидриды:
Взаимодействие с серой приводит к образованию сульфидов (реакции протекают при нагревании):
Реакции с фосфором протекают до образования фосфидов (при нагревании):
Основной продукт взаимодействия металла с углеродом — карбид (реакции протекают при нагревании).
Из щелочноземельных металлов с углеродом карбиды образуют литий и натрий:
Калий, рубидий и цезий карбиды не образуют, могут образовывать соединения включения с графитом:
С азотом из металлов IA группы легко реагирует только литий. Реакция протекает при комнатной температуре с образованием нитрида лития:
Взаимодействие с водой
Все металлы I A и IIA группы реагируют с водой, в результате образуются растворимые основания и выделяется H2. Литий реагирует спокойно, держась на поверхности воды, натрий часто воспламеняется, а калий, рубидий и цезий реагируют со взрывом:
Металлы средней активности реагируют с водой только при условии, что металл нагрет до высоких температур. Результат данной реакции — образование оксида.
Неактивные металлы с водой не взаимодействуют.
Взаимодействие с кислотами
Если металл расположен в ряду активности левее водорода, то происходит вытеснение водорода из разбавленных кислот. Данное правило работает в том случае, если в реакции с кислотой образуется растворимая соль.
2Na + 2HCl = 2NaCl + H2
При взаимодействии с кислотами-окислителями, например, азотной, образуется продукт восстановления кислоты, хотя протекание реакции также неоднозначно.
Металлы IА группы:
Металлы IIА группы
Такие металлы, как железо, хром, никель, кобальт на холоде не взаимодействуют с серной кислотой, но при нагревании реакция возможна.
Взаимодействие с солями
Металлы способны вытеснять из растворов солей другие металлы, стоящие в ряду напряжений правее, и могут быть вытеснены металлами, расположенными левее:
Zn + CuSO4 = ZnSO4 + Cu
На металлы IА и IIА группы это правило не распространяется, так как они реагируют с водой.
Реакция между металлом и солью менее активного металла возможна в том случае, если соли — как вступающие в реакцию, так и образующиеся в результате — растворимы в воде.
Взаимодействие с аммиаком
Щелочные металлы реагируют с аммиаком с образованием амида натрия:
Взаимодействие с органическими веществами
Металлы IА группы реагируют со спиртами и фенолами, которые проявляют в данном случае кислотные свойства:
Также они могут вступать в реакции с галогеналканами, галогенпроизводными аренов и другими органическими веществами.
Взаимодействие металлов с оксидами
Для металлов при высокой температуре характерно восстановление неметаллов или менее активных металлов из их оксидов.
3Са + Cr2O3 = 3СаО + 2Cr (кальциетермия)
Вопросы для самоконтроля
С чем реагируют неактивные металлы?
С чем связаны восстановительные свойства металлов?
Верно ли утверждение, что щелочные и щелочноземельные металлы легко реагируют с водой, образуя щелочи?
Методом электронного баланса расставьте коэффициенты в уравнении реакции по схеме:
Mg + HNO3 → Mg(NO3)2 + NH4NO3 + Н2O
Как металлы реагируют с кислотами?
Подведем итоги
От активности металлов зависит их химические свойства. Простые вещества — металлы в окислительно-восстановительных реакциях являются восстановителями. По положению металла в электрохимическом ряду можно судить о том, насколько активно он способен вступать в химические реакции (т. е. насколько сильно у металла проявляются восстановительные свойства).
Напоследок поделимся таблицей, которая поможет запомнить, с чем реагируют металлы, и подготовиться к контрольной работе по химии.
Таблица «Химические свойства металлов»
Mg, Al, Mn, Zn, Cr, Fe, Ni, Sn, Pb
Cu, Hg, Ag, Pt, Au
Восстановительная способность металлов в свободном состоянии
Возрастает справа налево
Взаимодействие металлов с кислородом
Быстро окисляются при обычной температуре
Медленно окисляются при обычной температуре или при нагревании
Взаимодействие с водой
Выделяется водород и образуется гидроксид
При нагревании выделяется водород и образуются оксиды
Водород из воды не вытесняют
Взаимодействие с кислотами
Вытесняют водород из разбавленных кислот (кроме HNO3)
Не вытесняют водород из разбавленных кислот
Реагируют с концентрированными азотной и серной кислотами
С кислотами не реагируют, растворяются в царской водке
Взаимодействие с солями
Не могут вытеснять металлы из солей
Более активные металлы (кроме щелочных и щелочноземельных) вытесняют менее активные из их солей
Взаимодействие с оксидами
Для металлов (при высокой температуре) характерно восстановление неметаллов или менее активных металлов из их оксидов
Читайте также: