Испытание на сжатие образцов Определение деформаций при косом изгибе Лабораторные работы по сопромату Испытание материалов на выносливость Проверка теории изгибающего удара Расчет на прочность и жесткость Метод сечений

Лабораторные работы по сопромату

Влияние пластической деформации на структуру и свойства металла: наклеп

 С увеличением степени деформации характеристики пластичности (относительное удлинение, относительное сужение) и вязкости (ударная вязкость) уменьшаются, а прочностные характеристики (предел упругости, предел текучести, предел прочности) и твердость увеличиваются (рис. 8.2).

Также повышается электросопротивление, снижаются сопротивление коррозии, теплопроводность, магнитная проницаемость.

8_files/image002.gif

Рис.8.2. Влияние холодной пластической деформации на механические свойства металла

Совокупность явлений, связанных с изменением механических, физических и других свойств металлов в процессе пластической деформации называют деформационным упрочнением или наклепом.

Упрочнение при наклепе объясняется возрастанием на несколько порядков плотности дислокаций:

8_files/image003.gif

Их свободное перемещение затрудняется взаимным влиянием, также торможением дислокаций в связи с измельчением блоков и зерен, искажениями решетки металлов, возникновением напряжений.

 Наклёп понижает  плотность металла из-за нарушения порядка в размещении атомов при увеличении плотности  дефектов и образовании микропор. Уменьшение плотности используют для увеличения  долговечности деталей, которые при эксплуатации подвержены переменным нагрузкам.  С этой целью применяют поверхностное пластическое деформирование детали с помощью  обдувки дробью или обработки специальным инструментом. Наклёпанный слой стремиться  расшириться , встречая сопротивление со стороны ненаклёпанных участков детали.  В результате в этом слое возникнут напряжения сжатия, а под ним, на большом расстоянии  от поверхности, появятся напряжения растяжения. Сжимающие напряжения в поверхностном  слое замедляют зарождение усталостной трещины и тем самым увеличивают долговечность  деталей.

Наклёпанные металлы легче корродируют и склонны к коррозионному  растрескиванию.

Влияние нагрева на структуру и свойства деформированного металла: возврат и рекристаллизация

Деформированный металл находится в неравновесном состоянии. Переход к равновесному состоянию связан с уменьшением искажений в кристаллической решетке, снятием напряжений, что определяется возможностью перемещения атомов.

При низких температурах подвижность атомов мала, поэтому состояние наклепа может сохраняться неограниченно долго.

При повышении температуры металла в процессе нагрева после пластической деформации диффузия атомов увеличивается и начинают действовать процессы разупрочнения, приводящие металл в более равновесное состояние – возврат и рекристаллизация.

Т.е.  процессы, происходящие при нагреве, подразделяют на возврат и рекристаллизацию.  В свою очередь, при возврате различают отдых и полигонизацию.

Возврат. Небольшой нагрев вызывает ускорение движения атомов, снижение плотности дислокаций, устранение внутренних напряжений и восстановление кристаллической решетки.

Процесс частичного разупрочнения и восстановления свойств называется отдыхом (первая стадия возврата). Имеет место при температуре

8_files/image004.gif..

Возврат уменьшает искажение кристаллической решетки, но не влияет на размеры и форму зерен и не препятствует образованию текстуры деформации.

Полигонизация – процесс деления зерен на части: фрагменты, полигоны в результате скольжения и переползания дислокаций.

При температурах возврата возможна группировка дислокаций одинаковых знаков в стенки, деление зерна малоугловыми границами (рис. 8.3).

8_files/image005.gif

Рис. 8.3. Схема полигонизации: а – хаотическое расположение краевых дислокаций в деформированном металле; б – дислокационные стенки после полигонизации.

В полигонизированном состоянии кристалл обладает меньшей энергией, поэтому образование полигонов — процесс энергетически выгодный.

Процесс протекает при небольших степенях пластической деформации. В результате понижается прочность на (10…15) % и повышается пластичность (рис.8.4). Границы полигонов мигрируют в сторону большей объемной плотности дислокаций, присоединяя новые дислокации, благодаря чему углы разориентировки зерен увеличиваются (зерна аналогичны зернам, образующимся при рекристаллизации). Изменений в микроструктуре не наблюдается (рис.8.5 а). Температура начала полигонизации не является постоянной. Скорость процесса зависит от природы металла, содержания примесей, степени предшествующей деформации.

8_files/image006.gif

Рис. 8.4. Влияние нагрева деформированного металла на механические свойства

8_files/image007.gif

Рис. 8.5. Изменение структуры деформированного металла при нагреве

При нагреве до достаточно высоких температур подвижность атомов возрастает и происходит рекристаллизация.

Рекристаллизация – процесс зарождения и роста новых недеформированных зерен при нагреве наклепанного металла до определенной температуры.

Нагрев металла до температур рекристаллизации сопровождается резким изменением микроструктуры и свойств. Нагрев приводит к резкому снижению прочности при одновременном возрастании пластичности. Также снижается электросопротивление и повышается теплопроводность.

1 стадия – первичная рекристаллизация (обработки) заключается в образовании центров кристаллизации и росте новых равновесных зерен с неискаженной кристаллической решеткой. Новые зерна возникают у границ старых зерен и блоков, где решетка была наиболее искажена. Количество новых зерен постепенно увеличивается и в структуре не остается старых деформированных зерен.

Движущей силой первичной рекристаллизации является энергия, аккумулированная в наклепанном металле. Система стремится перейти в устойчивое состояние с неискаженной кристаллической решеткой.

2 стадия – собирательная рекристаллизация заключается в росте образовавшихся новых зерен.

Движущей силой является поверхностная энергия зерен. При мелких зернах поверхность раздела большая, поэтому имеется большой запас поверхностной энергии. При укрупнении зерен общая протяженность границ уменьшается, и система переходит в более равновесное состояние.

Температура начала рекристаллизации связана с температурой плавления

8_files/image008.gif,

для металлов 8_files/image009.gif

для твердых растворов 8_files/image010.gif

для металлов высокой чистоты 8_files/image011.gif

На свойства металла большое влияние оказывает размер зерен, получившихся при рекристаллизации. В результате образования крупных зерен при нагреве до температуры t1 начинает понижаться прочность и, особенно значительно, пластичность металла.

Основными факторами, определяющими величину зерен металла при рекристаллизации, являются температура, продолжительность выдержки при нагреве и степень предварительной деформации (рис. 8.6).

8_files/image012.gif

Рис. 8.6. Влияние предварительной степени деформации металла на величину зерна после рекристаллизации

С повышением температуры происходит укрупнение зерен, с увеличением времени выдержки зерна также укрупняются. Наиболее крупные зерна образуются после незначительной предварительной деформации 3…10 %. Такую деформацию называют критической.

Контрольные вопросы.

Что  называется деформацией?

Какие виды деформации вы знаете? Приведите примеры.

Как  осуществляется пластическая деформация в кристалле? Назовите две разновидности  пластической деформации.

Дайте понятия «монокристалл» и «поликристалл».

Что такое «нагартовка» - «наклёп»?

Как вы понимаете понятие «текстура»?

Каким  образом получают нагартованную текстуру?

Какие отрицательные свойства появляются  у металла после нагартовки?

 Что такое «возврат»? Виды возврата нагартованного  металла.

Что такое «рекристаллизация»? Какие вам известны стадии рекристаллизации?

Медь  имеет решётку ГЦК, а цинк - ГПУ. Какой из этих металлов пластичней?

Стальная  проволока для тросов производится методом холодной вытяжки. Чем объясняется высокая  прочность тросов?

Задание.

Зарисуйте таблицу «Явления возврата и  рекристаллизации наклёпанного металла» и заполните её.

Параметры

Наклёпанный металл

Возврат

Рекристаллизация

График изменения мех. свойств:  предела прочности…, твёрдости, пластичности...

График изменения размера зёрен

Рисунок текстуры

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 7

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЦЕМЕНТА

7.1. Общие сведения

Цемент - это название группы гидравлических вяжущих веществ, главной составной частью которых являются силикаты и алюминаты кальция.

В настоящее время наиболее широко применяются в строительстве цементы на основе портландцементного клинкера: портландцемент без добавок, портландцемент  с минеральными добавками, быстротвердеющий портландцемент, шлакопортландцемент,  пуццолановый портландцемент и глиноземистый цемент.

Для проведения испытания цемент доставляют в лабораторию в герметичной таре и хранят в сухом месте.

При испытании цемента в определяют его истинную плотность, тонкость помола, нормальную густоту, сроки схватывания цементного теста, равномерность изменения объема цемента, марку цемента и его вид. Технические требования к цементам различных видов представлены в табл. 30.

 Таблица 30

Технические требования к качеству цементов различных видов

Вид цемента

Тонкость помола по остатку на сите № 008

Сроки схватывания

Предел прочности, МПа, через сут. не менее

Марка цемента

При сжатии

При изгибе

Начало

Конец

3

28

3

28

Портландцемент и портландцемент

 с минеральными

добавками

Не более 15 %

Не

ранее

 45 мин

Не

позднее 10ч

-

-

-

-

40

50

55

60

-

-

-

-

5,5

6,0

6,2

6,5

400

500

550

600

Шлакопортландцемент

-||-

-||-

-||-

-||-

-||-

-||-

-||-

-||-

-||-

-

-

-

30

40

50

-

-

-

4,5

5,5

6,0

300

400

500

Портландцемент

быстротвердеющий

-||-

-||-

-||-

-||-

-||-

-||-

25

28

40

50

4

4,5

5,5

60

400

500

Шлакопортландцемент быстротвердеющий

Не более 12 %

-||-

-||-

20

40

3,5

5,5

400

Пуццолановый портландцемент

Не более 15 %

-||-

-||-

-||-

-||-

30

40

4,5

5,5

300

400

Сульфатостойкий портландцемент

-||-

-||-

-||-

40

5,5

400

7.2. Цель работы

Изучение основных требований к цементам, методов оценки их качественных показателей, определение марки цемента и его вида.

7.3. Порядок выполнения работы

7.3.1. Определение истинной плотности цемента

Истинную плотность цемента определяют с помощью пикнометра или прибора Ле-Шателье (см. лабораторная работа № 1 п. 1.3.1.).В качестве инертной жидкости следует использовать керосин.

Результаты опытов заносятся в таблицу.

Истинная плотность портландцемента (без минеральных добавок) составляет 3,05…3,15 г/см3.


Содержание и задачи курса сопротивление материалов