Тема 2.2 Свойства металлов и сплавов
Механические свойства металлов, определяемые при испытании на растяжение, их характеристика. Испытание и твердость и определение твердости методами Бринелля, Роквелла, Виккерса. Испытание на микротвердость
Определение ударной вязкости. Основная цель определения ударной вязкости при выборе материала для конструкций и деталей машин. Факторы, влияющие на вязкость материалов
Понятие о методах испытания металлов на усталость (выносливость), ползучесть и жаропрочность (предел текучести и длительная прочность)
Термический анализ. Определение критических точек
Сущность и цель каждого анализа, применяемое оборудование
Литература: [2, c. 7-20]; [3, c. 46-66]; [4, c. 8-14, 26-30]
Методические рекомендации
Изучите способы определения свойств металлов и методов определения дефектов в металлах.
При изучении каждого метода в конспект записывайте его достоинства, недостатки и область применения.
Нужно совершенно точно знать обозначения и единицы СИ, в которых выражаются различные физические величины.
При изучении испытания на растяжение вычертите в конспекте диаграммы растяжения для пластических и хрупких материалов и укажите характерные точки на них. Нужно знать, какие характеристики прочности и пластичности определяются при испытании на растяжение. Выпишите в конспект все формулировки (пределов упругости, пропорциональности, условного и физического пределов текучести, предела прочности). Не путайте предел текучести и площадку текучести. Предел текучести–характеристика прочности материала, а площадка текучести–характеристика пластичности.
Способы определения твердости находят очень широкое применение, так как требуют специальных образцов, просты в выполнении и производительны. Выпишите в конспект область применения каждого способа, его достоинства и недостатки. Зная числа твердости по Бринеллю, можно приблизительно судить о прочности материала. У мягких материалов, чем больше твердость, тем больше и прочность. Однако нужно обязательно иметь в виду, что прочность и твердость–это не одно и то же.
При массовом и крупносерийном производстве для контроля твердости применяют методы, основанные на физических свойствах. Так как все свойства материала зависят от его внутреннего состояния, то при изменении механических свойств, например твердости, изменяются и физические свойства. Заранее установив зависимость между нужным числом твердости и определенным физическим свойством, например электросопротивлением, на пути движения деталей на конвейере устанавливают прибор, который автоматически по разным направлениям направляет детали с заданным числом твердости или числом твердости больше или меньше заданного. Этими методами нельзя определять саму твердость, определяется только соответствие заданному числу твердости. Эти методы нельзя применять при единичном и мелкосерийном производстве, так как физические свойства детали (например, электросопротивление) зависят не только от внутреннего состояния, но и от размеров и формы детали. В массовом и крупносерийном производстве эти способы будут применяться все шире и шире, так как предусмотрено увеличить производство (а значит, и применение) современных измерительных средств автоматизации контроля.
Определенной ударной вязкости особенно важно для материалов, которые идут на изготовление деталей, работающих с ударными нагрузками. Выпишите в конспект факторы, которые влияют на ударную вязкость, практически не влияя на другие свойства (величину зерна, количество фосфора в стали и др.).
Изучая испытание на усталость, вычертите кривую усталости и запишите, что называется пределом выносливости. Нужно знать, что при разрушении при переменных нагрузках может произойти при напряжении меньше не только предела прочности, но и предела текучести. Выпишите факторы, влияющие на предел выносливости. Нужно знать, что разрушение при переменных нагрузках может произойти при напряжении меньше не только предела прочности, но и предела текучести. Выпишите факторы, влияющие на предел выносливости, так как, зная эти факторы, можно повысить предел выносливости, а значит увеличить срок службы деталей.
Технологические испытания металлов имеют очень большое практическое значение, так как правильно выбрать метод изготовления детали можно только в том случае, если известны его технологические свойства. Неправильно выбранный способ изготовления значительно увеличивает их стоимость. Кроме того, материалы с плохими технологическими свойствами находят в промышленности ограниченное применение.
Изучив все способы определения механических свойств, разберите основные физические методы контроля металлов (рентгеновский, спектральный и др.). Обязательно уясните достоинства, недостатки и область применения каждого метода. Например, что люминесцентный метод применяется только для определения поверхностных дефектов; при помощи ультразвука можно определить мелкие дефекты, лежащие на большой глубине.
После изучения этой темы нужно уметь:
1) объяснять практическое значение металловедения как науки для народного хозяйства;
2) объяснять, на какие свойства и как влияют дефекты кристаллического строения в реальных металлах;
3) правильно выбирать способ определения твердости в зависимости от испытуемого материала и его сечения;
4) записывать обозначения всех механических свойств и указывать их единицы;
5) объяснять практическое значение технологических свойств материалов;
6) выбирать метод контроля дефекта в деталях в зависимости от материала деталей и характера дефекта.
Вопросы для самоконтроля
1 Назовите характеристики пластичности, прочности и вязкости материалов.
2 Какие характеристики пластичности определяются при испытании на растяжение?
3 Укажите характерные точки на диаграмме растяжения.
4 Что называется твердостью?
5 Укажите нагрузку и диаметр стального шарика при испытании твердости по способу Бринелля для поковки из углеродистой стали, меди, штамповки из алюминиевого сплава.
6 Напишите обозначение твердости по Роквеллу и укажите значение всех букв.
7 Какой способ применяется для определения твердости поверхностных слоев?
8 Какие факторы влияют на величину ударной вязкости?
9 Что называется усталостью (выносливостью) металлов?