CC BY
17ИССЛЕДОВАНИЕ УПРОЧНЕНИЯ МЕТАЛЛА ПОД ДЕЙСТВИЕМ
ПЛАСТИЧЕСКОЙ ДЕФОРМАЦИИ Сергеенков В.Е.1, Скичко Д.В.2, Стачук А.А.3, Хаджимуратов Р.К.4
1Сергеенков Владимир Евгеньевич - профессор, доктор наук;
2Скичко Дмитрий Владимирович - доцент, кандидат технических наук, кафедра общенаучных и общетехнических дисциплин; 3Стачук Александр Александрович - преподаватель, кафедра применения подразделений и частей материального обеспечения, 4Хаджимуратов Руслан Камильевич - курсант, командно-инженерный (автомобильно-дорожный) факультет, Военная академия материально-технического обеспечения им. генерала армии А.В. Хрулёва,
г. Санкт-Петербург
Аннотация: целями данной работы предусматривается изучение основных правил и приемов определения механических свойств металлов при испытаниях по исследованию упрочнения металлов под действием пластической деформации. Поведение металлов под действием внешних нагрузок характеризуется их механическими свойствами, которые позволяют определить пределы нагрузки для каждого конкретного образца, произвести сопоставимую оценку различных материалов и осуществить контроль качества металла в заводских и лабораторных условиях. Механические свойства металлов, порядок их определения при статистических испытаниях на растяжение, построение диаграмм растяжения подробно рассмотрены в данной статье. Ключевые слова: исследование, металл, деформация.
УДК-681.2.-2
Поведение металлов под действием внешних нагрузок характеризуется их механическими свойствами, которые позволяют определить пределы нагрузки для каждого конкретного образца, произвести сопоставимую оценку различных материалов и осуществить контроль качества металла в заводских и лабораторных условиях.
Механические свойства металлов, порядок их определения при статистических испытаниях на растяжение, построение диаграмм растяжения подробно рассмотрены в данной статье.
На данной лабораторной работе в процессе проведения испытаний на статистическое растяжение исследуется упрочнение металла под действием пластической деформации.
Если испытуемый образец, не доводя до разрушения, разгрузить (точка К, рис. 1.1), то в
процессе разгрузки зависимость между силой Р и удлинением Д/ изобразится прямой КЬ. Опыт показывает, что эта прямая параллельна прямой ОА. При разгрузке удлинение полностью не исчезает. Оно уменьшается на величину упругой части удлинения (отрезок ЬМ). Отрезок ОЬ представляет собой остаточное удлинение. Его называют также пластическим удлинением, а соответствующую ему деформацию - пластической деформацией. Таким образом,
ОМ = Д/уяр + Д/осъ (1)
Если образец был нагружен в пределах участка АО и затем разгружен, то удлинение будет чисто упругим
±1ост = 0, (2)
Рис. 1.1 Диаграмма деформирования с промежуточной разгрузкой
При повторном нагружении образца диаграмма растяжения принимает вид прямой ЬК и далее - кривой КСD так, будто промежуточной разгрузки не было.
Предположим, что испытываются два одинаковых образца, изготовленных из одного и того же материл. Один из образцов до испытания нагружению не подвергается, второй - был предварительно нагружен силами, вызывавшими в образце остаточные деформации [1, 76].
После испытаний первого образца диаграмма растяжения ОАВСD имеет вид, показанный на рис. 1.2,а при испытании второго образца отсчет удлинения будет производиться от ненагруженного состояния и остаточное удлинение ОЬ учтено не будет. В результате получается укороченная диаграмма ЬКСБ (рис. 1.2,б). Отрезок МК соответствует силе предварительного нагружения. Таким образом, вид диаграммы для одного и того же материала зависит от степени начального нагружения (вытяжки), а само нагружение выступает теперь уже в роли некоторой предварительной технологической операции. Весьма существенным является то, что отрезок ЬК (рис. 1.2,а) оказывается больше отрезка ОА. Следовательно, в результате предварительной вытяжки материал приобретает способность воспринимать без остаточных деформаций большие нагрузки.
Рис. 1.2. Влияние предварительной пластической деформации на диаграмму деформирования
Явление повышение упругих свойств материала в результате предварительного пластического деформирования носит название наклепа и широко используется в технике.
Наклеп объясняется существенным повышением плотности дислокаций, характерным для процесса пластической деформации. С повышением плотности дислокаций их движение становится все более затруднено. Дислокации воздействуют друг на друга, мешают друг другу перемещаться, происходит их взаимное уничтожение.
Одновременно в результате пластической деформации существенно изменяются физико-механические свойства металлов [2, 59].
Наклеп снижает пластичность и ударную вязкость, но увеличивает временное сопротивление разрыву (предел прочности), предел текучести и твердость.
Наклеп снижает сопротивление материала деформации противоположного знака (эффект Баушингера). При поверхностном наклепе появляется остаточное напряженное состояние в металле и повышается его усталостная прочность. Наклеп возникает при обработке металлов давлением (прокатка, волочение, ковка, штамповка), при обкатке роликами, при специальной обработке дробью [3, 42].
Эксперимент «Исследование влияния пластической деформации на твердость металла»
Порядок проведения эксперимента и обработки данных на учебном месте
1. Подготовить прибор к работе.
Выбрать шкалу твердости, нагрузку и вид наконечника. При этом необходимо учесть следующие требования:
- поверхность должна быть чисто обработана (Яа < 0,125), на испытуемой поверхности не должно быть трещин, грубых следов обработки, царапин, выбоин, а также грязи, смазки или каких-либо покрытий. Опорная поверхность образца должна плотно прилегать к опорному столу; на опорной поверхности образца не должно быть следов от предыдущих испытаний шариком или конусом [4, 225].
Нагрузка выбирается в зависимости от твердости испытуемого образца. Нагрузка 60 кгс создается за счет подвески, а нагрузка 100 и 150 кгс создается за счет грузов массой 40 и 50 кг.
Включить питание прибора с помощью тумблера, загорание лампочки сигнализирует о том, что прибор готов к работе.
Проверить прибор по образцовым мерам твердости согласно выбранной нагрузке путем нанесения 2 - 3 уколов; если показания прибора не укладываются в пределы твердости образцовой меры, следует проверить состояние прибора [5, 148].
2. Произвести измерение твердости поверхности испытуемых образцов:
• установить образец на стол;
• поднять стол к наконечнику до тех пор, пока малая стрелка индикатора не станет против красной точки (поднятие стола осуществляется вращением маховика), а большая, с погрешностью ± 5 делений, на нуль шкалы индикатора [6, 94];
• включить прибор нажатием клавиши 2;
• произвести отсчет твердости по шкале индикатора;
• вращением маховика против часовой стрелки испытуемый образец отвести от наконечника и снять с опорного стола; для каждого образца произвести не менее трех испытаний в неупрочненной зоне и в зоне деформационного упрочнения.
Список литературы
1. Воробьев А.А., Жуков Д.А., Кононов Д.П. Материаловедение. Учебник для вузов. М.: АРГАМАК-МЕДИА, 2014
2. Моряков О.С. Материаловедение. Учебник. М.: Академия, 2010.
3. Адаскин А.М., Зуев В.М. Материаловедение и технология материалов. М.: Форум, 2010.
4. Батышев А.И. Материаловедение и технология материалов: учебное пособие. М.: ИНФРА-М., 2014.
5. Сергеенков В.Е., Молоков И.Е., Фролов В.И., Скичко Д.В. Основы материаловедения и технологии металлов. Учебно-методическое пособие. СПб.: ВА МТО, 2014.
6. Сергеенков В.Е., Дубинин С.Г., Назаркин В.Г., Молоков И.Е., Фролов В.И. Основы материаловедения. Учебное пособие. СПб.: ВАТТ, 2009.
