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

19671. США в 1945-1980 гг. характерные черты социально-экономического и политического развития 17.42 KB
  США в 1945-1980 гг. характерные черты социально-экономического и политического развития. Положение после второй мировой войны. США не понесли таких потерь в войне как другие воевавшие страны. На их территорию не упала ни одна бомба; людские потери оказались в 90-раз меньше чем...
19672. МИРОВОЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ КРИЗИС 1929—1933 гг. 15.98 KB
  МИРОВОЙ ЭКОНОМИЧЕСКИЙ КРИЗИС 1929 1933 гг. Влияние кризиса на социальноэкономическое развитие Запада. Период относительной экономической и политической стабилизации западного мира завершился неожиданно быстро осенью 1929 г. Начался самый тяжелый в истории мировой экон
19673. Политическое развитие западных стран в условиях кризиса. Рост фашистской опасности 16.18 KB
  Политическое развитие западных стран в условиях кризиса. Рост фашистской опасности. По мере развития кризиса возникали различные варианты его преодоления предполагающие усиление роли государства. Первый либеральный вариант предусматривал активное вмешательств
19674. Рабочее, социал-демократическое и коммунистическое движение в годы экономического кризиса 14.57 KB
  Рабочее социалдемократическое и коммунистическое движение в годы экономического кризиса. Социалдемократические партии стояли на антифашистских позициях защищали систему буржуазной демократии основанную на парламентаризме но в то же время недооценивали опаснос
19675. Основные черты развития Италии во второй половине 20-21 вв 19.51 KB
  Основные черты развития Италии во второй половине 2021 вв. Преобразования 1945 1947 гг. Италия была одной из тех стран которые потерпели поражение в войне. В конце апреля 1945 г. на севере Италии началось восстание которое привело освобождению части страны еще до подхода с юг...
19676. ВЕЛИКОБРИТАНИЯ основные черты внутренней и внешней политики во второй половине 20- начале 21 в. 18.44 KB
  ВЕЛИКОБРИТАНИЯ основные черты внутренней и внешней политики во второй половине 20 начале 21 в. Ситуация после второй мировой войны. Распад колониальных империй главная проблема в послевоенной истории Англии и Франции. Великобритания вышла из войны ослабленной. Ей при...
19677. ФРАНЦИЯ во второй половине 20-21 в. основные политические события ,характерные черты социально-экономического развития 21.11 KB
  ФРАНЦИЯ во второй половине 20-21 в. основные политические события характерные черты социально-экономического развития. Положение страны после второй мировой войны. Летом 1944 г. в освобожденной Франции было создано временное правительство во главе с генералом де Голлем ру...
19678. Творческий путь Тургенева 28 KB
  Творческий путь Тургенева. И. С. Тургенев 1818 1883 родился в богатой дворянской семье. Детство провел в родовой усадьбе. В 1833 г. поступил в Московский университет в 1834 перевелся в Петербургский который и заканчивает в 1837 г. по словесному отделению философского факультета. ...
19679. Романы Тургенева: поэтика, проблематик, эволюция жанра 26.5 KB
  Романы Тургенева: поэтика проблематик эволюция жанра. Тургенева справедливо считается лучшим стилистом русской прозы XIX в. и тончайшим психологом. Как писатель Тургенев прежде всего классичен в самых разнообразный смыслах этого слова. Лучшие тургеневские вещи пора...