Moduł Younga i ścinanie, wartości współczynnika Poissona (tabela). Tablica modułu sprężystości materiałów

Moduł sprężystości stali oraz innych materiałów

Zanim użyjesz jakiegokolwiek materiału w pracach budowlanych, powinieneś zapoznać się z jego właściwościami fizycznymi, aby wiedzieć, jak się z nim obchodzić, jaki wpływ mechaniczny będzie dla niego akceptowalny i tak dalej. Jeden z ważne cechy, na który bardzo często zwraca się uwagę, jest moduł sprężystości.

Poniżej rozważamy samą koncepcję, a także tę wartość w odniesieniu do jednego z najpopularniejszych materiałów w pracach budowlanych i naprawczych - stali. Wskaźniki te zostaną również uwzględnione dla innych materiałów, ze względu na przykład.

Moduł sprężystości - co to jest?

Moduł sprężystości materiału jest zbiorem wielkości fizycznych charakteryzujących zdolność ciała stałego do sprężystego odkształcenia w warunkach przyłożenia do niego siły. Wyraża się to literą E. Będzie więc wymieniane we wszystkich tabelach, które przejdą dalej w artykule.

Nie można argumentować, że istnieje tylko jeden sposób określenia wartości sprężystości. Różne podejścia do badania tej wielkości doprowadziły do ​​tego, że jest ich kilka różne podejścia. Poniżej znajdują się trzy główne sposoby obliczania wskaźników tej cechy dla różnych materiałów:

• Moduł Younga (E) opisuje odporność materiału na rozciąganie lub ściskanie pod wpływem sprężystego odkształcenia. Wariant Younga jest określony przez stosunek naprężenia do odkształcenia ściskającego. Zwykle określa się go po prostu jako moduł sprężystości.
• Moduł ścinania (G), zwany także modułem sztywności. Ta metoda ujawnia zdolność materiału do przeciwstawiania się wszelkim zmianom kształtu, ale w warunkach zachowania jego normy. Moduł ścinania wyraża się jako stosunek naprężenia ścinającego do odkształcenia ścinającego, które definiuje się jako zmianę kąta prostego pomiędzy dostępnymi płaszczyznami poddanymi naprężeniom ścinającym. Nawiasem mówiąc, moduł ścinania jest jednym ze składników takiego zjawiska, jak lepkość.
• Moduł objętościowy (K), który jest również nazywany modułem objętościowym. Wariant ten oznacza zdolność obiektu wykonanego z dowolnego materiału do zmiany swojej objętości w przypadku kompleksowego oddziaływania na niego. normalne napięcie, która jest taka sama we wszystkich kierunkach. Wariant ten wyraża się stosunkiem naprężenia objętościowego do względnego ściskania objętościowego.
• Istnieją również inne wskaźniki elastyczności, które są mierzone w innych ilościach i wyrażane w innych stosunkach. Innymi wciąż bardzo dobrze znanymi i popularnymi opcjami wskaźników elastyczności są parametry Lame'a lub współczynnik Poissona.

Tabela wskaźników elastyczności materiałów

Zanim przejdziemy bezpośrednio do tej cechy stali, rozważmy najpierw, jako przykład i dodatkową informację, tabelę zawierającą dane dotyczące tej wartości w stosunku do innych materiałów. Dane są mierzone w MPa.

Moduł sprężystości różnych materiałów

Jak widać z powyższej tabeli, wartość ta jest różna dla różnych materiałów, ponadto wskaźniki różnią się, jeśli weźmie się pod uwagę jedną lub drugą opcję obliczania tego wskaźnika. Każdy może wybrać dokładnie taką opcję badania wskaźników, która najbardziej mu odpowiada. Korzystne może być rozważenie modułu Younga, ponieważ jest on częściej używany specjalnie do scharakteryzowania określonego materiału pod tym względem.

Po krótkim zapoznaniu się z danymi tej charakterystyki innych materiałów przejdziemy bezpośrednio do charakterystyki stali osobno.

Na początek przejdźmy do suchych liczb i wyprowadźmy różne wskaźniki tej cechy różne rodzaje stale i konstrukcje stalowe:

• Moduł sprężystości (E) dla odlewanego, walcowanego na gorąco zbrojenia ze stali określanych jako St.3 i St. 5 równa się 2,1*106 kg/cm^2.
• Dla takich stali jak 25G2S i 30KhG2S wartość ta wynosi 2*106 kg/cm^2.
• Dla drutu o profilu okresowym i drutu okrągłego ciągnionego na zimno istnieje taka wartość sprężystości równa 1,8 * 106 kg / cm ^ 2. W przypadku zbrojenia spłaszczonego na zimno wskaźniki są podobne.
• Dla splotów i wiązek drutu o dużej wytrzymałości wartość wynosi 2 10 6 kg / cm ^ 2
• Dla lin stalowych spiralnych i lin z rdzeniem metalowym wartość ta wynosi 1,5·10 4 kg/cm^2, natomiast dla lin z rdzeniem organicznym wartość ta nie przekracza 1,3·10 6 kg/cm^2.
• Moduł ścinania (G) dla stali walcowanej wynosi 8,4·10 6 kg/cm^2.
• I wreszcie współczynnik Poissona dla stali jest równa wartości 0,3

Są to dane ogólne podane dla rodzajów stali i wyrobów stalowych. Każda wartość została obliczona zgodnie ze wszystkimi regułami fizycznymi i z uwzględnieniem wszystkich dostępnych zależności, które służą do wyprowadzenia wartości tej cechy.

Poniżej będzie wszystko informacje ogólne o tej właściwości stali. Wartości będą podawane zarówno w module Younga, jak iw module ścinania, zarówno w jednej jednostce miary (MPa), jak iw innej (kg/cm2, niuton*m2).

Stal i kilka różnych gatunków

Wartości wskaźników elastyczności stali są różne, ponieważ istnieje kilka modułów jednocześnie, które są obliczane i obliczane na różne sposoby. Można zauważyć, że w zasadzie wskaźniki nie różnią się zbytnio, co przemawia na korzyść różnych badań sprężystości. różne materiały. Ale nie warto zagłębiać się we wszystkie obliczenia, wzory i wartości, ponieważ wystarczy wybrać pewną wartość elastyczności, aby kierować się nią w przyszłości.

Nawiasem mówiąc, jeśli nie wyrazisz wszystkich wartości za pomocą stosunków liczbowych, ale weźmiesz je natychmiast i obliczysz całkowicie, wówczas ta charakterystyka stali będzie równa: E \u003d 200000 MPa lub E \u003d 2 039 000 kg / cm ^ 2.

Informacje te pomogą ci zrozumieć samą koncepcję modułu sprężystości, a także zapoznać się z głównymi wartościami tej cechy dla stali, wyrobów stalowych, a także kilku innych materiałów.

Należy pamiętać, że wskaźniki modułu sprężystości są różne dla różnych stopów stali i dla różnych konstrukcji stalowych zawierających w swoim składzie inne związki. Ale nawet w takich warunkach można zauważyć, że wskaźniki niewiele się różnią. Wartość modułu sprężystości stali praktycznie zależy od konstrukcji. a także zawartość węgla. Metoda obróbki stali na gorąco lub na zimno również nie może znacząco wpłynąć na ten wskaźnik.

stanok.guru

tehtab.ru

Moduł Younga i ścinanie, wartości współczynnika Poissona (Tabela)

Sprężyste właściwości ciał

Poniżej znajdują się tabele przeglądowe dla często używanych stałych; jeśli znane są dwa z nich, to wystarczy do określenia właściwości sprężystych jednorodnego izotropowego ciała stałego.

Moduł Younga lub moduł sprężystości w dynach/cm2.

Moduł ścinania lub moduł skręcania G w dyn/cm2.

Moduł ściskania lub moduł objętościowy K w dyn/cm2.

Objętość ściśliwości k=1/K/.

Współczynnik Poissona µ jest równy stosunkowi względnego ściskania poprzecznego do względnego rozciągania wzdłużnego.

Dla jednorodnego izotropu solidny materiał zachodzą następujące relacje między tymi stałymi:

G = E / 2(1 + μ) - (α)

μ = (E / 2G) - 1 - (b)

K = E / 3(1 - 2μ) - (c)

Współczynnik Poissona jest dodatni, a jego wartość zwykle mieści się w przedziale od 0,25 do 0,5, ale w niektórych przypadkach może wykraczać poza te granice. Stopień zgodności obserwowanych wartości µ z wartościami obliczonymi ze wzoru (b) jest wskaźnikiem izotropii materiału.

Tabele wartości dla modułu Younga, modułu ścinania i współczynnika Poissona

Wartości obliczone z zależności (a), (b), (c) podano kursywą.

Podane poniżej wyniki eksperymentów odnoszą się do powszechnie stosowanych materiałów laboratoryjnych, głównie drutów.

infotables.ru

Moduł sprężystości (moduł Younga) | świat spawania

Moduł sprężystości

Moduł sprężystości (moduł Younga) E - charakteryzuje odporność materiału na rozciąganie / ściskanie pod wpływem odkształcenia sprężystego lub właściwość obiektu do odkształcania się wzdłuż osi, gdy siła jest przykładana wzdłuż tej osi; zdefiniowany jako stosunek naprężenia do wydłużenia. Moduł Younga jest często nazywany po prostu modułem sprężystości.

1 kgf/mm2 = 10-6 kgf/m2 = 9,8 106 N/m2 = 9,8 107 dyn/cm2 = 9,81 106 Pa = 9,81 MPa

Literatura

1. Krótka książka fizyczna i techniczna. T.1 / Pod generałem. wyd. KP Jakowlew. Moskwa: FIZMATGIZ. 1960. - 446 s.
2. Podręcznik dotyczący spawania metali nieżelaznych / S.M. Gurewicz. Kijów: Naukova Dumka. 1981. 680 s.
3. Podręcznik fizyki elementarnej / N.N. Koshkin, MG Szirkiewicz. M., Nauka. 1976. 256 s.
4. Tablice wielkości fizycznych. Podręcznik / wyd. I.K. Kikoin. M., Atomizdat. 1976, 1008 s.

weldworld.com

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE METALI | Encyklopedia Dookoła Świata

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE METALI. Gdy na próbkę metalu działa siła lub układ sił, reaguje on na to zmianą kształtu (odkształca się). Różne cechy, które określają zachowanie się i stan końcowy próbki metalu w zależności od rodzaju i natężenia działających sił, nazywane są właściwościami mechanicznymi metalu.

Intensywność siły działającej na próbkę nazywana jest naprężeniem i jest mierzona jako całkowita siła podzielona przez powierzchnię, na którą działa. Odkształcenie jest rozumiane jako względna zmiana wymiarów próbki spowodowana przyłożonymi naprężeniami.

ODKSZTAŁCENIA ELASTYCZNE I PLASTYCZNE, PĘKNIĘCIA

Jeżeli naprężenia przyłożone do próbki metalu nie są zbyt duże, to jej odkształcenie okazuje się sprężyste – po usunięciu naprężenia przywracany jest jej kształt. Niektóre konstrukcje metalowe celowo zaprojektowane tak, aby odkształcały się elastycznie. Tak więc sprężyny zwykle wymagają dość dużego odkształcenia sprężystego. W innych przypadkach odkształcenie sprężyste jest zminimalizowane. Mosty, belki, mechanizmy, urządzenia są tak sztywne, jak to tylko możliwe. Odkształcenie sprężyste próbki metalu jest proporcjonalne do działającej na nią siły lub sumy sił. Wyraża to prawo Hooke'a, zgodnie z którym naprężenie jest równe odkształceniu sprężystemu pomnożonemu przez stały współczynnik proporcjonalności zwany modułem sprężystości: s = eY, gdzie s to naprężenie, e to odkształcenie sprężyste, a Y to moduł sprężystości (moduł Younga). Moduły sprężystości wielu metali przedstawiono w tabeli. 1.

Korzystając z danych w tej tabeli, możesz na przykład obliczyć siłę potrzebną do rozciągnięcia kwadratowego pręta stalowego Przekrój o boku 1 cm na 0,1% jego długości:

F = YґAґDL/L = 200 000 MPa ґ 1 cm2ґ0,001 = 20 000 N (= 20 kN)

Kiedy na próbkę metalu działają naprężenia przekraczające jej granicę sprężystości, powodują one odkształcenie plastyczne (nieodwracalne), prowadzące do nieodwracalnej zmiany jej kształtu. Wyższe naprężenia mogą spowodować uszkodzenie materiału.

Najważniejsze kryterium przy wyborze materiału metalowego, od którego wymagana jest wysoka elastyczność, jest granica plastyczności. Najlepsze stale sprężynowe mają prawie taki sam moduł sprężystości, jak najtańsze stale konstrukcyjne, ale stale sprężynowe są w stanie wytrzymać znacznie większe naprężenia, a zatem znacznie większe odkształcenia sprężyste bez odkształceń plastycznych, ponieważ mają wyższą granicę plastyczności.

Właściwości plastyczne materiału metalicznego (w przeciwieństwie do sprężystego) można zmienić poprzez stapianie i obróbkę cieplną. Tak więc granicę plastyczności żelaza podobnymi metodami można zwiększyć 50 razy. Czyste żelazo przechodzi w stan płynności już przy naprężeniach rzędu 40 MPa, natomiast granica plastyczności stali zawierających 0,5% węgla oraz kilka procent chromu i niklu, po podgrzaniu do 950°C i zahartowaniu, może dochodzić do 2000 MPa.

Gdy materiał metalowy obciążony powyżej granicy plastyczności dalej odkształca się plastycznie, ale w procesie odkształcania staje się twardszy, tak że dalsze zwiększanie odkształcenia wymaga coraz większych naprężeń. Zjawisko to nazywane jest odkształceniem lub utwardzaniem mechanicznym (i utwardzaniem). Można to wykazać, skręcając lub wielokrotnie zginając metalowy drut. Hartowanie pracy Wyroby metalowe często odbywa się w fabrykach. blacha mosiężna, kabel miedziany, pręty aluminiowe mogą być walcowane na zimno lub ciągnione na zimno do poziomu twardości wymaganego dla produktu końcowego.

Rozciąganie.

Zależność między naprężeniem a odkształceniem dla materiałów jest często badana poprzez przeprowadzanie prób rozciągania, w wyniku czego uzyskuje się wykres odkształcenia - wykres z odkształceniem wykreślonym wzdłuż osi poziomej i naprężeniem wzdłuż osi pionowej (rys. 1). Chociaż przekrój poprzeczny próbki zmniejsza się (a długość wzrasta) przy rozciąganiu, naprężenie jest zwykle obliczane poprzez odniesienie siły do ​​pierwotnego pola przekroju poprzecznego, a nie do zredukowanego, które dawałoby rzeczywiste naprężenie. Przy małych odkształceniach nie ma to większego znaczenia, ale przy dużych odkształceniach może prowadzić do zauważalnej różnicy. na ryc. Rysunek 1 przedstawia krzywe odkształcenie-naprężenie dla dwóch materiałów o różnej plastyczności. (Plastyczność to zdolność materiału do wydłużania się bez pękania, ale także bez powrotu do pierwotnego kształtu po usunięciu obciążenia). przekrój liniowy zarówno jedna, jak i druga krzywa kończą się na granicy plastyczności, gdzie zaczyna się płynięcie plastyczne. W przypadku mniej ciągliwego materiału najwyższy punkt na wykresie, jego ostateczna wytrzymałość na rozciąganie, odpowiada zniszczeniu. W przypadku materiału bardziej ciągliwego, ostateczna wytrzymałość na rozciąganie jest osiągnięta, gdy szybkość zmniejszania się przekroju poprzecznego podczas odkształcania staje się większa niż szybkość utwardzania przez odkształcenie. Na tym etapie podczas badania rozpoczyna się tworzenie „szyjki” (miejscowe przyspieszone zmniejszenie przekroju). Chociaż nośność próbki jest zmniejszona, materiał w szyjce nadal twardnieje. Badanie kończy się pęknięciem szyi.

Typowe wartości wielkości charakteryzujących wytrzymałość na rozciąganie wielu metali i stopów przedstawiono w tabeli. 2. Łatwo zauważyć, że te wartości dla tego samego materiału mogą się znacznie różnić w zależności od obróbki.

Kompresja.

Własności sprężyste i plastyczne przy ściskaniu są zwykle bardzo podobne do tych obserwowanych przy rozciąganiu (rys. 2). Krzywa zależności między naprężeniem nominalnym a odkształceniem nominalnym przy ściskaniu przechodzi powyżej odpowiedniej krzywej rozciągania tylko dlatego, że przekrój poprzeczny próbki nie zmniejsza się podczas ściskania, ale rośnie. Jeśli rzeczywiste naprężenie i rzeczywiste odkształcenie są wykreślone wzdłuż osi wykresu, wówczas krzywe praktycznie pokrywają się, chociaż pęknięcie występuje wcześniej przy rozciąganiu.

Twardość.

Twardość materiału to jego odporność na odkształcenia plastyczne. Ponieważ próba rozciągania wymaga drogiego sprzętu i dużo czasu, często stosuje się prostsze próby twardości. Podczas testowania zgodnie z metodami Brinella i Rockwella „wgłębnik” (końcówka mająca kształt kuli lub piramidy) jest wciskany w metalową powierzchnię przy zadanym obciążeniu i prędkości ładowania. Następnie mierzy się rozmiar nadruku (często automatycznie) i na jego podstawie określa się wskaźnik twardości (liczbę). Im mniejszy nadruk, tym większa twardość. Twardość i granica plastyczności są w pewnym stopniu porównywalnymi cechami: zwykle, gdy wzrasta jedna z nich, wzrasta również druga.

Można odnieść wrażenie, że maksymalna granica plastyczności i twardość są zawsze pożądane w materiałach metalicznych. W rzeczywistości tak nie jest i to nie tylko ze względów ekonomicznych (procesy hartowania wymagają dodatkowych kosztów).

Po pierwsze, materiały muszą być kształtowane w różne produkty, a odbywa się to zwykle za pomocą procesów (walcowanie, tłoczenie, prasowanie), w których ważną rolę odgrywa odkształcenie plastyczne. Nawet podczas obróbki na maszynie do cięcia metalu odkształcenie plastyczne jest bardzo znaczące. Jeśli twardość materiału jest zbyt wysoka, potrzeba zbyt wiele, aby nadać mu pożądany kształt. duże siły, w wyniku czego narzędzia tnące szybko się zużywać. Trudności tego rodzaju można zmniejszyć, obrabiając metale w podwyższonej temperaturze, gdy staną się one bardziej miękkie. Jeśli obróbka na gorąco nie jest możliwa, stosuje się wyżarzanie metalu (powolne nagrzewanie i chłodzenie).

Po drugie, gdy materiał metalowy staje się twardszy, zwykle traci swoją plastyczność. Innymi słowy, materiał staje się kruchy, jeśli jego granica plastyczności jest tak wysoka, że ​​odkształcenie plastyczne nie występuje aż do naprężeń, które natychmiast powodują pęknięcie. Projektant zwykle musi wybrać pośrednie poziomy twardości i plastyczności.

Udarność i kruchość.

Wytrzymałość jest przeciwieństwem kruchości. Jest to zdolność materiału do przeciwstawienia się pękaniu poprzez pochłanianie energii uderzenia. Na przykład szkło jest kruche, ponieważ nie jest w stanie pochłonąć energii poprzez odkształcenie plastyczne. Przy równie ostrym uderzeniu w arkusz miękkiego aluminium nie powstają duże naprężenia, ponieważ aluminium jest zdolne do odkształcenia plastycznego, które pochłania energię uderzenia.

Istnieje wiele różnych metod badania udarności metali. Podczas korzystania z metody Charpy'ego uderzenie cofniętego wahadła zastępuje karbowana pryzmatyczna próbka metalu. Praca włożona w zniszczenie próbki jest określona przez odległość, na jaką odchyla się wahadło po uderzeniu. Takie testy pokazują, że stale i wiele metali zachowuje się tak samo krucho w niskich temperaturach, jak i plastycznie w podwyższonych temperaturach. Przejście od kruchości do ciągliwości często zachodzi w dość wąskim zakresie temperatur, którego punkt środkowy nazywany jest temperaturą przejścia kruchości w plastyczność. Inne testy udarności również wskazują na obecność takiego przejścia, ale zmierzona temperatura przejścia zmienia się w zależności od głębokości karbu, wielkości i kształtu próbki oraz metody i szybkości obciążenia udarowego. Ponieważ żaden pojedynczy typ testu nie odwzorowuje pełnego zakresu warunków pracy, test udarności jest wartościowy tylko dlatego, że umożliwia porównanie różne materiały. Dostarczyli jednak wielu ważnych informacji na temat wpływu stopowania, technologii wytwarzania i obróbki cieplnej na podatność na kruche pękanie. Temperatura przemiany stali, mierzona metodą V-notch Charpy'ego, może sięgać +90°C, ale przy odpowiednich dodatkach stopowych i obróbce cieplnej można ją obniżyć do -130°C.

Kruche pękanie stali było przyczyną wielu wypadków, takich jak nieoczekiwane pęknięcia rurociągów, eksplozje zbiorników ciśnieniowych i zbiorników magazynowych oraz zawalenia się mostów. Wśród najbardziej znanych przykładów są duża liczba statki morskie typu Liberty, których skóra nieoczekiwanie rozeszła się podczas nawigacji. Jak wykazało dochodzenie, awaria statków Liberty była spowodowana w szczególności niewłaściwą technologią spawania, która pozostawiła naprężenia wewnętrzne, słabą kontrolę składu spoiny i wady konstrukcyjne. Informacje uzyskane w wyniku badań laboratoryjnych pozwoliły znacznie zmniejszyć prawdopodobieństwo wystąpienia takich wypadków. Temperatura przemiany kruchej w ciągliwą niektórych materiałów, takich jak wolfram, krzem i chrom, jest w normalnych warunkach znacznie wyższa niż temperatura pokojowa. Takie materiały są zwykle uważane za kruche i mogą być kształtowane przez odkształcenie plastyczne tylko po podgrzaniu. Jednocześnie miedź, aluminium, ołów, nikiel, niektóre marki stale nierdzewne a inne metale i stopy wcale nie stają się kruche wraz ze spadkiem temperatury. Chociaż wiele wiadomo już o kruchym pękaniu, zjawiska tego nie można jeszcze uznać za w pełni poznane.

Zmęczenie.

Zmęczenie to zniszczenie konstrukcji pod działaniem obciążeń cyklicznych. Kiedy część jest zginana w jednym lub drugim kierunku, jej powierzchnie są naprzemiennie poddawane ściskaniu i rozciąganiu. Przy odpowiednio dużej liczbie cykli obciążania awaria może powodować naprężenia znacznie mniejsze niż te, przy których awaria występuje w przypadku pojedynczego obciążenia. Zmienne naprężenia powodują miejscowe odkształcenia plastyczne i utwardzenie materiału, w wyniku czego z czasem pojawiają się małe pęknięcia. Koncentracja naprężeń w pobliżu końców takich pęknięć powoduje ich wzrost. Początkowo pęknięcia rosną powoli, ale wraz ze zmniejszaniem się przekroju poprzecznego obciążenia naprężenia na końcach pęknięć rosną. W takim przypadku pęknięcia rosną coraz szybciej iw końcu natychmiast rozprzestrzeniają się na cały odcinek części. Zobacz także MECHANIZMY NISZCZĄCE.

Zmęczenie jest zdecydowanie najczęstszą przyczyną uszkodzeń konstrukcyjnych w warunkach eksploatacji. Szczególnie podatne na to są części maszyn pracujące w warunkach obciążeń cyklicznych. W przemyśle lotniczym zmęczenie jest bardzo duże ważna kwestia z powodu wibracji. Aby uniknąć uszkodzeń zmęczeniowych, konieczne jest częste sprawdzanie i wymiana części samolotów i śmigłowców.

Skradać się.

Pełzanie (lub pełzanie) to powolny wzrost odkształcenia plastycznego metalu pod stałym obciążeniem. Wraz z pojawieniem się silników odrzutowych, turbin gazowych i rakiet, właściwości materiałów nabrały coraz większego znaczenia podwyższonych temperaturach Oh. W wielu dziedzinach techniki dalszy rozwój ograniczone przez ograniczenia związane z właściwościami mechanicznymi materiałów w wysokich temperaturach.

W normalnych temperaturach odkształcenie plastyczne następuje niemal natychmiast po przyłożeniu odpowiedniego naprężenia, a następnie nieznacznie wzrasta. W podwyższonych temperaturach metale nie tylko stają się bardziej miękkie, ale także odkształcają się w taki sposób, że odkształcenie z czasem rośnie. To zależne od czasu odkształcenie lub pełzanie może ograniczyć żywotność konstrukcji, które muszą długi czas pracować w podwyższonej temperaturze.

Im większe naprężenie i wyższa temperatura, tym większa szybkość pełzania. Typowe krzywe pełzania pokazano na ryc. 3. Po początkowej fazie szybkiego (niestabilnego) pełzania prędkość ta maleje i staje się prawie stała. Przed zniszczeniem szybkość pełzania ponownie wzrasta. Temperatura, w której pełzanie staje się krytyczne, nie jest taka sama dla różne metale. Firmy telekomunikacyjne są zaniepokojone pełzaniem napowietrznych kabli w osłonie ołowianej działających w godz normalne temperatury środowisko; podczas gdy niektóre specjalne stopy mogą pracować w temperaturze 800°C bez nadmiernego pełzania.

Żywotność części w warunkach pełzania można określić na podstawie maksymalnego dopuszczalnego odkształcenia lub uszkodzenia, a projektant musi zawsze o tym pamiętać. możliwe opcje. Przydatność materiałów do wytwarzania wyrobów przeznaczonych do długa praca w podwyższonych temperaturach, takich jak łopatki turbiny, jest trudny do wcześniejszego oszacowania. Badanie w czasie równym oczekiwanemu okresowi użytkowania jest często praktycznie niemożliwe, a wyniki badań krótkookresowych (przyspieszonych) nie tak łatwo ekstrapolować na dłuższe okresy, gdyż charakter zniszczenia może ulec zmianie. Chociaż właściwości mechaniczne nadstopów stale się poprawiają, wyzwaniem dla fizyków metali i materiałoznawców zawsze będzie tworzenie materiałów, które wytrzymają jeszcze większe obciążenia. wysokie temperatury. Zobacz także NAUKA FIZYCZNA METALI.

STRUKTURA KRYSTALICZNA

Powyższe dotyczyło ogólne wzorce zachowanie się metali pod obciążeniem mechanicznym. Aby lepiej zrozumieć odpowiednie zjawiska, konieczne jest rozważenie struktury atomowej metali. Wszystkie twarde metale substancje krystaliczne. Składają się z kryształów lub ziaren, których układ atomów odpowiada regularnej trójwymiarowej siatce. Strukturę krystaliczną metalu można traktować jako składającą się z płaszczyzn atomowych lub warstw. Kiedy przyłożone jest naprężenie ścinające (siła, która powoduje, że dwie sąsiednie płaszczyzny próbki metalu przesuwają się po sobie w przeciwnych kierunkach), jedna warstwa atomów może przemieścić się na całą odległość międzyatomową. Takie przesunięcie wpłynie na kształt powierzchni, ale nie na strukturę kryształu. Jeśli jedna warstwa przesunie się o wiele odległości międzyatomowych, wówczas na powierzchni powstaje „krok”. Chociaż poszczególne atomy są zbyt małe, aby można je było zobaczyć pod mikroskopem, etapy utworzone przez przesuwanie są wyraźnie widoczne pod mikroskopem i nazywane są liniami poślizgu.

Zwykły metalowe przedmioty, z którymi spotykamy się na co dzień, są polikrystaliczne, tj. składać się z duża liczba kryształy, z których każdy ma swoją własną orientację płaszczyzn atomowych. Odkształcenie zwykłego polikrystalicznego metalu ma coś wspólnego z odkształceniem pojedynczego kryształu, które zachodzi w wyniku przesuwania się wzdłuż płaszczyzn atomowych w każdym krysztale. Zauważalne przesuwanie się całych kryształów wzdłuż ich granic obserwuje się tylko w warunkach pełzania w podwyższonych temperaturach. Średni rozmiar jednego kryształu lub ziarna może wynosić od kilku tysięcznych do kilku dziesiątych centymetra. Drobniejsze ziarno jest pożądane, ponieważ właściwości mechaniczne metalu drobnoziarnistego są lepsze niż metalu gruboziarnistego. Ponadto metale drobnoziarniste są mniej kruche.

Poślizg i przemieszczenie.

Procesy ślizgowe zbadano bardziej szczegółowo na monokryształach metali wyhodowanych w laboratorium. Stało się jasne nie tylko, że poślizg występuje w pewnych określonych kierunkach i zwykle wzdłuż dość określonych płaszczyzn, ale także, że monokryształy ulegają deformacji przy bardzo małych naprężeniach. Przejście monokryształów do stanu płynności rozpoczyna się dla aluminium przy 1, a dla żelaza przy 15–25 MPa. Teoretycznie przejście to w obu przypadkach powinno nastąpić przy napięciach ok. 10 000 MPa. Ta rozbieżność między danymi eksperymentalnymi a obliczeniami teoretycznymi pozostaje poważnym problemem od wielu lat. W 1934 roku Taylor, Polanyi i Orowan zaproponowali wyjaśnienie oparte na koncepcji defektów w strukturze kryształu. Zasugerowali, że podczas przesuwania najpierw następuje przemieszczenie w pewnym punkcie płaszczyzny atomowej, które następnie rozchodzi się po krysztale. Granica między obszarami przesuniętymi i nieprzesuniętymi (ryc. 4) jest defektem liniowym w strukturze kryształu, zwanym dyslokacją (na rysunku linia ta przechodzi w kryształ prostopadle do płaszczyzny rysunku). Kiedy do kryształu przyłożone jest naprężenie ścinające, dyslokacja porusza się, powodując poślizg wzdłuż płaszczyzny, w której się znajduje. Po utworzeniu dyslokacji poruszają się one bardzo łatwo w krysztale, co wyjaśnia „miękkość” monokryształów.

W kryształach metali występuje zwykle wiele dyslokacji (całkowita długość dyslokacji w jednym centymetrze sześciennym wyżarzonego kryształu metalu może przekraczać 10 km). Ale w 1952 r badacze Laboratoria firmy Bell Telephone Corporation, badające pod kątem zginania bardzo cienkie wąsy cyny, stwierdziły ze zdziwieniem, że wytrzymałość takich kryształów na zginanie jest zbliżona do teoretycznej wartości dla kryształów doskonałych. Później odkryto niezwykle mocne wąsy i wiele innych metali. Przyjmuje się, że tak duża wytrzymałość wynika z faktu, że w takich kryształach albo w ogóle nie ma dyslokacji, albo jest taka, która przebiega na całej długości kryształu.

efekty temperaturowe.

Wpływ podwyższonej temperatury można wyjaśnić dyslokacjami i strukturą ziarnistą. Liczne dyslokacje w kryształach utwardzanego przez zgniot metalu odkształcają się sieci krystalicznej i zwiększyć energię kryształu. Kiedy metal jest podgrzewany, atomy stają się ruchome i przestawiają się w nowe, doskonalsze kryształy zawierające mniej dyslokacji. Ta rekrystalizacja jest związana ze zmiękczeniem, które obserwuje się podczas wyżarzania metali.

www.krugosvet.ru

Tabela modułu Younga. Moduł sprężystości. Definicja modułu Younga.

www.kilomol.ru

Moduły sprężystości i współczynniki Poissona dla niektórych materiałów 013

Jak głęboko wypełnić fundament pod domem