Лекция 1
Тема № 1. «Механические свойства металлов и сплавов и методы их
ВВЕДЕНИЕ
Целью курса „Основы пластической деформации металлов” является изучение механизма пластической деформации металлов и сплавов, изменения структуры при деформации, влияния структурных изменений при пластической деформации на механические свойства. Ознакомление с основными механическими свойствами металлов и сплавов и методами их определения.
определения»
Основные механические свойства металлов и сплавов. Критерии оценки прочности материалов: конструктивная и конструкционная прочность материалов. Классификация методов определения механических свойств. Статические испытания: испытание на растяжение, сжатие, изгиб и кручение.
Из свойств, которыми могут обладать материалы, механические свойства в большинстве случаев являются важнейшими.
Под механическими свойствами понимают характеристики, определяющие поведение металла или другого материала под действием приложенных внешних сил.
К основным механическим свойствам относят:
- сопротивление металла (сплава) деформации – прочность;
- сопротивление разрушению – пластичность;
- вязкость;
- способность материала не разрушаться при наличии трещин.
В результате механических испытаний получают числовые значения механических свойств, т.е. значения напряжений или деформаций при которых происходит изменение физического и механического состояния материала.
При оценке механических свойств металлических материалов различают несколько групп их критериев.
1. Критерии, определяемые независимо от конструктивных особенностей и характера службы изделий. Эти критерии находятся путем стандартных испытаний гладких образцов на растяжение, сжатие, изгиб, твердость (статические испытания) или на ударный изгиб образцов с надрезом (динамические испытания).
Прочностные и пластические свойства, определяемые при статических испытаниях на гладких образцах, хотя и имеют важное значение (они входят в расчетные формулы) во многих случаях не характеризуют прочность этих материалов в реальных условиях эксплуатации деталей машин и сооружений. Они могут быть использованы только для простых по форме изделий, работающих в условиях статической нагрузки при температурах близких к нормальной.
2. Критерии оценки конструктивной прочности материала, которые находятся в наибольшей корреляции со служебными свойствами изделия и характеризуют работоспособность материала в условиях эксплуатации.
Их можно разделить на две группы:
- критерии, определяющие надежность металлических материалов против внезапных разрушений (вязкость разрушения, работа, поглощаемая при распространении трещин и др.);
- критерии, которые определяют долговечность изделий (сопротивление усталости, износостойкость и др.).
3. Критерии оценки прочности конструкции в целом (конструкционной прочности), определяемые при стендовых, натурных и эксплуатационных испытаниях. При этих испытаниях выявляется влияние на прочность и долговечность конструкции таких факторов как распределение и величина остаточных напряжений, дефектов технологии изготовления и конструирования изделий и т.д.
Для решения практических задач металловедения необходимо определять как стандартные механические свойства, так и критерии конструктивной прочности.
КЛАССИФИКАЦИЯ МЕХАНИЧЕСКИХ ИСПЫТАНИЙ
В связи с тем, что условия работы металлов и сплавов различны, существуют соответственно разнообразные виды и методы испытаний. Все виды испытаний можно классифицировать следующим образом:
1. По характеру внешнего воздействия:
- кратковременные испытания - динамические испытания;
- длительные испытания - статические испытания.
2. По виду напряженного состояния:
- испытания на растяжение, сжатие, изгиб, кручение, срез;
- испытания в условиях сложного напряженного состояния.
3. Технологические испытания;
- испытания для контроля пластичности;
- измерение твердости;
- испытания на вытяжку.
4. Испытания переменной нагрузкой:
-испытанияна усталость;
- испытания на статическую усталость.
5. Испытания ударом:
- испытания на ударное растяжение;
- испытание изгибом на ударную вязкость;
- испытания повторными ударами.
6. Натурные испытания:
- испытания на стендах;
- испытания готовых изделий.
Как правило, при механических испытаниях металлов все наблюдения расчеты напряженного состояния производят в макроскопических объемах. Как исключение, прибегают иногда и к наблюдениямв микроскопических объемах (наблюденияза деформациями в пределах отдельных кристаллов).
При всех видах механических испытаний производят по возможности на образцах металла такие внешние воздействия, которым он подвергается в условиях службы. Получаемые при этом характеристики механических свойств условны, зависят от условий испытаний. Это приводит к необходимости унификацииметодов механических испытаний с целью получения сопоставимых данных. Унификация методов испытаний выполняется и совершенствуется в рамках государственных стандартов и международных рекомендаций.