Слайд 2
![План лекции Деформация и механические свойства материалов Нагрузки, напряжения и](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/391235/slide-1.jpg)
План лекции
Деформация и механические свойства материалов
Нагрузки, напряжения и деформации
Влияние пластической
деформации на свойства металлов
Механические свойства
Понятие о конструктивной прочности материалов
Диаграмма состояния железо — углерод (цементит)
Термическая и химико-термическая обработка
Чугуны
Литература
Технология конструкционных материалов: Учебник для вузов/ Под ред. Ю. М. Барона. — СПб.: Питер, 2012. — 512 с.: ил.
Слайд 3
![Деформация и механические свойства материалов Нагрузки, напряжения и деформации на](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/391235/slide-2.jpg)
Деформация и механические свойства материалов
Нагрузки, напряжения и деформации
на площадке материала различают
нормальные (σ) и касательные напряжения
Деформацией называют изменение размеров или формы тела под действием внешних сил либо под влиянием физико-механических процессов, протекающих в самом теле (нагрев, фазовые превращения и т. д.)
При упругой деформации смещения атомов пропорциональны деформирующим силам.
Деформацию называют пластической(остаточной), если при прекращении дей-ствия внешних сил твёрдое тело не восстанавливает свои исходную форму и раз-меры.
Слайд 4
![Пластическая деформация твёрдых тел сопровождается явлениями скольжения (а) и двойникования (б)](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/391235/slide-3.jpg)
Пластическая деформация твёрдых тел сопровождается явлениями скольжения (а) и двойникования (б)
Слайд 5
![Влияние пластической деформации на свойства металлов Влияние пластической деформации на](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/391235/slide-4.jpg)
Влияние пластической деформации
на свойства металлов
Влияние пластической деформации на структуру металла:
а — отдельное зерно; б — металл до деформации; в — блоки зерен после деформации; г — волокнистая структура после деформации
Слайд 6
![Если температура нагрева достигает значения 0,2–0,3 абсолютной температуры плавления по](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/391235/slide-5.jpg)
Если температура нагрева достигает значения 0,2–0,3 абсолютной температуры плавления по шкале
Кельвина, то протекает так называемый процесс возврата, при котором улучшаются структурное состояние и пластичность металла, а также уменьшается плотность дислокаций.
При нагреве до 0,4 qплК (qпл— температуры плавления по Кельвину) в металле происходит рекристаллизация, при которой почти полностью исчезает эффект деформационного состояния
Слайд 7
![Сверхпластичность — это способность металлов и сплавов к значительной равномерной](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/391235/slide-6.jpg)
Сверхпластичность — это способность металлов и сплавов к значительной равномерной деформации,
при которой относительное удлинение достигает сотен и тысяч процентов. Это явление впервые было обнаружено Л. А. Бочваром и З. А. Свидерской на сплавах, содержащих 22 % цинка. Для того чтобы сплавы приобрели сверхпластичность, необходимо получить ультрамелкозернистую струк-туру. Такое структурное состояние достигается путём специальной термической обработки.
Слайд 8
![Механические свойства Прочностные и пластические характеристики. Образцы для испытаний на](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/391235/slide-7.jpg)
Механические свойства
Прочностные и пластические характеристики.
Образцы для испытаний на растяжение: а —
до испытания; б — после испытания
Слайд 9
![Диаграмма растяжения образца из пластичного материала](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/391235/slide-8.jpg)
Диаграмма растяжения образца из пластичного материала
Слайд 10
![Ударная вязкость характеризует способность материала сопротивляться разрушению при ударных нагрузках.](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/391235/slide-9.jpg)
Ударная вязкость характеризует способность материала сопротивляться разрушению при ударных нагрузках.
Слайд 11
![Выносливость. Усталость – явление при действии циклических нагрузок возникающие повреждения](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/391235/slide-10.jpg)
Выносливость.
Усталость – явление при действии циклических нагрузок возникающие повреждения в
структуре металла постепенно накапливаются, что приводит к образованию трещин, их росту и затем к разрушению детали.
Выносливость - способность металлов противостоять усталости
Для оценки предела выносливости установлены базы испытаний: для стали — не менее 10 000 000 циклов, для цветных сплавов —не менее 100 000 000 циклов.
Слайд 12
![Хрупкое и вязкое разрушение Разрушение металлов под действием растяги-вающих напряжений,](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/391235/slide-11.jpg)
Хрупкое и вязкое разрушение
Разрушение металлов под действием растяги-вающих напряжений, происходящее практически
без пластической деформации, называется хрупким.
Разрушение под действием касательных напряжений с предшествующей пластической деформацией называют вязким.
Жаропрочность
Слайд 13
![Диаграмма состояния железо — углерод (цементит)](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/391235/slide-12.jpg)
Диаграмма состояния железо — углерод (цементит)
Слайд 14
![Термическая и химико-термическая обработка](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/391235/slide-13.jpg)
Термическая и химико-термическая
обработка
Слайд 15
![Диаграмма изотермического превращения аустенита](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/391235/slide-14.jpg)
Диаграмма изотермического превращения аустенита
Слайд 16
![Мартенсит представляет собой пересыщенный твёрдый раствор углерода в α-железе Малая](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/391235/slide-15.jpg)
Мартенсит представляет собой пересыщенный твёрдый раствор углерода в α-железе
Малая скорость охлаждения
v1 приводит к образованию грубой смеси феррита и цементита – перлита с твёрдостью HRCэ 10.
Сорбит(первая закалочная структура), образующийся при скорости охлаждения стали v2, представляет собой смесь феррита и цементита, отличающуюся от перлита ещё более дисперсным строением. Твёрдость сорбита — HRCэ 20. Стали с сорбитной структурой характеризуются более высокой износостойкостью и используются для изготовления высоконагруженных деталей.
Слайд 17
![Троостит(вторая закалочная структура) получается при скорости охлаждения v3в результате распада](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/391235/slide-16.jpg)
Троостит(вторая закалочная структура) получается при скорости охлаждения v3в результате распада переохлажденного
аустенита при 500–550 °С и обладает значительной упругостью. Он представляет собой мелкодисперсную смесь феррита и цементита. Твёрдость троостита составляет HRCэ 30. Сталь со структурой троостита отличается высокими значениями прочности и упругости. Её используют, главным образом, для изготовления пружин и рессор.
При скорости охлаждения v4 образующаяся структура стали состоит из троостита и мартенсита.
Слайд 18
![Отжиг и нормализация стали](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/391235/slide-17.jpg)
Отжиг и нормализация стали
Слайд 19
![Отжиг заключается в нагреве стали выше критических температур (точек Аc1](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/391235/slide-18.jpg)
Отжиг заключается в нагреве стали выше критических температур (точек Аc1 или
Ас3), выдержке при данной температуре и последующем медленном охлаждении (обычно вместе с печью)
Цель отжига — устранить внутренние напряжения, измельчить зерно, придать стали пластичность перед последующей обработкой и привести структуру в равновесное состояние.
Слайд 20
![Нормализация заключается в нагреве стали выше линии GSE(точки Ас3) на](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/391235/slide-19.jpg)
Нормализация заключается в нагреве стали выше линии GSE(точки Ас3) на 30–50
°С, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении на воздухе
После нормализации углеродистые стали имеют ту же структуру, что и после отжига, но перлит имеет более высокую дисперсность (тоньше пластинки феррито-цементитной смеси).
Нормализацию применяют для устранения крупнозернистой структуры и выравнивания механических свойств.
Слайд 21
![В заэвтектоидных сталях нормализация устраняет цементитную сетку. Нормализация — более](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/391235/slide-20.jpg)
В заэвтектоидных сталях нормализация устраняет цементитную сетку.
Нормализация — более дешёвый и
простой вид термической обработки, чем отжиг.
Конструкционные стали поставляют в отожжённом или нормализованном состоянии, инструментальные стали — после сфероидизации.
Слайд 22
![Закалка и отпуск стали](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/391235/slide-21.jpg)
Слайд 23
![Закалка. Целью закалки является получение высокой твёрдости и заданных физико-механических](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/391235/slide-22.jpg)
Закалка. Целью закалки является получение высокой твёрдости и заданных физико-механических свойств.
Различают полную и неполную закалку.
Способность стали закаливаться возрастает с увеличением в ней содержания углерода.
При содержании углерода менее 0,2 % сталь практически не закаливается.
Слайд 24
![При закалке в качестве охлаждающей среды чаще всего используют воду,](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/391235/slide-23.jpg)
При закалке в качестве охлаждающей среды чаще всего используют воду, иногда
с добавками солей, щелочей.
Для уменьшения охлаждающей способности среды применяют масла, расплавленные соли и металлы.
Слайд 25
![Отпуск стали. Отпуском называют нагрев стали до температуры ниже точки](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/391235/slide-24.jpg)
Отпуск стали. Отпуском называют нагрев стали до температуры ниже точки Ас1(линии
PSE) с выдержкой при данной температуре и последующим охлаждением с заданной скоростью (обычно охлаждают на воздухе). Цель отпуска — уменьшение закалочных напряжений, снижение твёрдости и получение необходимых механических свойств. Основное превращение при отпуске — распад мартенсита, то есть выделение углерода из пересыщенного твёрдого раствора в виде мельчайших кристалликов карбида железа
Слайд 26
![В зависимости от температуры нагрева различают три вида отпуска: низкий,](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/391235/slide-25.jpg)
В зависимости от температуры нагрева различают три вида отпуска: низкий, средний
и высокий.
Низкий отпуск(отпуск на отпущенный мартенсит) производят при нагреве до температур 120–150 °С. Его обычно применяют после закалки режущих и штамповых инструментов, цементованных и цианированных заготовок, а также после поверхностной закалки. При низком отпуске уменьшаются остаточные закалочные напряжения, твёрдость практически не снижается.
Слайд 27
![Средний отпуск(отпуск на троостит) происходит при нагреве до 350–450 °С.](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/391235/slide-26.jpg)
Средний отпуск(отпуск на троостит) происходит при нагреве до 350–450 °С. При
этом снижается твёрдость. Средний отпуск рекомендуется для пружин и рессор.
Высокий отпуск(отпуск на сорбит) производят при нагреве до 500–650 °С. Этот отпуск применяют для заготовок из конструкционной стали с целью обеспечения повышенной прочности, вязкости и пластичности. Сочетание закалки с высоким отпуском на сорбит называют улучшением.
Слайд 28
![Для повышения твёрдости, предела выносливости и износостойкости деталей их подвергают](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/391235/slide-27.jpg)
Для повышения твёрдости, предела выносливости и износостойкости деталей их подвергают поверхностному
упрочнению. Обычно для этих целей применяют поверхностную закалку — газопламенную закалку, закалку с индукционным нагревом токами высокой частоты и другие виды поверхностного упрочнения. После такого упрочнения сердцевина изделия остается вязкой и воспринимает ударные нагрузки.
Слайд 29
![Закаливаемость — это способность стали приобретать высокую твёрдость после закалки.](/_ipx/f_webp&q_80&fit_contain&s_1440x1080/imagesDir/jpg/391235/slide-28.jpg)
Закаливаемость — это способность стали приобретать высокую твёрдость после закалки. Закаливаемость
зависит от содержания углерода в стали: чем больше углерода, тем выше получаемая твёрдость при прочих равных условиях.
Прокаливаемость — это способность стали закаливаться на определённую глубину. Прокаливаемость зависит от химического состава стали, размеров заготовки и условий охлаждения.
для углеродистых сталей при закалке в воде максимальный диаметр составляет 10–20 мм. Легированные стали при закалке в масле в зависимости от степени легирования могут прокаливаться в сечении до 250–300 мм.