Вопрос № 5. Явление хладноломкости. Понятие конструктивной прочности металлов

Хладноломкостью называют способность некоторых металлов охрупчиваться при низких температурах. К хладноломким металлам можно отнести металлы с решеткой объемноцентрированного куба, например Fe_α, и гексагональной, например Zn. Для этой группы металлов при определенной минусовой температуре наблюдается резкое снижение ударной вязкости.

К нехладноломким металлам можно отнести металлы с решеткой гранецентрированного куба, например Fe_γ, Al, Ni и др

Деление металлов на хладноломкие и нехладноломкие является условным, так как, например, аустенитные стали, имеющие решетку гранецентрированного куба, тоже подвержены охрупчиванию, но только в меньшей степени и при более низких температурах, чем углеродистые и низколегированные стали, имеющие решетку объемноцентрированного куба.

Рисунок 9 – Схема низкотемпературного изменения ударной вязкости (а) и волокнистости в изломе ударного образца (б)

 

Испытания на ударную вязкость при низких температурах позволяют получить хрупкое разрушение металла в результате одновременного действия надреза, повышенной скорости деформирования и температуры. На рис. 9, а представлено температурное изменение ударной вязкости хладноломкой стали. Как видно из рисунка, снижение ударной вязкости происходит в некотором интервале температур. Внутри этого интервала могут быть хрупкие и вязкие изломы.

Характер падения ударной вязкости напоминает порог, что привело к выражению «порог хладноломкости». Температура, при которой происходит определенное падение ударной вязкости, называется критической температурой хрупкости Т_кр. Количественно критическую температуру хрупкости можно определить по температуре, соответствующей началу порога хладноломкости (рис. 9, а, точка 7), концу порога хладноломкости (рис. 9, а, точка 5) и по заданному значению ударной вязкости КС₂ (рис.9, а, точка 2)

Критическую температуру хрупкости можно определить и другим способом — по характеру строения излома. Вязкий излом имеет волокнистое, а хрупкий — кристаллическое строение. При переходе из вязкого состояния в хрупкое доля волокнистого строения в изломе уменьшается, а кристаллического — увеличивается. Изменение доли волокнистого строения при температурах хладноломкости также имеет вид порога. За критическую температуру хрупкости принимают температуру, соответствующую равным долям волокнистого и кристаллического изломов.

Конструктивная прочность металлов – это надежность металла против внезапных разрушений (ударная вязкость, живучесть), определяется в ходе статических и динамических испытаний образцов с острыми трещинами. Кроме того, она определяется долговечностью (сопротивление усталости, износостойкость, коррозионная стойкость) и прочностью конструкции в целом (определяется в ходе стендовых испытаний или эксплуатационных).

Таким образом, деформацией называется изменение формы и размеров тела под действием нагрузки. Деформация, исчезающая после снятия нагрузки, называется упругой, а сохраняющаяся — пластической. Механизм упругой и пластической деформации принципиально различен. При пластической деформации происходят необратимые перемещения атомов на значительное расстояние от положений равновесия.

Процесс пластической деформации представляет собой сдвиг одной части кристалла относительно другой. При этом происходит не одновременный сдвиг всей атомной плоскости, а последовательное перемещение дислокаций в плоскости сдвига, что требует несравненно меньшего усилия. Поэтому роль дислокаций в процесс пластического деформирования является определяющей.

Значение нагрузки, необходимой для осуществления пластической деформации, зависит от температуры и скорости деформирования. С повышением температуры пластическая деформация требует меньшего усилия. Увеличение же скорости деформирования затрудняет процесс пластической деформации.

Способность металла пластически деформироваться является его исключительно важным и полезным свойством. Без этого свойства были бы невозможны технологические процессы обработки металлов давлением –прокатка, волочение проволоки, получение деталей ковкой и штамповкой и др. Большое значение оно имеет и для обеспечения надежности металлических изделий, так как разрушение без пластической деформации требует значительно меньшего усилия.

Контрольные вопросы:

1. Назовите прочностные и пластические характеристики металлических материалов.

2. Назовите основные механизмы пластической деформации и проанализируйте их различия.

3. В чем состоят различия анизотропии свойств материалов при упругой деформации и анизотропии, вызванной пластической деформацией?

4. Назовите виды разрушения материалов и чем они характеризуются? Роль дислокации в образовании микротрещин.

5. Что такое порог хладноломкости?

 

ДИДАКТИЧЕСКИЙ ТЕСТ

Для проведения итогового контроля по дисциплине “Материаловедение и технология материалов”, раздел II тема 4 “Теоретическое материаловедение”.

1 Что показывает микроструктура?

а) взаимное расположение частиц;

б) взаимное расположение фаз их форму и размеры;

в) расположение фаз и размеры.

2 Какие существуют химические соединения?

а) устойчивые;

б) неустойчивые;

в) переменные

3 Твердые растворы замещения образуются путем:

а) замены атомов растворителя атомами растворенного компонента;

б) замены атомов растворенного компонента атомами растворителя;

в) замены атомов твердого вещества атомами растворителя

4 Что показывают диаграммы состояния, или диаграммы фазового

равновесия?

а) фазовый состав сплава в зависимости от температуры и концентрации;

б) фазовый состав сплава в зависимости от скорости и температуры;

в) фазовый состав сплава в зависимости от концентрации

5 В диаграммах состояния точка солидус – это?

а) точка, отвечающая началу кристаллизации;

б) точка, отвечающая концу кристаллизации;

в) точка, отвечающая за промежуточную кристаллизацию

6 Штампуемость углеродистых сталей ухудшается при:

а) повышении предела текучести;

б) понижении предела текучести;

в) повышении предела выносливости

7 С каким содержанием углерода сплава железа называют чугунами?

а) сплавы железа, содержащие больше 4% углерода;

б) сплавы железа, содержащие больше 2% углерода;

в) сплавы железа, содержащие больше 6% углерода;

8 Какой бывает деформацией металлов?

а) упругой и пластической;

б) пластической и вязкой;

в) упругой и прочной

9 Металлы с какой кристаллической решеткой упрочняются сильнее?

а) ГПУ

б) ОЦК

в) ГЦК

10 Дать определение понятию:

Материаловедение – это _________________________________________

_______________________________________________________________

__________________________________________________________

11 Подберите к каждому виду связи его представителя

1) ионная а)Fe (переходный)

2) ковалентная б)алмаз

3) металлическая в)NaCl

12 Перечислите виды дефектов при их классификации по размеру:

• _____________________

• _____________________

• _____________________

• _____________________

13 Какие типы кристаллических решеток Вам известны?

_______________________________________________________

14 Дать определение понятию:

Металлическим сплавом называется ________________________________

________________________________________________________________

15 Приведите примеры твердых растворов с неограниченной растворимостью: _________________________________________________________________

16 На какие группы делятся углеродистые стали по составу в зависимости от содержания углерода?

•________________________

• ________________________

•________________________

17 Дать определение понятию:

Деформацией называется __________________________________________

_________________________________________________________________