6062

Расчет предела текучести металлов и сплавов как совокупной характеристики с учетом влияния структурных уровней

Лабораторная работа

Производство и промышленные технологии

Расчет предела текучести металлов и сплавов как совокупной характеристики с учетом влияния структурных уровней Цель работы - на практике убедиться, что прочность металла является совокупной характеристикой его межатомных сил связи, а также влия...

Русский

2012-12-28

89 KB

7 чел.

Расчет предела текучести металлов и сплавов как совокупной характеристики с учетом влияния структурных уровней

Цель работы — на практике убедиться, что прочность металла является совокупной

характеристикой его межатомных сил связи, а также влияния структурного, фазового,

дисперсионного и твердо растворного упрочнения

Приборы и инструменты - фотографии электронно-микроскопических снимков

отражающих закономерности структурообразования в металлах; база данных физико-

механических свойств заданных материалов при комнатной температуре, формулы для расчета;

калькуляторы или ЭВМ.

Объект исследования - металлический образец вырезанный из рабочей части детали машин.

Задание - произвести оценку прочности металла  Ni  никель  как суммы вкладов () в упрочнение, обусловленных   межатомными силами Пайерлса (), твердо растворного (); дислокационного ();   дисперсионного (),   зернограничного () субструктурного (субзеренного) упрочнения ()    Уметь объяснить физическую сущность упрочнения   Сравнить полученный результат () с теоретической прочностью металла ()

Межатомными силами Пайерлса () - называются силы удерживающие атомы в твердом теле. Между атомами, образующими кристаллическое твердое тело, существуют, силы притяжения, которые уровновешиваються  на растояниях порядка  см силами отталкивания.

Твердорастворное упрочнение () основано на введении в кристаллическую решетку основного металла элементов замещения или внедрения. Если при введении второго элемента в кристаллическую решетку основного металла его решетка сохраняется, а атомы этого второго элемента замещают часть атомов основного элемента на их законных узлах, то в этом случае образуется твердый раствор замещения.

В кристалле хаотически располагаются источники дислокаций Франка — Рида, испускающие под действием внешнего напряжения V в плоскости скольжения группы дислокаций, которые после прохождения некоторого расстояния скапливаются у препятствий. Препятствиями могут быть субграницы, сидячие дислокации, и т.п.
 
Выделение внутри зерен твердого раствора высокодисперсных равномерно распределенных частиц упрочняющих фаз, сильно повышает предел текучести (дисперсное упрочнение) (). Упрочнение при старении объясняется торможение дислокаций зонами Гинье-Престона или частицами выделений. Помимо зон ГП дисперсными частицами являются химические соединения, например, карбиды, нитриды, которые обладают высокой твердостью, но при этом хрупки.
 Эффективным барьером для движения дислокаций в металлах является межзеренная граница - зернограничное упрочнение (). Повышение прочности при измельчении зерна не сопровождается охрупчиванием. Чем мельче зерно, тем труднее развивается хрупкая трещина, поскольку границы зерен затрудняют переход трещины сколом из одного зерна в другое вследствие изменения ее направления движения. Измельчение зерна понижает порог хладноломкости.

В чистых металлах увеличение сопротивления деформированию осуществляется исключительно за счет субструктурного упрочнения. () Субструктурное упрочнение достигается при введении в кристаллическую решетку большого числа дефектов - дислокаций при их плотностях, достигающих значений 1014-1015 м- 2. Дислокации, скользящие через хаотически расположенные неподвижные дислокации, испытывают со стороны последних сопротивление двоякой природы. Во-первых, это упругое торможение, обусловленное совокупным упругим полем всех дислокаций, присутствующих в материале (дислокационным ансамблем). Во-вторых, это контактное торможение, обусловленное взаимодействием скользящих дислокаций с конкретными дислокациями. Скользящие дислокации могут пересекать неподвижные. При этом образуются пороги, волочение которых в процессе деформации приводит к генерации точечных дефектов (вакансий, межузельных атомов). Другой вид контактного взаимодействия - дислокационные реакции, когда взаимодействующие дислокации образуют другую дислокацию с другими параметрами. Такие реакции могут приводить к формированию дислокационных барьеров, препятствующих скольжению последующих дислокаций.

Параметры и рабочие формулы для расчета.

Е – модуль Юнга, Мпа                                                                                                                                                                           Sn – поверхностная энергия, Мпа·м

а – равновесное межатомное расстояние (параметр решетки), м

G – модуль Сдвига. Мпа

ΣK1 = 20 — суммарный коэффициент упрочнения всех элементов

ΣC1 = 10 — суммарная концентрация всех элементов

α = 0,5  -     коэффициент

М0 = 2,75 — ориентационный множитель

b = а/2 – вектор Бюргерса

ρ = 1015 и 1012   1/м²    плотность дислокаций, 1/м²

λ =  9 мкм  — расстояние между частицами, м

D= 10 и 120 мкм — размер зерна, м

Кс = 0,13·10-3 — коэфф. Учитывающий субструктуру, Мпа·м

d = 1 и 5 мкм — размер субзерна, м

(1 мкм =10-6 м

Сводная таблица экспериментальных результатов

Вклад

Условия

Металл

ГЦК

ОЦК

ГПУ

Al

Au

Ag

Си

Ni

Nb

V

Сг

Мо

W

Mg

Ti

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

=

13000

16000

18000

28100

34500

41900

45200

15900

23000

=

6,32

7,57

12,1

19

20,4

30

40

43,2

10,9

=

200

200

200

200

200

200

200

200

200

757

269

380

578

1616

822

1200

200

276

23

8,5

12

18,3

50,9

26

35,7

76,1

87

λ=9 мкм

4,3

5,49

0,77

1,18

1,04

1,18

2,28

4,92

5,65

D=10 мкм

11,7

13,7

5,93

3,12

30,9

13,7

6,46

6,92

1,67

D=120 мкм

3,39

3,95

2,5

9,18

8,92

47,6

18,5

20

4,84

d=1 мкм

130

130

130

130

130

130

130

130

130

d = 5 мкм

26

26

26

26

26

260

260

260

16

1 109,32

625,76

728,8

931,3

1998,34

1196,88

1578,74

585,04

624,22

263,01

251,51

253,37

273,66

307,26

564,78

556,48

556,48

324,39

Выводы:

Наиболее прочными являются металлы с типом решетки ОЦК.

Наиболее существенными вкладами в упрочнение являются: твердо растворного, дислокационного, субструктурного (субзеренного) упрочнения.

Сумма вкладов в упрочнение реального металла много меньше теоретической прочности, потому что теоретическая прочность не учитывает дефекты, и рассматривает идеальную структуру.    


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

21556. Международный рынок услуг 221 KB
  Международный рынок услуг. Международный рынок услуг. План: Сущность и сегменты международного рынка услуг. Особенности формирования и развития международного рынка услуг.
21558. Ценообразование в международной торговле 187.5 KB
  План: Определение мировой цены и объемов торговли Распределение выигрыша от международной торговли Сущность и основные виды мировых цен Условия торговли конъюнктура мирового рынка Международное ценообразование это формирование цен за пределами страны где находится предприятие производитель товара. Распределение выигрыша от международной торговли как внутри страны так и между странами в конечном итоге определяется тем на каком уровне устанавливаются цены на те товары которыми страны торгуют между собой и каковы объемы торговли....
21559. Система современных международных экономических отношений 218.5 KB
  Основы международной торговли. Основы международной торговли. Понятие объекты и субъекты международной торговли Международная торговля представляет собой одну из форм международных экономических отношений которая. Международная торговля это сфера товарноденежных отношений представляющая собой совокупность внешней торговли всех стран мира.
21560. Транснациональные корпорации. Свободные экономические зоны 121 KB
  План: ТНК СЭЗ Отличительные черты международных корпораций Эксперты ООН которая традиционно изучает деятельность международных корпораций долгое время относили к ним такие фирмы которые имели годовой оборот превышающий 100 млн долл. Самые большие заграничные активы среди ТНК кроме финансового сектора имеют англоголландский концерн Роял Датч Шелл а также четыре фирмы США: Форд Дженерал моторе Экссоц и ИБМ. Наиболее общей причиной возникновения ТНК является интернационализация производства и капитала на основе...
21561. Балансы международных расчетов 99 KB
  Методы государственного регулирования платежного баланса. Сальдо данного баланса отражает международную расчетную позицию страны: если сальдо активное то страна является неттокредитором и в будущем она должна получить валютные поступления; если сальдо пассивное то страна является неттодолжником и в будущем она должна будет осуществлять валютные платежи. Баланс международной задолженности широко используется в международной практике и отличается от расчетного баланса набором статей. В основе составления платежного баланса лежат...
21562. Внешнеторговая политика государства 384.5 KB
  Крайняя форма протекционизма – экономическая автаркия – означает стремление страны ограничить импорт только теми товарами которые в данной стране производится не могут а экспорт допускается в той мере в которой он обеспечивает необходимый импорт. P Sd Внутренняя цена с тарифом Pd А В С Д T Мировая цена Pw...
21563. Международная миграция капитала 271 KB
  Международная миграция капитала: сущность и формы вывоза капитала. На современном этапе развития мирового хозяйства одним из основных факторов развития МЭО считается вывоз капитала. Для возникновения только возможности экспорта капитала требовались достаточно значительные накопления его в стране.
21564. Понятие мирового хозяйства. Международное разделение труда 139 KB
  Обычно эти страны имеют много общих черт как в плане экономического развития так и в институциональном и структурном плане. Западные экономисты традиционно классифицировали страны по принадлежности к первому второму или третьему миру. Страны первого мира располагали высокоэффективной экономикой и высоким уровнем дохода. К этой группе принадлежат промышленно развитые и некоторые нефтедобывающие страны получающие высокие доходы от торговли топливными ресурсами.