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

8 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

1762. Об итерационных методах решения операторных уравнений второго рода 1.44 MB
  Метод ускорения сходимости монотонных приближений к решению уравнения. Построение приближений, сходящихся к спектральному радиусу и собственному вектору линейного оператора. Построение приближений, сходящихся к собственному вектору линейного оператора. Об одном варианте метода Зейделя.
1763. Литургия в творчестве русских композиторов конца XVIII - XX веков. Специфика жанра и организация цикла 1.43 MB
  Авторский хоровой цикл литургии: богослужебный и музыкально-художественный аспекты. Литургия в жанровой системе духовно-музыкального искусства. Проблемы организации авторского литургийного цикла. Богослужебная структура и принципы музыкальной композиции. Литургия как исторически типизированная композиция. Богослужебная структура. Соотношение сакральной и художественной сфер в русской духовной музыке. Научно-теоретические подходы. Литургия Иоанна Златоуста ор. 41 П. Чайковского. Богослужебный канон и авторское художественное творчество.
1764. Духовная культура Ставрополья XIX – XX вв. (на примере фольклорных традиций) 1.42 MB
  Исторические предпосылки развития духовных традиций Ставропольской губернии. Отражение социально-политических явлений XX в. в фольклоре региона. Повседневная жизнь населения Ставрополья в фольклорном контексте. Традиции и формы организации свободного времени.
1765. Описательная психиатрия с позиции психоанализа 1.42 MB
  Психиатрия и клиническая психология - время перемен. Интерпретация понятий описательной психиатрии с позиций психоанализа традиционно входят в программу по усовершенствованию психиатров, психологов, сексологов и невропатологов.
1766. Фьючерсные форвардные и опционные рынки 1.42 MB
  В учебном пособии рассматриваются теоретические и практические вопросы функционирования зарубежного и нарождающегося российского рынка срочных контрактов. Книга представляет собой новый шаг в дальнейшем освещении малоизученных и потому пока еще сложных вопросов, связанных с операциями над ценными бумагами. Один из разделов посвящен описанию организации фьючерсной торговли на Московской товарной бирже, хорошо знакомой автору на практике.
1767. AppleScript Scripting Reference 1.41 MB
  Running JavaScript based Action Manager code from AppleScript. AppleScript Objects. JPEG save options. layer comp, layer comps. raw format open options. Preferences for the Adobe Photoshop CS2 application.
1768. Концепт скука в прозаическом тексте И.А. Гончарова 1.42 MB
  Концепт скука в прозаическом тексте И.А. Гончарова. Метапоэтические данные о скуке и скучающем герое в рефлексии И.А. Гончарова: термины и понятия. Особенности речевого поведения скучающего героя. Особенности языковой личности скучающего героя.
1769. МЕСТНЫЕ ОРГАНЫ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ВЛАСТИ И МЕСТНОЕ САМОУПРАВЛЕНИЕ В КАЛМЫКИИ В СЕРЕДИНЕ XIX-XX ВВ. (ИСТОРИКО-ПРАВОВОЙ АНАЛИЗ) 1.42 MB
  ФОРМИРОВАНИЕ МЕСТНЫХ ОРГАНОВ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ВЛАСТИ В КАЛМЫКИИ В СЕРЕДИНЕ ХIХ – НАЧАЛЕ ХХ ВЕКОВ. МЕСТНЫЕ ОРГАНЫ ГОСУДАРСТВЕННОЙ ВЛАСТИ И МЕСТНОЕ САМОУПРАВЛЕНИЕ В КАЛМЫКИИ В ХХ ВЕКЕ.
1770. MooTools Essentials The Official MooTools Reference for JavaScript and Ajax Development 1.41 MB
  A Note on the Code Formatting in This Book. Why You Should Use a JavaScript Framework. Anonymous Methods vs. Named Functions. Adding and Removing Element Events. Writing Flexible Classes.