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

17394. Плоскость, линии и точки в плоскости 73.5 KB
  Плоскость линии и точки в плоскости. Проецирование элементов определяющих плоскость. При ортогональном проецировании любая плоскость может быть задана на чертеже проекциями трех точек не лежащих на одной прямой ; проекциями прямой и точки не лежащей на данно...
17395. ВЗАИМНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ ПРЯМЫХ И ПЛОСКОСТЕЙ 64.5 KB
  ВЗАИМНОЕ ПОЛОЖЕНИЕ ПРЯМЫХ И ПЛОСКОСТЕЙ Прямая параллельная плоскости. Если прямая АВ параллельна прямой лежащей в некоторой плоскости то она параллельна этой плоскости. Если необходимо через заданную точку провести прямую параллельную заданной плоскости необ
17396. ПОВЕРХНОСТИ И ТЕЛА 70.5 KB
  ПОВЕРХНОСТИ И ТЕЛА Все поверхности можно подразделить на графические закон образования которых нам не известен и примером такой поверхности может быть топографическая поверхность Земли и геометрические закон которых известен. Часть пространства ограниченная
17397. ПОВЕРХНОСТИ И ТЕЛА. Циклические поверхности 74.5 KB
  ПОВЕРХНОСТИ И ТЕЛА Циклические поверхности Циклические поверхности могут быть образованы движением в пространстве какой либо окружности постоянного или переменного радиуса при перемещении ее центра по криволинейной направляющей а плоскость окружности ост
17398. Винтовые поверхности 53 KB
  Винтовые поверхности. Винтовой поверхностью называется поверхность которая описывается образующей при ее винтовом движении. Образующие могут быть как кривыми так и прямыми линиями. Прямые линии обычно называются винтовыми параллелями. Расстояние между винтов
17399. Пересечение поверхностей геометрических тел плоскостями 62.5 KB
  Пересечение поверхностей геометрических тел плоскостями. Сечение гранных тел проецирующими плоскостями. При пересечении поверхностей тел проецирующими плоскостями одна проекция сечения совпадает с проекцией проецирующей плоскости. Рассмотрим чертеж шести
17400. Пересечение поверхностей геометрических тел плоскостями 57 KB
  Пересечение поверхностей геометрических тел плоскостями. Сечение гранных тел плоскостью общего положения Плоскость задана пересекающимися прямыми горизонталью и фронталью. Геометрическое тело трехгранная призма. ...
17401. Пересечение двух поверхностей способом сфер или вспомогательных шаровых поверхностей 54.5 KB
  Пересечение двух поверхностей способом сфер или вспомогательных шаровых поверхностей. Для построения линии пересечения некоторых поверхностей не рационально использовать плоскости в качестве вспомогательных секущих поверхностей. Если пересекаются две поверхно
17402. Пересечение прямой и поверхности 38 KB
  Пересечение прямой и поверхности. Для контроля усвоения материала хочу предложить выполнить самостоятельно две простые задачи на пересечение прямых частного положения с поверхностями конуса и цилиндра. ...