Лабораторная работа 2 механические свойства при осадке и деформационное упрочнение металлических материалов
2.1 Цель работы: ознакомиться с особенностями механических испытаний при осадке и изучить способность к деформационному упрочнению некоторых металлов.
2.2 Приборы и материалы
Испытания проводятся на гидравлическом прессе при комнатной температуре и разных степенях предварительной деформации. В качестве испытуемых материалов используются свинец, алюминий, латунь и сталь.
Размеры образцов - диаметр 15 мм, высота стальных образцов 30 мм. свинцовых, алюминиевых, латунных – 22,5 мм. Набор ограничительных шайб.
2.3 Испытания на осадку
Испытания на холодную и горячую осадку (ГОСТ 8817-73) дают представление о пригодности материала к холодной или горячей деформации. Они проводятся по схеме одноосного сжатия и характеризуются гораздо большим значением коэффициента мягкости (α = 2) по сравнению с растяжением (α = 0,5). Поэтому испытания на сжатие применяются для оценки механических свойств относительно хрупких материалов, в частности чугунов, силуминов, керамик, интерметаллидов.
При малых деформациях осадку можно рассматривать как растяжение с обратным знаком, поэтому расчет характеристик механических свойств проводится аналогичным образом, только вместо удлинения и сужения используются укорочение ε и уширение φ:
ε
=
100%
(2.1)
где һо и һк - исходная и конеченая высота образца.
φ
=
100%
(2.2)
где Ғщ - площадь поперечного сечения образца до осадки, Ғк - после осадки.
При больших деформациях характеристики прочностных свойств определяемые при осадке и растяжении могут отличаться друг от друга в несколько раз. Это связано с наличием трения по опорным поверхностям образца, препятствующим его деформации в горизонтальном направлении. В результате образец приобретает бочкообразную форму, а схема напряженного состояния становится неоднородной (рисунок 2.1,а), хотя на практике этот момент при расчете механических свойств, как правило, не учитывается. Для уменьшения сил трения используются разнообразные смазки и изготавливаются образцы специальной формы (рисунок 2.1 ,б - г).
Рисунок 2.1 - Схема испытания на сжатие (а) и формы образцов (б - г)
Методика определения прочностных свойств по диаграммам сжатия полностью идентична методике, используемой при растяжении. Соотношение между высотой образца и его диаметром для сталей равняется 2:1, для цветных металлов 1.5:1 (һ=2d или һ=1,5d). Испытания на осадку применяются для выявления поверхностных дефектов в образцах, а также газовых пузырей, трещин или надрывов, поскольку при сжатии они раскатываются и легко обнаруживаются.
2.4 Деформационное упрочнение
Явление непрерывного увеличения действующих на материал напряжений при пластической деформации называется деформационным упрочнением. Деформационное упрочнение обусловлено торможением дислокаций за счет изменения систем скольжения (из-за наличия межзеренных границ или включений вторых фаз), а также характера их взаимодействия в ходе деформирования.
Как правило, кривые деформационного упрочнения имеют три стадии, причем коэффициент упрочнения и уровень напряжений течения у поликристаллов выше, чем у монокристаллов (рисунки 2.2, 2.3). Эта особенность поликристаллов в первую очередь обусловлена наличием границ зерен и их разной ориентировкой к направлению нагружения. Однако эти факторы имеют существенное значение лишь на начальных стадиях деформирования (до нескольких процентов), после чего оба типа кривых растяжения практически параллельны друг другу (рисунок 2.3). В свою очередь твердые растворы упрочняются интенсивнее, чем чистые металлы. Соответственно этому меняются другие характеристики свойств: повышается твердость, электросопротивление, магнитная проницаемость, изменяется теплопроводность.
Рисунок 2.2 - Стадии деформацион- Рисунок 2.3 - Кривые
упрочнения деформационногоного упрочнения
моно- и поликристалла
Важной особенностью деформационного упрочнения является то, что оно проявляется не только в ходе пластического течения, но и после предварительной холодной деформации, когда все прочностные характеристики металлов и сплавов в той или иной мере повышаются. Именно этот факт лежит в основе настоящей работы по определению способности разных материалов к деформационному упрочнению.