Понятие предела прочности

Контрольная работа № 1

Преде́л про́чности — механическое напряжение σ0, выше которого происходит разрушение материала. Поскольку при оценке прочности время нагружения образцов часто не превышает нескольких секунд от начала нагружения до момента разрушения, то его также называют условно-мгновенным пределом прочности, или хрупко-кратковременным пределом прочности.

Мерами измерения прочности также являются предел текучести, предел усталости.

Значения предельных напряжений на растяжение и на сжатие обычно различаются. Для металлов предел прочности на сжатие обычно больше предела прочности на растяжение, для композитных материалов наоборот.

Относительное удлинение – представляет собой отношение приращения длины образца после его разрыва к первоначальной расчетной длине и выражается в процентах:

где – длина образца после разрыва.

Перлит – это эвтектоид, состоящий из двух фаз феррита и цементита. Образуется перлит при температуре ниже 727 в результате разложения аустенита на феррит и цементит. Содержание углерода в нем равно 0,8%

Горячая пластическая деформация – Это деформация, которая осуществляется при температуре рекристализации. Такая деформация сопровождается реклистализацией в результате которой наклёп ускоряется.

2. Диаграмма железо- цементит

Диаграмма железо- цементит

Аустенит (-фаза) — высокотемпературная гранецентрированная модификация железа и его сплавов.

В углеродистых сталях аустенит — это твёрдый раствор внедрения, в котором атомы углерода входят внутрь элементарной ячейки -железа во время конечной термообработки. В сталях, содержащих другие металлы (кроме железа, легированные стали), атомы металлов замещают атомы железа в кристаллической решетке и возникает твердый раствор замещения. В чистом железе существует в интервале температур 910—1401°C; в углеродистых сталях аустенит существует при температурах не ниже 723°C (1333°F). Фаза названа в честь сэра Уильяма Чандлера Робертс-Остина. В легированных сталях аустенит может существовать и при гораздо более низких температурах. Такие элементы, как никель стабилизируют аустенитную фазу. Нержавеющие стали, такие как 08Х18Н10Т. относятся к аустенитному классу. Присутствие никеля в количестве 8—10% приводит к тому, что аустенитная фаза сохраняется и при комнатной температуре. Мартенситно-стареющие нержавеющие стали типа 08Х15Н2ДТ или Ph 17-4 могут содержать некоторое количество остаточного аустенита. Оптическая металлография во многих случаях не позволяет выявить присутствие аустенита, расположенного, как правило, по границам мартенситных пакетов. Основными способами определения количества остаточного аустенита являются рентгеноструктурный анализ и просвечивающая электронная микроскопия.

Перлит (от фр. perle - жемчужина) — одна из структурных составляющих железоуглеродистых сплавов — сталей и чугунов: представляет собой эвтектоидную смесь двух фаз — феррита и цементита (в легированных сталях — карбидов). Перлит — продукт эвтектоидного распада аустенита при сравнительно медленном охлаждении железоуглеродистых сплавов ниже 727 °C. При этом γ-железо переходит в α-железо, растворимость углерода в котором составляет от 0,006 до 0,025%; избыточный углерод выделяется в форме цементита или карбидов. В зависимости от формы различают перлит пластинчатый (основной вид перлита; обе фазы имеют форму пластинок) и зернистый (округлые зёрнышки, или глобули, цементита располагаются на фоне зёрен феррита). С увеличением переохлаждения растёт число колоний перлита, то есть участков с однообразной ориентацией пластинок феррита и цементита (карбидов), а сами пластинки становятся более тонкими. Механические свойства перлита зависят в первую очередь от межпластиночного расстояния (суммарная толщина пластинок обеих фаз): чем оно меньше, тем выше значение предела прочности и предела текучести и ниже критическая температура хладноломкости. При перлитной структуре облегчается механическая обработка стали. Дисперсные разновидности перлита иногда называют сорбитом и трооститом.

Ледебурит — структурная составляющая железоуглеродистых сплавов, главным образом чугунов, представляющая собой эвтектическую смесь аустенита и цементита в интервале температур 723—1147 °C, или феррита и цементита ниже 723 °C. Назван в честь немецкого металлурга Карла Генриха Адольфа Ледебура

Феррит (лат. ferrum — железо), фазовая составляющая сплавов железа, представляющая собой твёрдый раствор углерода и легирующих элементов в α-железе (α-феррит). Имеет объемноцентированную кубическую кристаллическую решётку. Является фазовой составляющей других структур, например, перлита, состоящего из феррита и цементита.

При температурах выше 1401 °С в железоуглеродистых сплавах образуется твёрдый раствор углерода в δ-железе (δ-феррит), который можно рассматривать как высокотемпературный феррит.

Цементит — карбид железа, химическое соединение. Концентрация углерода 6,67% по массе — предельная для железоуглеродистых сплавов. Цементит — метастабильная фаза; образование стабильной фазы — графита во многих случаях затруднено. Цементит имеет орторомбическую кристаллическую решётку, очень тверд и хрупок, слабо магнитен до 210 °С.

В зависимости от условий кристаллизации и последующей обработки цементит может иметь различную форму — равноосных зёрен, сетки по границам зёрен, пластин, а также видманштеттову структуру.

Цементит в разных количествах, в зависимости от концентрации, присутствует в железоуглеродистых сплавах уже при малых содержаниях углерода. Формируется в процессе кристаллизации из расплава чугуна. В сталях выделяется при охлаждении аустенита или при нагреве мартенсита. Цементит является фазовой и структурной составляющей железоуглеродистых сплавов, составной частью ледебурита, перлита, сорбита и троостита. Цементит — представитель так называемых фаз внедрения, соединений переходных металлов с легкими металлоидами. В фазах внедрения велики доля как ковалентной, так и металлической связи. Прочность-8500 МПА.

3. Сталь 15Х Сталь конструкционная легированная; качественная; 0.15% содержания углерода, низко – углеродистая; около 1% содержания хрома, низко – легированная. Применение, втулки, пальцы, шестерни, валики, толкатели и другие цементуемые детали, к которым предъявляется требование высокой поверхностной твердости при высокой прочности сердцевины, детали, работающие в условиях износа при трении.

Сталь 12Х17 Сталь конструкционная легированная; 0.12% содержания углерода, низко – углеродистая; 17% содержания хрома, высоко – легированная; коррозийно-стойкая жаропрочная. Применяется крепежные детали, валики, втулки и другие детали аппаратов и сосудов, работающих в разбавленных растворах азотной, уксусной, лимонной кислоты, в растворах солей, обладающих окислительными свойствами; сталь ферритного класса.

Нихром Х20Н80 Углеродистый сплав нихрома; 20% хрома, 80% никеля. Обладает повышенной жаропрочностью, крипоустойчивостью, пластичностью и стабильностью формы. Широко используется в высокотемпературных электропечах, печах обжига и сушки, различных электрических аппаратах теплового действия.

Сплав ЕХ5К5 Сплав прецизионный магнитно-твердый; Около 1% содержания углерода, 5% хрома, 5% кобальта. для изготовления магнитов неответственного назначения.

11ХФ Сталь инструментальная легированная содержание углерода 0,11%; Низко – углеродистая, 1% хрома, 1% ванадия. Низко – легированная. Применяется для метчиков и другого режущего инструмента диаметром до 30 мм, закаливаемого с охлаждением в горячих средах.

БРОЦС5-5-5 Сплав бронзы, 5% содержания олова, 5% содержания цинка, 5 % содержания Свинца. Обладает хорошими литейными и декоративными свойствами. Применяется для декоративно – художественных отливок.

Стеклопластик, (другие названия – фибергласс композит (fiber glass composite), более привычное в России название – стеклокомпозит), многие годы использовался в оборонной промышленности, самолетостроении, кораблестроении и других областях, где к материалу предъявлялись повышенные требования по прочностным характеристикам, теплосбережению, устойчивости к агрессивным средам, сохранению свойств при резких колебаниях температур, долговечность, экологичность, словом, все требования, которые мы предъявляем к современным материалам.

Стеклопластик- стеклонаполненный материал (70% стекловолокна) на основе полиэфирных смол, обладает прочностью и долговечностью металла,биологической стойкостью полимера (не гниёт, не меняет цвет, не становится хрупким).

Прочность в 9 раз выше ,чем у ПВХ и в 2-4 раза выше, чем у алюминия, термическое расширение и сжатие стекла, поэтому нет деформаций.

4. Строительная арматура

Предъявляемые требования:

· высокие прочностные и пластические механические свойства;

· прочность и жесткость сцепления с бетоном;

· низкая распорность в бетоне;

· хорошая свариваемость;

· коррозионная стойкость и усталостная прочность

Сталь углеродистые стали Ст3-Ст5пс а также легированный стали 35ГС, 25Г2С

Подшипник скольжения тяжело нагруженных машин

· Широкий интервал рабочих температур то 0 до 1000 C

· Устойчивость к трению

Применяемые марки стали ШХ15, ШХ15СГ, ШХ20СГ, 11Х18М-ШД, 8Х4В9Ф2-Ш

Мечик – Применяемая марка стали 9ХС, 11ХФ, быстрорежущая сталь Р6М5, Р18 или Р9.

Корпус шариковой ручки

· Легкость

· Пластичность

· Малая стоимость

Марка стали 12Х1, 8ХФ, 7ХФ,

5. Литниковая система - это совокупность каналов, через которые расплав из ковша или другого разливочного устройства подводится к рабочей полости литейной формы. Назначение литниковой системы — обеспечение оптимальных условий и продолжительности заливки формы с целью получения отливки с чёткими гранями и контурами, предотвращение попадания неметаллических включений (при заливке из поворотного ковша), а при затвердевании сплава — питание отливки для предотвращения усадочных раковин. Элементы литниковой системы. в соответствии с их назначением разделяют на подводящие и питающие (в некоторых частных случаях такого разделения не существует)

Прошивка металла – операция получения в заготовке сквозных или глухих отверстий за счет вытеснения металла. Инструментом для прошивки служат прошивни сплошные и пустотелые. Пустотелые прошивают отверстия большого диаметра (400…900 мм).

При сквозной прошивке сравнительно тонких поковок применяют подкладные кольца. Более толстые поковки прошивают с двух сторон без подкладного кольца. Диаметр прошивня выбирают не более половины наружного диаметра заготовки, при большем диаметре прошивня заготовка значительно искажается. Прошивка сопровождается отходом (выдрой)

6. Плазменная сварка – плазменная струя, применяемая для сварки, представляет собой направленный поток частиц или полностью ионизированного газа, имеющего температуру 10000…200000С. Плазму получают в плазменных горелках (плазмотронах), пропуская газ через столб сжатой дуги. В качестве плазмообразующих газов применяют азот, аргон, водород, гелий, воздух и их смеси.

Применяют два основных плазменных источника нагрева: плазменную струю, выделенную из столба косвенной дуги и плазменную дугу, в которых дуга прямого действия совмещена с плазменной струей.

Плазменная струя представляет собой независимый источник теплоты, позволяющий в широких пределах изменять степень нагрева и глубину проплавления поверхности заготовок. Тепловая мощность плазменной струи ограничена, и ее применяют для сварки и резки тонких металлических листов и неэлектропроводящих материалов, для напыления тугоплавких материалов.

Плазменная дуга обладает большой тепловой мощностью, имеет более широкое применение: для сварки высоколегированной стали, сплавов титана, никеля, молибдена, вольфрама. Плазменную дугу применяют для резки материалов (меди, алюминия), наплавки тугоплавких материалов на поверхность.

Плазменной дугой можно сваривать металл толщиной до 10 мм без разделки кромок и применения присадочного материала. Так как плазменная дуга обладает высокой стабильностью, то обеспечивается повышенное качество сварных швов. Это позволяет выполнять микроплазменную сварку металла толщиной 0,025…0,8 мм.

Принцип действия плазмотрона, питающаяся от источника, заключается в том, что дуга между электродом и изделием проходит через очень маленькое сопло. Именно проходя через сопло плазмообразующий газ сжимает дугу. Защитное сопло плазмотрона защищает зону горения от окружающего воздуха. Плазмообразующий и защитный газы проходят по двум независящим друг от друга каналам. В качестве плазмообразующего газа используют инертные газы (гелий, аргон) если речь идет о сварке изделий. Если же предполагается резка металлов, то основу плазмообразующего газа составляет очищенный от примесей воздух.

В зависимости от материала изделия плазменную сварку проводят на постоянном токе прямой полярности или в импульсном режиме. Для этого плазмотрон соединяют с источником питания постоянного тока или источником питания, обеспечивающим импульсный режим.

Список используемой литературы

1. А.П.Гуляев - Металловедение (изд 6-е) 1986 г.

2. Ю. М. Лахтин, Леонтьева В. П., Материаловедение, М., 1990 г.

3. Ю. Т. Чумаченко, Г. В. Чумаченко, А. И. Герасименко Материаловедение для автомехаников Феникс 2003 г.