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

84004. РІД IМЕННИКIВ. ЗМІНЮВАННЯ IМЕННИКIВ ЗА ЧИСЛАМИ 96.5 KB
  Мета: - перевірити знання учнів про іменник, як частину мови, закріпити знання дітей про змінювання іменників за числами, повторити з учнями рід іменників, розвивати вміння правильно ставити рід у словах, повторити антоніми, збагачувати активний словник школярів, продовжувати роботу...
84005. Складання твору за картиною «Зима - чарівниця» 114 KB
  Мета: Ознайомити із темою уроку. Формувати вміння добирати найбільш влучні Прикметники під час складання твору. Розвивати зв’язне мовлення мислення, спостережливість. Удосконалювати чітко і повним реченням відповідати на запитання. Збагачувати словниковий запас. Виховувати любов до природи.
84006. Розвиток зв’язного мовлення. Твір «Моє місто» 133.5 KB
  Мета. Хід уроку Організація класу Актуалізація опорних знань Слово вчителя Діти послухайте вірш Моє місто Умань стародавнє. Яке місто названо у вірші З якої букви потрібно писати це слово На каліграфічній хвилинці повторимо правила написання букв У у букво сполучення із даними буквами.
84007. Навчальний переказ у формі прес-конференції 153.5 KB
  Мета: Вчити дітей передавати послідовно зміст зв’язного тексту. Розширити і збагатити знання учнів про сову, осмислити значення цієї пташки. Розвивати уяву, фантазію, спостережливість. Виховувати бережне ставлення до природи. Засобом рольової гри та нестандартним підходом...
84008. Общая характеристика эволюции управленческой мысли 19.83 KB
  Первобытно общинный рабовладельческий феодальный периоды. Индустриальный период. Период систематизации научно практических знаний. период связан с бурным развитием промышленности научные открытия и изобретения на фоне буржуазных революций.
84009. Школа научного управления и ее современные последователи 17.67 KB
  В основе учения этой школы лежат следующие принципы: использование научного анализа для определения оптимальных способов выполнения задач; отбор работников наиболее подходящих для выполнения определенных задач и их обучение; обеспечение работников необходимыми ресурсами; систематическое и правильное использование материального стимулирования для повышения производительности труда; выделение планирования в функцию управления; становление менеджмента как самостоятельной науки; формирование функций менеджмента. Следовательно школа научного...
84010. Теоретические воззрения Тейлора, «тейлоризм» 22.05 KB
  Тейлором 1856 1915 который возглавил движение научного управления. Он заинтересовался не эффективностью человека а эффективностью деятельности организации что и положило начало развитию школы научного управления. Благодаря разработке концепции научного управления менеджмент был признан самостоятельной областью научных исследований. В своих работах Управление циклом 1903 и Принципы научного менеджмента 1911 Ф.
84011. Теоретические взгляды Г.Л. Ганнта 23.47 KB
  Ганнт является первооткрывателем в области оперативного управления и календарного планирования деятельности предприятий; он разработал целую систему плановых графиков графики Ганнта позволивших благодаря его высокой информированности осуществлять контроль за запланированным и составлять календарные планы на будущее. К числу организационных изобретений Ганнта следует отнести его систему заработной платы с элементами повременной и сдельной форм оплаты. Многие идеи Ганнта получили признание во всем мире и применяются в наши дни например...
84012. Теоретическое наследие Ф. и Л. Гилбрет 24.28 KB
  Солидный вклад в научную теорию управления внесли супруги Фрэнк и ЛилианГилбрет которые в 20е гг. нашего столетия были активными сторонниками научного управления. Это оказало большое влияние на развитие школы научного управления. концентрация производства и монополизация капитала привели к сосредоточению на крупных и мелких предприятиях работников различных специальностей что вызвало необходимость установления функционального кадрового управления.