ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Пути повышения прочности и пластичности металла из "Материаловедение 1972 " Увеличение прочности металла повышает надежность и долговечность машин (конструкций) и понижает расход металла на их изготовление вследствие уменьшения сечения деталей машин. Реально достигнутая прочность металла (техническая прочность) значительно ниже теоретической. [c.62] Под теоретической прочностью понимают сопротивление деформации и разрушению, которое должны были бы иметь материалы согласно физическим расчетам сил сцепления в твердых телах. Низкая прочность (сопротивление деформации) металла объясняется легкой подвижностью дислокации. Следовательно, для повышения прочности необходимо или устранить дислокации или повысить сопротивление их движению. Сопротивление движению дислокации возрастает при взаимодействии их друг с другом и с различного рода другими дефектами кристаллической решетки, создаваемыми при обработке металла. [c.62] Минимальная прочность определяется некоторой критической плотностью дислокаций а, приближенно оцениваемой — 10 —10 см . Эта величина относится к отожжегшым металлам. Если количество дефектов (плотность дислокаций) не превышает величины а, то уменьшение и.х содержания резко увеличивает сопротивление деформации. Прочность в этом случае быстро приближается к теоретической. [c.63] Отсутствие дефектов в усах объясняется условиями их роста и малыми размерами. Увеличение размера усов сопровождается резким снижением прочности. При толщине более 0,25 мкм усы железа по прочности не отличаются от технического железа. Недостаток усов — низкое сопротивление упругим деформациям. Модуль нормальной упругости усов железа находится в пределах 18500—30000 / мм , а у обычного монокристалла железа 21 ООО кПмм . Это объясняется тем, что модуль упругости зависит только от величины сил межатомной связи, которая одинакова для идеальной и дефектной рещеток. Ничтожно малые размеры усов и высокая чувствительность их к поверхностным дефектам затрудняет широкое использование их в технике. Нитевидные кристаллы нашли применение только для изготовления миниатюрных пружин и подвесок Б приборостроении. [c.64] Перспективными являются волокнистые композиционные материалы. Высокая прочность и пластичность в этом случае достигается путем армирования мягкой металлической матрицы бездефектными, нитевидными кристаллами (усами) металлов и неметаллов. Если количество дефектов кристаллического строения превышает величину а, то дальнейшее их увеличение упрочняет металл. [c.64] Повышает прочность металла и легирование, т. е. введение в кристаллическую решетку основы чужеродных атомов, кочорые локально искажают ее, что повышает сопротивление перемещению дислокаций. В тех случаях, когда в результате термической обработки атомы растворенного элемента собираются в определенных участках кристаллической решетки, эффект их действия на движение дислокаций значительно возрастает. Влияние различных видов обработки на прочность наиболее распространенных в технике сплавов на основе железа (стали) показано на рис. 43. [c.65] Некоторые металлы, имеющие объемноцентрированную кубическую или гексагональную решетку, в частности железо (сталь), хром, молибден, вольфрам, цинк и др., склонны к хрупкому разрушению при понижении температуры. Это явление получило название хладноломкость. Хладноломкость показана на схеме А. Ф. Иоффе (рис. 45). [c.66] Понижение температуры не изменяя величины сопротивления отрыву 5 . значительно увеличивает сопротивление пластической деформации Поэтому металлы, пластичные при нормальной комнатной температуре, могут при низкой температуре разрушиться хрупко. В указанных условиях сопротивление отрыву 8 достигается при напряжениях меньших, чем предел текучести. [c.67] Точка Т пересечения кривых и соответствует температуре перехода металла от вязкого разрушения к хрупкому и наоборот получила название критическая температура хрупкости. Чем выше сопротивление отрыву 5 ., тем меньше металл склонен к хрупкому разрушению (рис. 45), т. е. тем ниже температура перехода металла или сплава из вязкого в хрупкое состояние. [c.67] Склонность к хрупкому разрушению возрастает с повышением скорости деформирования и с увеличением размеров изделия (масштабный фактор). [c.67] Критическая температура хрупкости обычно определяется путем испытания ударным изгибом надрезанных образцов при разных температурах. [c.67] В результате этих испытаний строится кривая зависимости ударной вязкости от температуры испытания (сериальная кривая Н. Н. Давиденкова). [c.67] Чаще на кривой — С испытания наблюдается постепенный переход от вязкого к хрупкому состоянию, т. е. имеется критический температурный интервал хрупкости. Поэтому различают верхнюю [Тд) и нижнюю (Т ) границы критического интервала. [c.67] В этом интервале температур происходит переход от вязких волокнистых изломов к хрупким кристаллическим изломам (см. рис. 33) с низким значением пластичности и вязкости. Чем выше критическая температура хрупкости, тем больше склонность металла к хрупкому разрушению. [c.67] Для ответственных деталей из стали, испытывающих в работе значительные динамические нагрузки, за критическую температуру хрупкости нередко принимают температуру, при которой в изломе появляются кристаллические участки, хотя ударная вязкость сохраняет еще высокое значение (см. рис. 33). [c.67] Определяемая ударная вязкость является суммарной величиной = йз - - йр, где — работа, затраченная на деформацию образца (в основном макропластическую деформацию) до зарождения трещины, и йр — работа на распространение трещины. При хрупком разрушении величина О (микропластическая деформация отсутствует). Поэтому при хрупком изломе работа разрушения определяется в основном величиной з. При вязком или полухруп-ком разрушении главной характеристикой вязкости металла является величина йр. [c.68] Существуют и прямые методы, позволяющие определить работу зарождения и работу распространения йр трещины. Нередко применяется метод определения вязкого разрушения, разработанный английским ученым Г. Ирвинным, который предложил два критерия оценки вязкости разрушения Ос и Кс (для плосконапряженного состояния) и Охс и К с (для плоскодеформированного состояния), характеризующие интенсивность нарастания напряжения в устье движущейся трещины. Параметр О характеризует энергию, затрачиваемую при увеличении трещины на единицу длины. Параметр К (коэффициент интенсивности напряжения) характеризует относительное локальное повышение растягивающего напряжения у ведущего конца трещины. Для определения О и К выведены соответствующие формулы. [c.68] Многие детали машин работают в условиях, когда напряжения в них меняются по величине и знаку. Для этих деталей имеет большое значение сопротивление металла усталости. Предел выносливости в сильной степени зависит от размеров образца, концентраторов напряжения, шероховатости его поверхности, влияния коррозии и т. д. [c.69] Соотношения между пределами выносливости стали в малых (/), больших (d = 50-j-60 мм) (II) и надрезанных (///) образцах и деталях машин (IV). [c.69] Поверхностная закалка и химико-термическая обработка одновременно повышают износостойкость, т. е. сопротивление износу. Механический износ проявляется в результате взаимодействия трущихся пар. В зависимости от природы трущихся тел и условий их взаимодействия различают износ при истирании металлических пар при трении качения или скольжения и абразивный износ . [c.69] Вернуться к основной статье