Механические свойства при осадке и деформационное упрочнение металлических материалов

 

2.1 Цель работы: ознакомиться с особенностями механических испытаний при осадке и изучить способность к деформационному упрочнению некоторых металлов.

 

Приборы и материалы

Испытания проводятся на гидравлическом прессе при комнатной температуре и разных степенях предварительной деформации. В качестве испытуемых материалов используются свинец, алюминий, латунь и сталь.

Размеры образцов - диаметр 15 мм, высота стальных образцов 30 мм. свинцовых, алюминиевых, латунных – 22,5 мм. Набор ограничительных шайб.

 

Испытания на осадку

Испытания на холодную и горячую осадку (ГОСТ 8817-73) дают представление о пригодности материала к холодной или горячей деформации. Они проводятся по схеме одноосного сжатия и характеризуются гораздо большим значением коэффициента мягкости (α = 2) по сравнению с растяжением (α = 0,5). Поэтому испытания на сжатие применяются для оценки механических свойств относительно хрупких материалов, в частности чугунов, силуминов, керамик, интерметаллидов.

При малых деформациях осадку можно рассматривать как растяжение с обратным знаком, поэтому расчет характеристик механических свойств проводится аналогичным образом, только вместо удлинения и сужения используются укорочение ε и уширение φ:

ε = 100% (2.1)

где һ_о и һ_к - исходная и конеченая высота образца.

φ = 100% (2.2)

где Ғ_щ - площадь поперечного сечения образца до осадки, Ғ_к - после осадки.

При больших деформациях характеристики прочностных свойств определяемые при осадке и растяжении могут отличаться друг от друга в несколько раз. Это связано с наличием трения по опорным поверхностям образца, препятствующим его деформации в горизонтальном направлении. В результате образец приобретает бочкообразную форму, а схема напряженного состояния становится неоднородной (рисунок 2.1,а), хотя на практике этот момент при расчете механических свойств, как правило, не учитывается. Для уменьшения сил трения используются разнообразные смазки и изготавливаются образцы специальной формы (рисунок 2.1,б - г).

 

 

Рисунок 2.1 - Схема испытания на сжатие (а) и формы образцов (б - г)

 

Методика определения прочностных свойств по диаграммам сжатия полностью идентична методике, используемой при растяжении. Соотношение между высотой образца и его диаметром для сталей равняется 2:1, для цветных металлов 1.5:1 (һ=2d или һ=1,5d). Испытания на осадку применяются для выявления поверхностных дефектов в образцах, а также газовых пузырей, трещин или надрывов, поскольку при сжатии они раскатываются и легко обнаруживаются.

 

Деформационное упрочнение

Явление непрерывного увеличения действующих на материал напряжений при пластической деформации называется деформационным упрочнением. Деформационное упрочнение обусловлено торможением дислокаций за счет изменения систем скольжения (из-за наличия межзеренных границ или включений вторых фаз), а также характера их взаимодействия в ходе деформирования.

Как правило, кривые деформационного упрочнения имеют три стадии, причем коэффициент упрочнения и уровень напряжений течения у поликристаллов выше, чем у монокристаллов (рисунки 2.2, 2.3). Эта особенность поликристаллов в первую очередь обусловлена наличием границ зерен и их разной ориентировкой к направлению нагружения. Однако эти факторы имеют существенное значение лишь на начальных стадиях деформирования (до нескольких процентов), после чего оба типа кривых растяжения практически параллельны друг другу (рисунок 2.3). В свою очередь твердые растворы упрочняются интенсивнее, чем чистые металлы. Соответственно этому меняются другие характеристики свойств: повышается твердость, электросопротивление, магнитная проницаемость, изменяется теплопроводность.

 

 

Рисунок 2.2 - Стадии деформацион- Рисунок 2.3 - Кривые

упрочнения деформационногоного упрочнения

моно- и поликристалла

 

Важной особенностью деформационного упрочнения является то, что оно проявляется не только в ходе пластического течения, но и после предварительной холодной деформации, когда все прочностные характеристики металлов и сплавов в той или иной мере повышаются. Именно этот факт лежит в основе настоящей работы по определению способности разных материалов к деформационному упрочнению.

 

Порядок выполнения работы

1) Измерить размеры образцов до осадки.

2) Определить твердость материалов в исходном состоянии по Роквеллу.

3) Продеформировать образцы до конечной высоты һ_к = һ_о с

ограничительной шайбой, где һ_о - высота образца до осадки, х= 100

относительная деформация, равная 25%. Зафиксировать усилие, возникающее при осадке.

4) Определить твердость материалов после первого этапа деформирования.

5) Измерить высоту и диаметр предварительно деформированных образцов.

6) Провести повторную осадку с использованием ограничительной шайбы 2.

7) Определить твердость материалов после второго этапа деформирования.

8) Замерить размеры образцов послө повторной осадки и вычислить
величину укорочения и уширения.

9) Оценить степень упрочнения разных материалов.
Результаты испытаний записать в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

Материал

hо, мм

do, мм

h1, мм

d1, мм

HRC

ε1,%

φ1,%

h2, мм

d2, мм

HRC

ε2, %

φ2, %

 

Содержание отчета

1) Цель работы.

2) Общие сведения об испытаниях на осадку и деформационном упрочнении материалов.

3) Определение характеристик прочности и пластичности при осадке.

4) Способы оценки степени деформационного упрочнения, используемые в работе.

5) Таблица проведенных испытаний.

6) Выводы.

 

2.7 Контрольные вопросы

1) Чем отличаются испытания на осадку от испытаний на растяжение?

2) При каких условиях осадку можно рассматривать как растяжение с обратным знаком?

3) Почему возникает бочкообразная форма образцов?

4) Что такое деформационное упрочнение металлов? Чем оно вызвано?

5) Чем отличаются деформационные кривые моно- и поликристаллических образцов?

6) От каких факторов зависит величина упрочнения поликристаллов?

7) Как можно оценить степень упрочнения?

 

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 3