Организационно-правовые формы автотранспортных предприятий

Число твердости HV определяют по формуле:

 

 

где Р - нагрузка в кгс, d - длина диагонали отпечатка в мм.

Число твердости записывается без единиц измерения, например 230 HV. Если число твердости выражают в МПа, то после него указывают единицу измерения, например HV=3200 МПа.

Относительно небольшие  нагрузки и малая глубина вдавливания  индентора обуславливают необходимость более тщательной подготовки поверхности, чем при измерении твердости по Бринеллю. Образцы, как правило, полируют, с поверхности снимается наклеп.

Физический смысл числа  твердости по Виккерсу аналогичен НВ, величина HV тоже является усредненным условным напряжением в зоне контакта индентор - образец и характеризует обычно сопротивление материала значительной пластической деформации.

Числа HV и НВ близки по абсолютной величине только до 400-450 НV. Выше этих значений метод Бринелля дает искаженные результаты из-за остаточной деформации стального шарика. Алмазная же пирамида в методе Виккерса позволяет определять твердость практически любых металлических материалов. Еще более важное достоинство этого метода - геометрическое подобие отпечатков при любых нагрузках, поэтому возможно строгое количественное сопоставление чисел твердости НV любых материалов, испытанных при различных нагрузках.

Определение микротвердости

 

Метод определения микротвердости предназначен для оценки твердости очень малых (микроскопических) объемов материалов. Его применяют для измерения твердости мелких деталей, тонкой проволоки или ленты, тонких поверхностных слоев, покрытий и т.д. Главное назначение - оценка твердости отдельных фаз или структурных составляющих сплавов, а также разницы в твердости отдельных участков этих составляющих.

При стандартном методе измерения микротвердости (ГОСТ 9450-76) используют чаще всего, как и в случае определения твердости по Виккерсу, правильную четырехгранную алмазную пирамиду с углом при вершине 136°. Эта пирамида плавно вдавливается в образец при нагрузках 0,05-5 Н. Число микротвердости Н_m, МПа, определяется по формуле:

Н_m

,

где Р - нагрузка, Н; d - диагональ отпечатка, обычно 7-50 мкм; d²/1,854 - площадь боковой поверхности полученного пирамидального отпечатка.

Число микротвердости, МПа, записывают без единицы измерения, например Н_m - 1050.

Микротвердость массивных образцов измеряют на металлографических шлифах, приготовленных специальным образом. Глубина вдавливания индентора при определении микротвердости (d/7) составляет несколько микрометров и соизмерима с глубиной получаемого в результате механической шлифовки и полировки наклепанного поверхностного слоя. Поэтому методика удаления этого слоя, проводимая по одному из трех методов (электрополировка, отжиг готовых шлифов в вакууме или инертной атмосфере и глубокое химическое травление), имеет особенно важное значение.

Фактически метод микротвердости - это разновидность метода Виккерса и отличается от него только использованием меньших нагрузок и соответственно меньшим размером отпечатка, поэтому физический смысл числа микротвердости аналогичен НV.

Определение ударной вязкости

 

Хрупкое разрушение судов, мостов, кранов, строительных и дорожных машин и т.д. обычно происходит при  напряжениях, лежащих в упругой  области, без макропластической деформации. Очагом хрупкого разрушения являются имеющиеся в металле микротрещины (трещиноподобные дефекты) или те же дефекты, возникающие в процессе эксплуатации. Поэтому надежность конструкции определяется в основном сопротивлением металла распространению уже имеющейся острой (опасной) трещины (вязкостью разрушения), а не ее зарождению.

В основе испытаний на вязкость разрушения лежат положения линейной механики разрушения. Разработанные Д.Ж.Ирвиным  положения позволяют оценить  влияние трещин и подобных им дефектов на сопротивление материала хрупкому разрушению. Хрупкое разрушение связано с наличием в материале трещин, вызывающих локальную концентрацию напряжений, и происходит в результате самопроизвольного движения этих трещин, поддерживаемого энергией, накопленной в материале вследствие упругой деформации.

По Ирвину, явления, происходящие у устья трещины, могут быть описаны с помощью параметра К, который представляет собой коэффициент интенсивности напряжений в вершине трещины, или локальное повышение растягивающих напряжений у ведущего конца трещины: , где Y - безразмерный коэффициент, зависящий от типа (размеров) образца и трещины; s_H— номинальное (среднее) напряжение вдали от трещины, МПа; с — длина трещины, мм. Отсюда размерность К. имеет вид: МПа×мм^1/2.

Если высвобождающаяся при разрушении удельная упругая энергия достигает критического уровня, трещина будет расти самопроизвольно.

Силовое условие начала самопроизвольного разрушения - достижение величиной К. критического значения, т.е. К_с. Следовательно, если , то разрушения не произойдет.

Параметр Ирвина К_с определяют экспериментально. Чаще К_с определяют в условиях плоского деформированного состояния, когда разрушение происходит путем отрыва - перпендикулярно к плоскости трещины. В этом случае коэффициент интенсивности напряжения, т.е. относительное повышение растягивающих напряжений в устье трещины, при переходе ее от стабильной к нестабильной стадии роста обозначают К_1С [МПа×м^1/2] и называют его вязкостью разрушения при плоской деформации.

Величина K_1С - вязкость разрушения - определяет способность металла противостоять развитию трещины. Поэтому нередко K_1С называют трещиностойкостью. Чем выше значение K_1С, тем меньше опасность хрупкого разрушения и выше надежность конструкции (машины), изготовляемой из этого материала.

Критерий K_1С позволяет определить максимально допустимые напряжения в реальной конструкции при наличии трещины определенной длины или, наоборот, при данном рабочем напряжении допустимую длину трещины без хрупкого разрушения конструкции.

Вязкость разрушения K_1С, как правило, тем ниже, чем выше предел текучести s_0,2.

Испытания проводят при  разрушение образца, расположенного на двух опорах, ударом маятникого копра (рис.3.10.). Если затраченную работу разделить на поперечное сечение, которое у всех стандартных образцов (ГОСТ 9454—78) одинаковое (0,8 см²), получаем удельную работу разрушения или ударную вязкость КС.

 

	Рис.3.10. Схема копра для испытания  на удар
	Рис.3.11. Образцы для испытания  на удар

 

Испытание проводят чаще всего на одном из приведенных на рис.3.11. видов образцов при одинаковом сечении (10´10 мм), которые имеют надрез глубиной в 2 мм (поэтому сечение нетто 8´10 мм), но разной остроты: r = 1 мм, r = 0,25 мм и r = 0,0 мм.

В последнем случае надрез глубиной в 1 мм делается механически и затем создается усталостная трещина тоже глубиной в 1 мм.

Полученную на разных образцах по ГОСТ 9454—78 ударную вязкость обозначают , [кгс×м/см²]

где К – работа удара, Дж (кгс×м), работа определяется как К=К_нач – К_ост (К_нач – запасенная работа, К_ост – остаточная работа).

S₀ – начальная площадь поперечного сечения образца в месте концентратора, см², S₀=H×B (Н – высота рабочей части образца, В – ширина образца)

При испытании на удар необходимо проанализировать вид излома. Излом должен быть полностью вязким (волокнистым, ямочным), т.е. испытание должно быть выше порога хладноломкости. Если испытание проводили при температурах, лежащих внутри порога хладноломкости, то работа распространения не имеет полного значения, так как она была затрачена только на образование участков с вязким изломом. Для определения сопротивления хрупкому разрушению необходимо найти положение порога хладноломкости.

 

3.2. Наклеп

 

Упрочнение металла  под действием пластической деформации называется наклепом, или нагартовкой.

Кристаллическая структура пластически  деформированного металла характеризуется не только искажением кристаллической решетки, но и определенной ориентировкой зерен - текстурой.

Беспорядочно ориентированные  кристаллы под действием деформации поворачиваются осями наибольшей прочности вдоль направления деформации.

Не следует думать, что в результате деформации зерно измельчается. В  действительности оно только деформируется, сплющивается и из равноосного превращается в неравноосное (в виде лепешки, блина), сохраняя ту же площадь поперечного сечения.

 

3.2. Влияние нагрева на строение  и свойства деформированного  металла

 

Пластическая деформация приводит металл в структурно неустойчивое состояние. Самопроизвольно должны происходить  явления возвращающие металл в более устойчивое структурное стояние. К самопроизвольным процессам, которые приводят пластически деформированный металл к более устойчивому состоянию, относятся снятие искажения кристаллической решетки и другие внутризеренные процессы и образование новых зерен. Первое не требует высокой температуры, так как при этом происходит незначительное перемещение атомов. Уже небольшой нагрев снимает искажения решетки, уменьшение плотности дислокаций в результат их взаимного уничтожения, так называемая аннигиляция, слияние блоков, уменьшение внутренних напряжений, уменьшение количества вакансий и т. д. Снятие искажений решетки в процессе нагрева деформированного металла называется возвратом, или отдыхом, В результате этого процесса твердость и прочность несколько понижаются (на 20-30 % по сравнению с исходными), а пластичность возрастает.

Наряду с отдыхом  может происходить еще так называемый процесс полигонизации, заключающийся в том, что беспорядочно расположенные внутри зерна дислокации собираются, образуя стенку и создавая ячеистую структуру, которая может быть устойчивой и может затруднить процессы, развивающиеся при более высокой температуре.

Рекристаллизация, т.е. образование новых зерен, протекает при более высоких температурах, чем возврат и полигонизация, может начаться с заметной скоростью после нагрева выше определенной температуры. Сопоставление температур рекристаллизации различных металлов показывает, что между минимальной температурой рекристаллизации и температурой плавления существует простая зависимость Т_рек = аТ_пл (Т_рек - абсолютная температура рекристаллизации; Т_пл -абсолютная температура плавления; а -коэффициент, зависящий от чистоты металла). Чем выше чистота металла, тем ниже температура рекристаллизации. У металлов обычной технической чистоты а = 0,34-0,4. Температура рекристаллизации сплавов, как правило, выше температуры рекристаллизации чистых металлов и в некоторых случаях достигает 0,8Т_ПЛ. Наоборот, очень чистые металлы имеют очень низкую температуру рекристаллизации: 0,2Т_ПЛ и даже 0,1Т_ПЛ.

После того, как рекристаллизация (I стадия) завершена, строение металла и его свойства становятся прежними, т.е. которые он имел до деформации.

Схема процессов, происходящих при нагреве наклепанного металла, представлена на рис.3.12.

 

Рис.3.12. Схема изменения  строения наклепанного металла, при нагреве

 

Кроме чистоты металла, минимальная температура рекристаллизации зависит также и от степени предшествующей деформации. Чем больше степень деформации, чем более искажена структура, тем менее она устойчива, тем больше ее стремление принять более устойчивое состояние. Следовательно, большая степень деформации облегчает процесс рекристаллизации и снижает минимальную температуру рекристаллизации.

Температура рекристаллизации имеет важное практическое значение. Чтобы восстановить структуру и свойства наклепанного металла (например, при необходимости продолжить обработку давлением путем прокатки, протяжки, волочения и т. п.), его надо нагреть выше температуры рекристаллизации. Такая обработка называется рекристаллизационным отжигом.

Пластическое деформирование выше температуры рекристаллизации, хотя и приводит к упрочнению, но это упрочнение устраняется протекающим при этих температурах процессом рекристаллизации. Следует отметить, что рекристаллизация протекает не во время Деформации, а сразу после ее окончания и тем быстрее, чем выше температура. При очень высокой температуре, значительно превышающей температуру рекристаллизации, она завершается в секунды и даже доли секунд.

Следовательно, при пластическом деформировании выше температуры рекристаллизации упрочнение и наклеп металла, если и произойдут, то будут немедленно сниматься динамической рекристаллизацией. Такая обработка, при которой нет упрочнения (наклепа), называется горячей обработкой давлением. Обработка давлением (пластическая деформация) ниже температуры рекристаллизации вызывает наклеп и называется холодной обработкой.

4. СТРОЕНИЕ СПЛАВОВ

 

Под сплавом  подразумевается вещество, полученное сплавлением двух или более элементов.

Возможны и другие способы приготовления сплавов - спекание, электролиз, возгонка, но наиболее распространенным является производство сплавов путем сплавления разных веществ.

Сплав, приготовленный преимущественно  из металлических элементов и  обладающий металлическими свойствами: называется металлическим сплавом.

Естественно, что строение металлического сплава более сложное, чем чистого и зависит главным  образом от того, в какие взаимодействия вступают компоненты, составляющие сплав.