Физические методы анализа металлов и сплавов.

 

Макроскопический анализ (макроанализ) заключается в изучении строения металла невооруженным глазом или при небольших уве­личениях (до 30 раз). Это позволяет одновременно наблюдать боль­шую поверхность изделия (в отличие от микроанализа, выполняе­мого при больших увеличениях). Макроанализ не позволяет опре­делить всех особенностей строения. Его часто используют в качестве предварительного с целью выбрать те участки детали, которые сле­дует подробно изучать с помощью более тонких методов.

Наиболее типичные задачи макроанализа — это изучение видов излома (различают вязкий, хрупкий и другие виды излома); нару­шения сплошности металла (наличие трещин, дефектов сварки, пористость и др.); строения слитка; волокнистой структуры метал­ла, что позволяет судить о технологии изготовления детали (свар­ная, штампованная, полученная обработкой резанием); ликвации, т. е. химической неоднородности металла.

Микроскопический анализ (микро­анализ) выполняется при больших увеличениях на металлографическом микроскопе. Металлы непрозрачны, по­этому изучение структуры произво­дится в отраженном свете. Исследова­ния выполняются на специальном объекте — микрошлифе. Исследуемая поверхность микрошлифа должна иметь очень малую шероховатость по­верхности — быть зеркальной, чтобы получалось правильное отражение. Для изготовления микрошлифа на объек­те исследования должна быть обрабо­тана плоская поверхность. Ее подго­тавливают непосредственно на дета­лях малых размеров, а из больших деталей вырезается специальный об­разец. Зеркальной поверхности доби­ваются путем обработки абразивной шкуркой нескольких номеров, пере­ходя от более грубой к более тонкой, и последующим полированием абра­зивными или алмазными пастами.

Для выявления структуры приме­няют травление шлифа растворами кислот или щелочей. При этом выяв­ляется зерно стали. Это объясняется тем, что на поверхность шлифа зер­на выходят разными кристаллографи­ческими направлениями и вследствие анизотропии (неодинаковость свойств в разных направлениях) травятся на разную глубину. Выявляются разные фазы спла­ва, так как их свойства также неоди­наковы и травление происходит на разную глубину (рис. 16).

 

Рисунок 16 – Схема отражения лучей от протравленного микрошлифа.

 

В поле зрения микроскопа наибо­лее темными выглядят границы зерен, так как они травятся наиболее сильно из-за скопления несовер­шенств по границам, поэтому отражение от границ рассеивается, а не попадает в окуляр микроскопа и глаз наблюдателя.

Оптические микроскопы позволяют получить увеличение до 1500 раз и изучать структурные составляющие размерами не менее 2 мкм, что связано с длиной волны света.

Большее увеличение достигается при использовании электрон­ных микроскопов — свыше 100 тыс. раз, при этом разрешаются (т.е. можно различить) объекты (например, структурные составляющие) размером до 10^{-7 см.}

 

Испытания на растяжение.

Испытания на растяжение позволяют получить достаточно полную ин­формацию о механических свойствах материала. Для этого применяют спе­циальные образцы, имеющие в поперечном сечении форму круга (цилиндри ческие образцы) или прямоугольника (плоские образцы). На рис.17 пред­ставлена схема цилиндрического образца на различных стадиях растяжения Согласно ГОСТ 1497—84, геометрические параметры образцов на растяжение должны иметь определенное соотношение площади рабочей части и рабочей длины.

Рисунок 17 – Образец на разных стадиях испытаний на растяжение:

а – образец до испытаний; б –образец, растянутый до максимальной нагрузки; в – образец после разрыва.

 

Перед испытанием образец закрепляют в вертикальном положении в за­хватах испытательной машины. На рис. 18 представлена принципиальная схема типичной испытательной машины, основными элементами которой являются: приводной нагружащий механизм, обеспечивающий плавное нагружение образца вплоть до его разрыва; силоизмерительное устройство для измерения силы сопротивления образца растяжению; механизм для автома­тической записи диаграммы растяжения.

 

Рисунок 18 - Схема испытательной машины:

1 — собственно машина; 2 — винт грузовой; 3 — нижний захват (активный); 4 — образец; 5 — верхний захват (пассивный); 6 — силоизмери-

тельный датчик; 7 — пульт управления с электро­приводной аппаратурой; 8 — индикатор нагрузок; 9 — рукоятки управления; 10 — диаграммный механизм; 11 — кабель

 

В процессе испытания диаграммный механизм непрерывно регистриру­ет так называемую первичную (машинную) диаграмму растяжения в коорди­натах нагрузка—абсолютное удлинение образца (рис. 19).

 

 

 

Рисунок 19 – Диаграмма растяжения пластичных материалов.

 

 На диа­грамме растяжения пластичных металлических материалов можно выделить три характерных участка:

участок ОА — прямолинейный, соответствующий упругой деформации;

участок АВ — криволинейный, соответствующий упругопластической деформации при возрастании нагрузки;

участок ВС — также криволинейный, соответствующий упругопластической деформации при снижении нагрузки. В точке С происходит окончательное разрушение образца с разделением его на две части.

В области упругой деформа­ции (участок ОА) зависимость между нагрузкой Р и абсолют­ным упругим удлинением образ­ца пропорциональна и извест­на под названием закона Гука:

 

                            Р = k Δl

где k - коэффициент, зависящий от геометрии образца (площади поперечного сечения и длины ) и свойств материа­ла.

При переходе от упругой к упругопластической деформации для некоторых металлических материалов на машинной диаграмме растяжения может появляться небольшой горизонтальный участок, который называют площадкой текучести АА'. На этой стадии дальнейшая деформация образца происходит без увеличения нагрузки. Однако многие металлы и сплавы деформируются при растяжении без площадки текучести. С увеличением упругопластической деформации усилие, с которым сопротивляется образец, растет и достигает в точке В своего максимального значения. Для пластичных материалов в этот момент в наиболее слабом месте образца образуется локальное сужение (шейка), где при дальнейшем деформировании происходит разрыв образца. На участке ОАВ деформация распределена равномерно по всей длине образца, а на участке ВС деформа­ция практически вся сосредоточена в зоне шейки.

При растяжении определяют следующие показатели прочности, упругости и пла­стичности материалов.

Показатели прочности у материалов характеризуются удельной величи­ной — напряжением, равным отношению нагрузки в характерных точках диаграммы растяжения к площади поперечного сечения образца F_о . Дадим оп­ределение наиболее часто используемым показателям прочности материалов.

Предел текучести (физический) (σ_т, МПа) — это наи­меньшее напряжение, при котором материал деформируется (течет) без за­метного изменения нагрузки:

 

σ_т = Р_т / F_о ,

 

где Р_т - нагрузка, соответствующая площадке текучести на диаграмме рас­тяжения.

Временное сопротивление (предел прочности) (σ_в , МПа) — это напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке Р_тах, предшествующей разрыву образца:

 

σ _в = Р _max / F _о

 

Предел пропорциональности – наибольшее напряжение, при котором отсутствует пластическая деформация.

Показатели пластичности

Пластичность — одно из важных механи­ческих свойств металла, которое в сочетании с высокой прочностью делает его основным конструкционным материалом. Дадим определение наиболее часто используемым показателям пластичности материалов.

Относительное удлинение после разрыва ( ₅, %) — это отношение приращения расчетной длины образца после разрыва Д/_ж к ее первоначальной длине:

 

 = (Δl _к / l _о) 100

 

Относительное сужение после разрыва(  %) - это отношение уменьшения площади поперечного сечения образца в месте разрыва к начальной площади поперечного сечения.

 

 = (ΔF _к / F _о ) 100

 

                                           

⇐ Предыдущая12345678910Следующая ⇒

Поделиться: