![]() Главная страница Случайная страница КАТЕГОРИИ: АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника |
Структура и свойства конструкционных материалов. Влияние различных факторов на их свойства.
При изготовлении конструкций в машиностроении и строительстве применяются разнообразные материалы. Детали, узлы и целые конструкции из этих материалов работают в самых разных условиях силового, теплового, коррозионного и радиационного воздействий. Надежность и долговечность их в первую очередь зависят от физических и механических свойств применяемых материалов. Физико-механические свойства материалов обусловлены рядом факторов: 1) атомарным составом: из атомов каких элементов состоит вещество; 2) состоянием: равновесное (кристаллическое) или неравновесное (аморфное); 3) видом химических связей: химические связи, соединяющие атомы один с другим и удерживающие таким образом вместе части твердого тела, являются очень прочными и создают большие силы сопротивления деформированию. Типы связей: для неметаллов – ковалентная и ионная, для металлов – металлические, для органических соединений – водородная, для пластмасс – силы Ван-дер-Ваальса. Металлы и их сплавы Главная их особенность – они являются кристаллическими материалами, т.е. представляют собой поликристаллические тела, состоящие из хаотически расположенных кристаллов, имеющих неправильные границы. Эти кристаллы иначе называют зернами. Размеры зерен малы – в 1 см3 материала – порядка 1 млн. зерен. Сталь: сплав железа (Fe) с углеродом (С), содержание которого до 2%, плюс другие (легирующие) химические элементы. Получают из смеси чугуна со стальным ломом и кислородом в конвертерах, мартеновских печах или электропечах. По химическому составу: углеродистые и легированные. По назначению: конструкционные, инструментальные, с особыми свойствами (нержавеющие, коррозионностойкие, коррозионнопрочные, жаропрочные, электротехнические). По характеру кристаллизации: спокойные, полуспокойные, кипящие. Чугун: сплав железа (Fe) с углеродом (С), содержание которого от 2% до 4%, плюс: постоянные примеси (Si, Mn, S, P)легирующие элементы (Cr, Ni, V, Al…). Получают из смеси чугуна со стальным ломом и кислородом в конвертерах, мартеновских печах или электропечах. По микоструктуре: серый чугун: углерод в виде графита в пластинчатой или шаровидной форме; белый чугун: углерод в виде цементита или карбида железа; ковкий чугун: получают отжигом белого чугуна. Углерод в виде хлопьевидного графита. Прочность металлов и сплавов определяется прочностью металлических связей, от которой зависят их температура плавления и твердость, а также прочностью самих зерен и поверхностей, где они соединяются между собой. Проведение механической и термической обработки влияет на прочность сил межатомного притяжения. Следовательно, можно влиять на прочность и упругие свойства материалов, а также на склонность их к разрушению. Дефекты кристаллической решетки: Точечные, Линейные, Плоские, Поверхностные и объемные дефекты Дефекты в металлах и сплавах накапливаются, в основном, в межзеренном пространстве: границы зерен, двойниковые прослойки. Полимерные материалы пластмассы (полиэтилен, полистирол, полипропилен, фторопласты и т.п.); резины, каучуки, клеи, лаки. В основе этих материалов полимеры: вещества, состоящие из цепных молекул. Эти молекулы имеют очень большую длину – до сотых мм, и каждая из молекул построена чередованием сотен и даже тысяч одинаковых или разнотипных звеньев – мономеров, между которыми существуют прочные химические связи. Полимеры – высокомолекулярные соединения, образованные в процессе полимеризации (в присутствии катализаторов и под действием тепла и давления) из большого числа мономеров. Как правило, пластмассы являются сложными смесями отдельных компонентов, в которых преобладает какой-либо полимер. Некоторые пластмассы состоят из одного полимера (полиэтилен, полистирол). В большинстве же случаев в пластмассы кроме полимеров входят еще наполнители, пластификаторы, красители и т.п. Такие материалы называются композиционными пластмассами. Полимеры делятся на три группы: 1) термопласты: сохраняют свои свойства после повторных нагрева, расплавления и охлаждения, т.е. обладают обратимыми свойствами. Имеют низкий модуль упругости и хорошо деформируются при растяжении: полиэтилен: E = (1, 5...2, 5)102 МПа, d = 150...600 %; полипропилен: E = (9, 0...12)102 МПа, d = 500...700 %. 2) реактопласты: получают из линейных полимеров путем отверждения с помощью отвердителя (или вулканизатора). При нагревании и под действием давления они меняют химический состав и не могут подвергаться повторному размягчению, т.е. обладают необратимыми свойствами. Имеют высокую прочность, твердость, термостойкость, но утрачивают термопластичность (эпоксидные смолы, стеклотекстолит – волокнистые и слоистые пластмассы): фенолопласты – E = (3...25)103 МПа, d = 0, 1...1, 5 %; эпоксидопласты E= (3...4)103 МПа, d = 2, 5...8 %. 3) смолы (низкомолекулярные вещества). Силикатные материалы Стекло – быстро охлажденная, затвердевшая без очагов кристаллизации жидкость. Имеет аморфное строение. Получают из расплавов стеклообразующих компонентов: оксидов (кремния, бора, алюминия, фосфора) и окислов металлов (лития, магния, калия, свинца и др.) Техническая керамика – получается из исходных порошкообразных материалов посредством их спекания с последующим обжигом (придается форма). Изделие получается камневидным – кирпич, трубы, черепица. термоустойчивые высокопрочные конструкции и теплоизоляционные материалы (ракетостроение, реактивная авиация); материалы с особыми ядерными свойствами в атомной энергетике (захват, рассеяние или поглощение нейтронов, противостояние радиоактивному излучению); Спеченные материалы Композитные материалы
8. Диаграммы упругопластического деформирования конструкционных материалов ____________________________________________________________________________________ Используются для анализа поведения и определения характеристик конструкционных материалов. Пластичность – свойство материала претерпевать значительные остаточные деформации перед разрушением без нарушения сплошности и образования трещин. Вязкость – свойство материала поглощать механическую энергию в пластически деформируемых объемах без снижения прочности. Диаграммы деформирования Механические характеристики материалов – числовые значения, характеризующие прочность, жесткость, пластичность, упругость, вязкость и другие свойства. Они определяются экспериментально, на основе результатов испытаний образцов: по диаграммам деформирования. Машинную диаграмму деформирования при определении механических характеристик материалов перестраивают в системе координат: напряжение – относительная деформация. Вид диаграммы остается прежним.
При растяжении образца
Закон разгрузки и повторного нагружения
|