Влияние температуры на сопротивление деформациям и разрушениям

Введение

Влияние температуры на сопротивление деформациям и разрушениям в условии холодной деформации сопровождается интенсивным упрочнением металла, что снижает пластичность и повышает сопротивление деформированию. Поэтому в холодном состоянии целесообразно деформировать пластичные сплавы и стали с содержанием углерода не более 0,3—0,35%. Холодная деформация высокоуглеродистых и легированных сталей нерациональна ввиду их низкой пластичности и низкой стойкости инструмента из-за увеличенных нагрузок.Актуальность исследования заключается в том, что для научного сообщества важно понять, какие заметные изменения происходили в правильно установленной температуре нагрева металла перед последующей штамповкой, где необходимо знать влияние температуры на свойства металлов для влияния температуры на сопротивление деформациям и разрушениям. Целью и задачей работы является:определить, какой частоты металлы и сплавы имеют более сложные зависимости пластичности от температуры и скорости деформации;изучить от чего зависит сопротивление деформированию инструментальных сталей;рассмотреть каким образом повышение температуры увеличивает пластичность стали и снижает сопротивление деформированию;определить, что оказывают большие степени холодных пластических деформаций, возникающие на поврежденных слоях при механической обработки.Состояние металлов и сплавов в сопротивлении деформациям и разрушениямВ процессе влияния температуры на сопротивление деформациям и разрушениям прочность стали, характеризующая ее сопротивление деформированию, с повышением температуры уменьшается. Нагреб стали уменьшает предел прочности стали Ов с 57 кгс/мм при 15° С до 3,8 кгс/мм при 1000° С, т. е. в 15 раз. Пластичность стали (в данном случае она выражается относительным удлинением б) при нагреве возрастает с 28 до 76%, т. е. приблизительно в 2,7 раза. При 1000° С сталь обладает высокой ковкостью, т. е. имеет высокую пластичность и незначительное сопротивление деформированию.Как правило, температура оказывает наибольшее влияние на сопротивление металла деформированию и пластичность. С увеличением температуры увеличивается амплитуда колебаний и подвижность атомов, облегчается их взаимное смещение под действием внешних сил. Прочность и соответственно сопротивление деформированию уменьшаются, а пластичность увеличивается. В качестве примера на рис. 5 дан график изменения предела прочности и относительного удлинения б в зависимости от температуры для сталей.Металлы и сплавы технической чистоты, как правило, имеют более сложные зависимости пластичности от температуры и скорости деформации. Несколько конспективное изложение материала, относящегося к этому разделу, связано с тем, что пластичность и сопротивление деформации в известной степени взаимосвязаны, поэтому, чтобы избежать повторений, дается краткий обзор, но относящейся только к пластичности. Физические механизмы при этом одинаковы, поэтому данный раздел необходимо рассматривать в совокупности с влиянием температурно-скоростных условий деформирования на сопротивление деформации. Иногда рекомендуется верхнюю границу температурного интервала горячей обработки давлением устанавливать на основании определения критических температур роста зерна стали при нагреве. Однако при этом следует иметь в виду, что величина зерна стали при обработке давлением, не оказывает существенного влияния ни на пластичность, стали, ни на ее сопротивление деформированию. Для установления верхней границы более важное значение имеет обследование температуры пережога стали. Также не имеет принципиального значения и определение интервала критических деформаций, например, при осадке в результате рекристаллизации обработки.Влияние температуры на сопротивление деформациям и разрушениям в цепи концентрации напряжений на сопротивление усталости при повышенных температурах связано с упругопластическим перераспределением напряжений, чему способствует ослабление сопротивления пластическим деформациям - с ростом температуры. Сопротивление деформированию инструментальных Сталей в основном зависит от процентного содержания углерода. Чем больше в них углерода, тем ниже пластичность и выше сопротивление деформированию. Наличие в этих сталях вредных примесей (особенно серы и фосфора) приводит к понижению пластичности из-за появления красно или синеломкости. Влияние легирующих элементов на пластичность и механические свойства инструментальных сталей происходит вследствие замещения в решетке атомов железа атомами легирующего элемента. На основе физико-химических (коэффициента теплопроводности, температуры фазовых превращений и др.) и механических свойств (пластичности, сопротивления деформирования устанавливают температурный режим нагрева металла под ковку, температуру начала и конца ковки, выбор схемы процесса ковки и формы бойков, а также степень и скорость деформации.Механические характеристики при сопротивлении деформациям и разрушениямБольшое влияние на структуру металла заготовки, величину и стабильность его прочностных и пластических характеристик оказывает температурный режим ковки, степень и скорость деформации. При выборе температуры нагрева титанового сплава под ковку н температурного интервала горячего деформирования определяющим фактором следует считать температуру полиморфного превращения. Чем выше температура полного полиморфного превращения, тем выше температурный интервал горячего деформирования. Режимы ковки промышленных титановых сплавов выбирают по данным диаграммы пластичности с учетом скорости деформации, сопротивления деформированию, структуры металла, а также температуры полного полиморфного превращения.  Жаропрочные сплавы представляют собой многокомпонентные и многофазные системы. Причем, несмотря на то, что роль дисперсных фаз в упрочнении сплавов велика, определяющим фактором, особенно при высоких температурах, является прочность твердого раствора. В этой связи интересно выяснить влияния отдельного и совместного воздействия компонентов, входящих в состав твердого раствора жаропрочных сплавов, на механические свойства последних при различных температурах. Для этого можно воспользоваться измерением микротвердости, которая характеризует сопротивление изучаемого материала пластическому деформированию и может служить критерием для оценки свойств прочности и пластичностиДеформация никеля и его сплавов осуществлялась до 9—10%, за исключением образцов сплава никеля с хромом при 800° С. При данной температуре растяжения образцы нихрома разрушались при значительно меньшем общем удлинении. Необходимо также отметить, что напряжения сопротивления деформированию образцов нихрома при 800° С выше, чем у образцов никеля и его сплавов с титаном и совместно с титаном и хромом.Таким образом, легирование никеля одним хромом вызывает снижение пластичности и приводит к хрупкому разрушению в условиях испытания при 800° С, в то время как легирование никеля только титаном не оказывает существенного влияния на пластичность твердого раствора.Температура металла оказывает существенное влияние на его механические свойства. Повышение температуры увеличивает пластичность стали и снижает сопротивление деформированию.  Вместе с этим пластичность и сопротивление деформированию при температурах 1100—1150 при статической и динамической скоростях обработки практически одинаковы. При обеих скоростях сплавы, имеющие достаточный запас пластичности, оказалось возможным деформировать без разрушения на 60—65%. С другой стороны, при более низких температурах (950—1000°) скорость деформации оказывает заметное влияние на пластичность и сопротивление деформированию вследствие меньшего разупрочнения сплавов при этих температурах.  При влиянии температуры на сопротивление деформациям и разрушениям его повышение температуры металла оказывает существенное влияние и на его механические характеристики. Нагрев углеродистой стали примерно до 100°С несколько увеличивает пластичность и уменьшает сопротивление деформированию. Дальнейшее увеличение температуры примерно до 300° С значительно уменьшает пластичность и увеличивает прочность (зона синеломкости). Это предположительно объясняется выпадением мельчайших частиц карбидов по плоскостям скольжения аналогично процессу старения. Дальнейшее увеличение температуры приводит к постепенному, но значительному уменьшению прочности. При температурах порядка 1000° С предел прочности уменьшается более чем в 10 раз.Критерии разрушения и факторы температуры влияющие на сопротивление деформации и разрушениямИз-за сложного характера зависимости пластичности материала от условий формообразования влияния температуры и скорости деформации на пластические характеристики обычно рассматривают совместно. Для реальных материалов изменение температуры или скорости деформации может приводить в одних случаях к уменьшению, а в других — к повышению пластичности. Обнаружено, что для чистых металлов зависимость пластичности и сопротивления деформированию от температуры имеет вид, близкий к следующему.Критерии разрушения при влиянии температуры на сопротивление деформациям и разрушениям одной из наиболее важных задач сопротивления материалов является определение механических условий, вызывающих пластическую деформацию и разрушение в элементах машин и инженерных сооружений. Как общее правило, допускается, что во всяком твердом теле возможно возникновение таких напряженных состояний, которые способны повлечь за собой значительные изменения его формы или же разрушение. При оценке степени опасности разрушения, могущего произойти в той или иной конструкции, следует иметь в виду несколько критериев. С возрастанием напряжений остаточная или пластическая деформация в пластичных металлах может развиваться либо внезапно, либо очень постепенно, в зависимости от того, обладает ли металл четко выраженным пределом текучести или не обладает там же указывалось, кроме того, что наблюдаемый предел текучести зависит от тех нагружений и пластических деформаций, которым материал подвергался прежде. Помимо прочих условий, решающее влияние на величину сил, приводящих тело в деформированное состояние, оказывает температура.  При влиянии предварительной деформации индивидуально и зависит от сплава и температурно-временных условий, для материалов реальных конструкций, работающих при малых упругопластических деформациях (до 0,2—0,5%), возможно принимать кривые ползучести и характеристики длительной прочности, не зависящими от предварительного пластического деформирования, а. мгновенные диаграммы растяжения и характеристики кратковременной прочности, не зависящими от предварительно накопленной деформации ползучести. Большие степени холодных пластических деформаций, возникающие на поврежденных слоях при механической обработке, оказывают значительное влияние на характеристики прочности и пластичности при длительном статическом разрушении. Снижение сопротивления длительному статическому разрушению и способности к пластическому деформированию материала, наклепанного при механической обработке (фрезерование, шлифование абразивом), являются в ряде случаев причиной образования статических трещин в поверхностных слоях деталей, работающих при высоких температурах.Влияние температуры на сопротивление деформациям и разрушениям в процессе скорости деформации изменяются в широком диапазоне. Наименьшие скорости деформации (10 1/с) можно наблюдать при штамповке на прессах, а наибольшие — (10 1/с) — при штамповке на высокоскоростных молотах. В литературе имеется много противоречивых сведений о влиянии скорости деформации на сопротивление пластическому деформированию, в том числе и применительно к холодной штамповке выдавливанием. Это объясняется тем, что при увеличении скорости деформации наблюдаются два взаимно противоположных эффекта. Во-первых, при увеличении скорости деформации повышается температура заготовки, поскольку с быстротечностью процесса резко уменьшается рассеяние (отвод) теплоты от заготовки, а с повышением температуры уменьшается напряжение текучести. Во-вторых, при повышении скорости деформации сопротивление деформированию возрастает из-за необходимости преодоления инерционных нагрузок. В результате взаимодействия этих явлений можно наблюдать различное проявление влияния скорости деформации. Так, В. Е. Фаворский при скоростях выдавливания 0,5 м/с наблюдал повышение температуры для алюминия до 230 С, для меди до 380° С и для сталей 10 и 15 до 410° С, что во многих случаях сопровождалось понижением сопротивления деформированию и увеличением пластичности. Экспериментальные исследования, выполненные В. Ф. Ураковым, показывают повышение температуры не более 120° С. Он пришел к выводу, что при скоростях деформирования в пределах 4 — 20 м/с выдавливание осуществляется в адиабатических условиях. Напряжение текучести при переходе от статических условий нагружения (0,002 м/с) к динамическим (4 м/с) возрастает для алюминия на 15%, а для свинца увеличивается в 2,5 раза.Факторы температуры влияющие на сопротивление деформации и разрушениям:Влияние природных свойств металла – различные металла обладают разным сопротивлением деформации, что связанно с их химическим составом, строением атомов кристаллической структурой. Чистые тугоплавкие металлы, как правило, имеют более высокое сопротивление деформации, чем легкоплавкие, но это не является общей закономерностью.Влияние температуры металла – у всех металлов сопротивление деформации при нагреве уменьшается, приобретая минимальные значения вблизи температуры плавления, однако изменения сопротивления деформации при повышении температуры не всегда имеют плавный характер. У стали, например, при температурах 700-800С имеются отклонения от общей закономерности в сторону повышения значений, что объясняется переходом металла в новую кристаллическую модификацию.Влияние степени наклепа – при низких температурах, когда рекристаллизация не происходит, существенное влияние на сопротивление деформации оказывает наклеп (упрочнение). Только за счет влияния этого фактора сопротивление деформации может увеличиться в 3-4 раза. Наиболее резкое влияние наклеп оказывает на первых стадиях обработки, до получения суммарной деформации в 40-50%; Влияние скорости деформации – при горячей обработке металлов влияние наклепа тесно связанно с влиянием скорости деформации. Под скоростью деформации понимают приращение степени деформации за единицу времени.Температура оказывает влияние как на величину характеристик прочности и пластичности, так и на вид сопротивления деформациям и разрушениям. В зависимости от температурного интервала механических испытаний для поликристаллических структурно-стабильных сплавов
.Список использованной литературы
Абросимов Н.В., Ахметханов Р.С., Махутов Н.А., Резников Д.О. и др., Безопасность России. Анализ риска и проблемы безопасности. Часть 1. Основы анализа и регулирования безопасности. – М.: МГФ «Знание». 2006. - 640 с.Болотин В.В. Ресурс машин и конструкций. – М.: Машиностроение. 1990. – 448 с.Гусев А.С. Вероятностные методы в механике машин и конструкций. – М.: Из-во МГТУ им. Н.Э.Баумана. 2009. -224 с.Ершов Д.Ю. Техническое диагностирование и методы контроля механических узлов в машиностроении // Молодой ученый. 2013, №4. - С. 62-64.Махутов Н.А. Конструкционная прочность, ресурс и техногенная безопасность. Ч. 1. Критерии прочности и ресурса – Новосибирск: Наука. 2005. – 494 с.Савкин А.Н., Седов А.А. Прогнозирование долговечности материала при блочном переменном циклическом нагружении//Проблемы машиностроения и надежности машин. 2011. №4. С. 49-54.