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

28465. Стандарты ИСО 9000 :2000 77 KB
  С тех пор количество предприятий сертифицировавших свои системы качества на соответствие данным стандартам возросло более чем в 6 раз. В результате комплекс документов состоявший ранее из 24 стандартов некоторые их них остались на стадии внедрения теперь содержит 5 базовых стандартов: ИСО 9000:2000 Система менеджмента качества. Основные принципы и словарь ; ИСО 9001:2000 Система менеджмента качества. Требования устанавливает минимально необходимый набор требований к системам качества и применяется для целей сертификации и аудита; ИСО...
28467. Подготовка ресторана к обслуживанию потребителей. Виды скрвировок 108.5 KB
  Виды скрвировок Тщательная продуманная последовательная подготовка к рабочему дню в ресторане обеспечивает четкую организацию обслуживания способствует облегчению труда официантов. Если во время обслуживания потребуется сменить скатерть сделать это нужно незаметно. Сервировка столов бывает различной в зависимости от характера обслуживания: завтрак обед дежурные или порционные блюда вечернее обслуживание по порционному прейскуранту обслуживание банкетов по составленному меню. Для обслуживания днем по меню дежурных блюд на стол...
28468. Служба питания в структуре гостиничного комплекса. Ее значение, характеристика услуг 133 KB
  Последовательность расположения: безалкогольные сорта ставят в меню перед пивом содержащими алкоголь и крепким сортом пива; отечественные сорта перед иностран. Назначение и принципы составления меню. Факторы учитываемые при составлении меню. Виды меню: меню со свободным выбором блюд меню комплексного обеда меню бизнес ланча меню дневного рациона меню диетического питания банкетное меню и др.
28469. Предприятие в условиях рыночной экономики, основные при 69.5 KB
  Предприятие в условиях рыночной экономики основные признаки определяющие предприятие характеристика отдельных типов предприятий туристской индустрии. При характеристике рынка туризма необходимо учитывать что основным предметом куплипродажи являются услуги. Принятие самостоятельных решений связанных со стратегией тактикой созданием структур управления предприятием. Можно выделить следующие предприятия в туриндустрии: 1.
28470. Фаза бронирования. Типы бронирования. Источники и каналы бронирования номеров. Подтверждение и аннуляция бронирования 73.5 KB
  Гостиницы объединяются с целью ускорения процесса бронирования и сокращения общих расходов. Подтверждение и аннуляция бронирования: письмо подтверждающее бронирование номера содержит намерения обеих сторон предоставить или воспользоваться услугами гостиницы. Эти № заносятся в информационную систему гостиницы во избежание несоответствий связанных с бронированием или отмены бронирования. В некоторых гостиницах форму №1Г заполняют сами администраторы на основании паспорта дополнительный сервис гостиницы.
28471. Метод найменшої вартості побудови початкового опорного плану 17.79 KB
  Для даної задачі такою є клітинка А2В2 в яку записується найменше з чисел 220 230. У звуженому полі клітинок вибирається найменша вартість в клітинці А2В1 в яку записується min 10 150 =10. В цю клітинку записується min 280300=280 проставляється прочерк в А3В3 і біля запасів А1 записується залишок в 20 од. Далі заповнюється клітинка А1B4 з найменшою вартістю числом min 20 200=20 виставляються прочерки в клітинках А1В1 А1В2 і записується залишок потреб В4 в розмірі 180 од.
28472. Метод потенціалів побудови оптимального плану 20.81 KB
  Метод потенціалів побудови оптимального плану Побудова системи потенціалів. Сформулюємо критерій оптимальності Канторовича опорного плану ТЗ:Опорний планоптимальний тоді і тільки тоді коли для цього плану існує система чиселпотенціалів u1u2.Іншими словами для оптимальності опорного плану необхідно і достатнє існування такої системи потенціалів що для заповнених клітинок виконується система рівнянь а для вільних клітинок виконується система нерівностей де К1 К2 множини пар індексів і та j які визначають...
28473. Матриці та дії над ними 25.77 KB
  Матрицею або m × nматрицею називається прямокутна таблиця m × n чисел розташованих вт рядках і n стовпцях: де а.Матриця називається прямокутною якщо m ≠ n і квадратною якщо m = n. В останньому випадку число n називається її порядком.Нульовою нульматрицею називається матриця О псі елемент якої нулі.