ФМ окулык казакша

6 Дәріс Жүктеу, кернеу (күштеу) және деформация. Механикалық қасиеттері.

1.Металдардың деформациясының физикалық табиғаты.

2.Пластикалық деформацияның табиғаты.

3.Пластикалық деформацияның дислокациялық механизмі.

4.Металдардың бүлінуі.

5.Сандық сипаттамаларын анықтау әдістері және механикалық қасиеттері.

Металдардың деформациясының физикалық табиғаты.

Деформация-дегеніміз кернеу әсерінен дененің өлшемі мен формасының өзгеріске ұшырауы.

Кернеу- бөлшектің бір бірлік қима ауданына әсер ететін күш. Кернеу және одан пайда болған деформациялар созылудың, қысудың ішкі күштерінің дене бойымен қозғалуынан және сондай-ақ фазалық(құрылымдық) өзгерістердің нәтижесінде және т.б. металдарда болып жатқан физико-техникалық процестердің және көлемнің өзгерісіне байланысты болуы мүмкін.

Кернеулі жағдайдағы кез-келген металл, күштеудің кез-келген түрінде әрқашан нормальды және жанама кернеулерді сыналады.

Сүр.6.1. Металды күштегенде нормальды және жанама кернеулердің пайда болған схемасы

Нормальды және жанама кернеулердің өсуі әртүрлі жағдайларға алып келуі мүмкін. Нормальды кернеудің өсуі әлсіз бұзылуға алып келеді. Ал жанама кернеу пластикалық деформацияны тудырады.Кернеудің әсерінен болған металдың деформациясы серпімді және пластикалық болуы мүмкін.Серпімді деформация - деп одан туындайтын кернеулерді алып тастағанда толығымен жоғалып кететін деформацияны айтады.Серпімді деформациялану кезінде металдың кристалдық тордағы атомдар арасындағы арақашықтығы өзгереді.

Жүкті алып тастау атомаралық қашықтықтың өзгерісі тудыруын, атомдардың алғашқы қалпына қайта келуін және деформацияның жоғалу себептерін жояды.

Деформация диаграммасында серпімді деформация OА сызығымен сипатталады.

33

Сүр.6.2.Әсер етуші кернеулердің σ металл деформациясына ε тәуелділік диаграммасы.

Егер нормальды кернеу атомаралық байланыс күштер сипаттамаларымен бағытталса, онда үзу жолымен әлсіз бұзылу байқалады.

Сүр.6.3.Серпимді кернеу арқасында жүретін серпімді деформацияның және әлсіз бұзылудың схемасы : а) кернеусіз метал торы; б)серпимді деформация;

в,г) әлсіз бұзылудың үзіліу арқылы

σ=Е δ , Е-серпімділік модулі Серпімділік модулі металдың серпімділік қасиеттерінің негізгі сипаттамасы болып

табылады. Серпімділік модулі физикалық тұрғыдан қатты денедегі атомаралық байланыстардың σ=Е δ , мында: Е – серпимді модулі Серпимді модулі беріктік өлшемінің мәні болып қарастырылады. Бұл механикалық

сипаттамасы құрылымы жағынан мәнсіз, дәлірек айтқанда термиялық өңдеу немесе құрылым өзгеруінің басқа да түрлері серпімділік модулін өзгертпейді, ал атомаралық қашықтықты өзгертетін температураның жоғарылауы серпімділік модулін төмендетеді.

Пластикалық немесе қалдықты деформация - дегеніміз кернеу тудыратын әрекеттер тоқтағаннан кейінгі деформация. Пластикалық деформация кезінде кернеудің бір бөлігі екіншісіне қатысты жанама кернеудің әсерінен орын ауыстырады. Жүкті алған кезде жылжу сақталады, яғни пластикалық деформация өтеді(6.4-сурет). Пластикалық деформация нәтижесінде жылжу аркылы тұткырлыкты бұзылу байкалуы мүмкін.

34

Сүр.6.4.Жанама кернеу әсерінен тұткырлыкты бұзылу және пластикалық деформация сұлбасы.

Пластикалық деформация табиғаты.

Металл және қорытпалар қатты күйінде кристалдық құрылымға ие және олардың деформациясы кристалл құрылымының типіне және осы құрылымдағы шектеусіздіктің болуына байланысты.

Монокристалды пластикалық деформацияны қарастырайық. Пластикалық деформация жанама кернеу әсерінен өтіп екі әдіспен жүруі мүмкін:

1.Жазықтықта трансляциялық жылжу. Кристалл атомдарының бір қабаттары басқа қабаттары арқылы жылжиды.Сонымен қатар олар түгел атомаралық қашықтыққа тең дискретті шамаға ауысады. Сырғанау жолдарының аралықтарында деформация жүрмейді. Қатты дене пластикалық деформация кезінде өзінің кристалдық құрылымын өзгертпейді және қарапайым ұяшықтарда атомдардың орналасуы сақталады. Атомдары тығыздау шоғырланған кристаллографиялық жазықтық сырғанау жазықтығы болып табылады. Бұл деформацияның қысым арқылы өңдеудің маңызды түрі.

2.Еселену.Кристалдың бір бөлігінің басқа бір бөлігіне симметриялық жағдайдағы бұрылысы. Еселену жазықтығы симметрия жазықтығы болып табылады. Еселену көбіне кристалдардың көлемдік орталық және гексагональды торымен пластикалық деформация кезінде пайда болады, сонымен қатар деформация жылдамдығының өсуімен және температураның төмендеуімен еселенуге бейімділік төмендейді. Еселену сыртқы күштердің қозғалысы нәтижесінде ғана емес, сонымен қатар пластикалық деформацияланған денені жасыту нәтижесінде туындауы мүмкін. Бұл кубты қырлы центрленген торлы металдарға тән. Еселену арқылы деформацияның белгісіз дәрежесіне қол жеткізуге болады.

Сүр.6.5. Пластикалық деформацияның әр түрлі әдістерінің сұлбасы, а) сырғанау арқылы; б)еселену арқылы;

35

Пластикалық деформацияның дислокациялық механизмі.

Пластикалық деформация сырғанаудың немесе еселенудің нәтижесінде болады. Ертеректе сырғанау кезінде кристалдың бір бөлігі периодтың бүтін санына басқа бөлігіне қатысты бір бүтін ретінде жылжиды деп қарастырған. Бұл кернеуге қажеттілік шынайы өзгермелі кернеуден бірнеше қатарға жоғары.

Темір үшін өзгермелі кернеудің теориялық мәні: tтеор=13300 МПа, t реал=20 Пластикалық деформацияның жаңа заманғы теориясының негізі ретінде келесі

жағдайлар алынған:

-сырғанау жылжу жазықтығында бір уақытта емес тізбектей таралады -сырғанау кристалдың оны жүктеу кезінде пайда болатын кристалдық торының бұзылған жерінен басталады.

Деформация механизімінің сұлбасы 6.6 суретте келтірілген. Деформация тепе-тең күйде қозғалмайды. Экстражазықтық кернеудің әсерімен атомдардың орналасуының елеусіз жагдайында оңнан солға қарай орын ауыстырады . PS (SR) жазықтығының төменгі бөлігі

Сурет 6.6. Пластикалық деформациянын дислокациялық механизімінің сұлбасы. а- шеткі дислокацияның қозғалысы кезінде атодардың бір атомаралық қашықтыққа орын ауыстыруы ; б- дислокацияның бүкіл кристалл арқылы ауысуы.

Металдардың бұзылуы.

Жоғары кернеуге қол жеткізген кезде деформация процесі бұзылумен аяқталады . Денелер қимамен бір уақытта емес ,үшіншісінің дамуы нәтижесінде бұзылады. Бұзылуы 3 сатыдан турады : жарықтың пайда болуы,оның қима арқылы таралуы,толығымен бұзылу. Әлсіз бұзылу-нормальды созу кернеуі арқылы атомдардың бір қабатын басқа қабаттарынан

36

үзуі.Үзілуі алдына ала деформациямен жүргізілмейдi. Жарықтын пайда болу механизмі кедергілердін алдында бірдей қозғалысындағы дислокацияның жиналуына байланысты, осының салдарынан кернеу концентрациясына әкеліп соқтырады. Кернеуге белгілі бір мәнді иеленгенде ,жарықтардың молшері критикалық болады және келесі өсуі қалыпты болады. Әлсіз бұзылуға өткір, жиі тербелістегі жарық тән.Әлсіз бұзылуынын энергосыйымдылығы аз,жарық жұмысының таралуы нольге жакын.

Транскристалдық бұзылуды айырады: жарық –дәннің аумағында таралады, интеркристаллды дән шекаралында таралады.Сынық кенестігі –қалыпты кернеуге перпендикуляр .Әртүрлі бұзылуы –жанасатын кернеудің әсерімен ,кесу жолымен орындалады. Оған белгілі пластикалық деформациясы әкеліп соғады. Жарықтын таралу жылдамдығы аз, энергосыйымдылық мәнді қуат бөлу бетінің пайда болуына және пластикалық деформацияға жұмсалады,көп жұмыс жарықтын таралуына жумсалады.

Сынық беті тегіс емес жарық сәулесін таратады .Сынық арқылы бұзылудың сипаттамасын анықтауға болады. Бузылудын маңызды механикалық құрамдары болып мыналар табылады: беріктілік, қаттылық, тұтқырлық. Механикалық құрамды біле отырып конструктор қажетті материалды тандайды . Деформациялық жағдайда материалдын механикалық құрамы материалдың сыртқы әсерлерден бұзылуын анықтайды .Жүктеу әсеріне байланысты механикалық құрамы мынадай түрлермен анықталады:

1.статикалық жүктеу -жүктелуі жай және қалыпты өседі 2.динамикалық жүктеу -жүктеу қарқынды жылдамдықпен өседі және өзіне тән сипаттамалары бар.

3.кайталама немесе циклды жүктеу-жүктеуі жұмыс кезінде көп ретті және бағыты бойынша жиі ауысып отырады.

Беріктік- материалдың деформацияға және бұзылуға қарсы тұруы. Сынақ созылу диаграммасын жазатын арнайы машинада жүргізіледі.

Сүр.6.7. Созылу диаграммасы:а)абсолютті б)салыстырмалы в) аққыштық шегін анықтайтын схема

Материал үлгісінде болатын жүктеудін осуін қорытындылайық. Диаграммада оа сызығы серпимді деформация Гук заңына тауелді жүреді. Серпімді деформацияға сәйкес келетін а нүктесіндегі кернеуді пропорциональды шегі деп атаймыз.

Пропорциональды шегі деформация мен кернеу арасындағы сызықтық тәуелділікті сақтайтын жоғарғы кернеу.

Пропорциональды шегінен жоғары кернеу кезінде тепе тең пластикалық деформация өтеді. Практика жүзінде серпімсіз жағдайға өту нүктесін белгілеу мүмкін емес болғандықтан,

37

серпімді деформация ала алатын жоғары кернеу шартты серпімділік шегін белгілейді. Қалдықты деформация өте аз болғандағы кернеуді есептейді.

Қалдықты деформацияның -аққыштық шегібелгіленуі:

Өту шегі материалдың аз пластикалық деформацияға қарсы тұруын мінездейді. Материалдың табиғатына байланысты физикалық шартты шегі қолданылады. Физикалық өту шегі бұл тұрақты жүктелгендегі деформацияның үлкеюінен пайда болатын кернеу. Өту пластикалық материалдарға байланысты. Бірақ қорытпа мен металдың көп бөлігі өту аймағына жатпайды. Шартты өту шегі бұл қалдықты деформацияны тудыратын кернеу - аққыштық шегі

Физикалық немесе шартты өту шегі материалдың ең қажетті есептеу мінездемесі болып табылады. Бөлшекке әсер ететін кернеу өту шегінен кем болу керек. Барлық жағынан пластикалық деформация тең көлемді өту шегіне дейін жалғасады. Пластикалық деформация в нүктесінің өте әлсіз жерінде –мойын (шейка) құрылуы басталады, ол қуатты үлгінің жергілікті басылуы болып табылады. Өту шегі бұл жоғары жүктелуге сәйкес келетін және уақытша жоғарылауға қарсы тұратын кернеу. Мойынның (шейка) қалыптасуы пластикалық материалдарға тән, олардың созылу диаграммасы максимальды мәнге ие.

Беріктік шегі бұл машина деформациясына қарсы мәндерінің тепе теңдігін мінездейтін беріктілік.В нүктесіндегі мойынның дамуы барысында С нүктесіне ауырлық түсіп бұзылу байқалады. Негізгі бұзылуға қарсылық үлгінің бұзылу үақытында материалды ұстап тұратын максимальды кернеу. Бұзылуға негізгі қарсылық үлгінің көлденең қимасының түпкі аймағына қатысты анықталатын болғандықтан, беріктік шегінен барынша үлкен болады.

Сүр.6.8.Созылудың негізгі диаграммасы

Бақылау сұрақтары:

1.Деформация дегеніміз не?

2.Деформация түрлері қандай?

3.Бұзылудың маңызды механикалық құрамдыры

4.Қандай жүктеулер бар?

5.Пластикалық деформация қалай жүреді?

Глоссарий

1.Деформация - кернеу әсерінен дененің өлшемі мен формасының өзгеріске ұшырауы.

2.Кернеубөлшектің бір бірлік қима ауданына әсер ететін күш.

3.Серпімді деформациякернеулерді алып тастағанда толығымен жоғалып кететін деформация.

38

4.Пластикалық немесе қалдықты деформациякернеу тудыратын әрекеттер тоқтағаннан

7.Беріктік шегі машина деформациясына қарсы мәндерінің тепе теңдігін мінездейтін беріктілік.

8.Әлсіз бұзылунормальды созу кернеуі арқылы атомдардың бір қабатын басқа қабаттарынан үзу.

9.Тәуелділік шегі деформация мен кернеу арасындағы сызықтық тәуелділікті сақтайтын жоғарғы кернеу.

10.Беріктікматериалдың деформацияға және бұзылуға қарсы тұруы.

7 Дәріс Механикалық қасиеттер (жалғасы).

Технологиялық және пайдаланымдық қасиеттер.

1.Механикалық қасиеттер және анықтау амалдарының сандық сипаттамалары: қаттылық, тұтқырлық, тозуға шыдамдылық.

2.Бриннель бойынша қаттылық (ГОСТ 9012)

3.Роквелл әдісі ГОСТ 9013

4.Виккерс әдісі

5.Тырнау әдісі

6.Динамикалық әдіс (Шор бойынша)

7.Температураның әсері

8.Тұтқырлықты бағалау тәсілдері

9.Сынық түрі бойынша тұтқырлықты бағалау

10.Негізгі сипаттамалар

11.Технологиялық қасиеттер

12.Пайдаланымдық қасиеттер

Механикалық қасиеттер және анықтау амалдарының сандық сипаттамалары: қаттылық, тұтқырлық, тозуға шыдамдылық.

Қаттылық – бұл материалдың бетіне стандарттық денелі (индентордың) енуіне қарсылық көрсетуі, сынау кезінде деформацияланбайтын.Оның кең таралуы арнайы үлгілердің қажетсіздігімен түсіндіріледі.

Бұзылмайтын тәсіл. Термиялық өңделген бұйымның сапасын тексерудің негізгі тәсілі. Қаттылықты не индентордың ену тереңдігі бойынша, не салмақ салған кезде қалған із бойынша бағаланады ( Бринелл, Виккерс тәсілдері, микроқаттылық)

Барлық жағдайларда материалдардың пластикалық деформациясы болады. Неғұрлым материалдардың пластикалық деформациясының қарсылығы көп болса, соғұрлым қаттылығы көбірек болады.

Бринелл, Роквелл, Виккерс, микроқаттылық әдісі кең қолданысқа ие болады. Сынау схемасы 7.1 суретінде көрсетілген.

39

Виккерс әдісі

Қаттылық түскен таңбаның мөлшерімен анықталады(рис.7.1 в).Индентор ретінде алмазды төрт қырлы пирамиданы қолданылады, бұрышының ұшы 136°тең. Қаттылық күштің Р түскен таңбасының аумағының F қатынасымен есептеледі.

P салмақ құрайды 5...10кгс. Таңбаның диагоналі d микроскоп көмегімен өлшенеді, қондырғыда орнатылған.

Бұл амалдың артықшылығы әр материалдың қаттылығын анықтауға болады, жұқа бұйымның, беттік қабығың. Ең жоғарғы дәлдік және сезімталдық әдіс болып келеді.

Микроқаттылық әдісі –қорытпаның құрлымының құраушылар мен фазаларды,өте жіңішке беттік қабығын анықтауға арналған.

Сондай-ақ Виккерс әдісіне ұқсас, индентор – пирамида аз өлшемді, қысу кезінде Р салмақты құрайды 5 ден 500 кгс.

Н200= 1,854 Р/ d2

Тырнау әдісі

Алмаздық конуспен, пирамида мен немесе шарикпен тырнау жүргізіледі, ол өлшеу болып табылады. Басқа материалдарда тырналау кезінде олардың қаттылығы салыстырылады. Тырнауды ені бойынша жүргізуге болады және де салмақ түсіру арқылы. Енін берген кезде салмақтың мөлшерін анықтаймыз,.

Динамикалық әдіс.

Жоғарыдан шарикті белгілі қабаттан лақтырады, ол бір мөлшерге жылжиды. Жылжу мөлшері неғұрлым жоғары болса, соғұрлым материал қатты болады. Нәтижесінде динамикалық тәжірибе кезінде, айналма соққы арқылы кесілген арнайы үлгілермен (ГОСТ 9454) материалдардың тұтқырлық күйден сынғыш күйге өтуі анықталады.

Тұтқырлық – пластикалық деформация арқылы материалдың ішкі күштегі механикалық энергиясын тұтынуы болып табылады.

Материалдың энергетикалық сипаттамасы болып табылады, жұмыс мөлшерімен сипатталады. Металдың және де балқымасының тұтқырлығы олардың химиялық құрамымен, термиялық өңделеумен және де басқа да ішкі факторлармен анықталады. Сонымен қатар тұтқырлық жағдайға байланысты, металдың жұмыс істеуіне ( температура, жылдамдық салмағы, концентраттардың күш салуымен) тәуелді.

Температура әсері

Температураның жоғарлауымен тұтқырлық жоғарлайды( 7.2 сур). Температураның өзгеруімен аққыштық шегі өзгереді, қарсылас жұлыну (отрыву) температураға бағынбайды. Тн температураның жоғарлауымен аққыштық шегі қарсылас жұлынудан аз болады. Жүктеме кезінде ең бірінші пластикалық деформация орын алады, содан кейін бұзылу басталады. Металл тұтқырлық күйде болады.

Тн температураның төмендеуімен қарсылас жұлыну аққыштық шектен аз болады. Бұл жағдай металл деформация көмексіз бұзылады, сынғыштық күйде болады. Тұтқырлық күйден сынғыштық күйге өтуі температура интервалдарына байланысты.

Мортсынғыштық дегеніміз температураның төмендеуімен металдың сынғыштық күйге өтуі.

Мортсынғыштықтарға темір, вольфрам, цинк және т.б металдар, көлемдік центрленген кубтық және де гексагональді тығыз негізделген кристалдық тордың болуы.

41

Сур.7.2.Пластикалық және сынғыштық күйдегі температураның әсері

Тұтқырлықты бағалаудағы тәсіл.

Соққыш тұтқырлық металдың сенімділігін сипаттайды, оның мортсынғыштығына қарсылас көрсету қабилеті.

Тәжірибені анықталған формада және де кесілген үлгіде жүргізеледі. Үлгіні кесілген жағымен қазыққа қағып, қарама-қарсы жағын ұруға дайындап, белгілі биіктікке көтереді (7,3 сур)

7.3. – сурет. Соққы тұтқырығының тәжірибелік кестесі: а) маятникті копрдың схемасы; б) кесілген стандартты үлгі; в) концентрантты кернеу түрлері; г) тұтқырлықты температурадан тәуелділігі.

Үлгінің бұзылуына жұмсалатын жұмыс: А = Р(Н - h ) Мұндағы; Р – маяктник салмағы

Н – соққыға дейінгі маятниктің көтерілу биіктігі. Һ – соққыдан кейінгі маятниктің көтерілу биіктігі.

Соққы тұтқырлығы - сипаттамалы тұтқырлық болып табылады (аH) –жұмыстың бөлініп бұзылуы, аH =АH / F0 , Мұндағы: F0 – кесік орындағы көлденен қима ауданы.

42