8. Полиморфные превращения в металлах

Способность некоторых металлов существовать в различных кристаллических формах в зависимости от внешних условий (давление, температура) называется аллотропией или полиморфизмом.

Каждый вид решетки представляет собой аллотропическое видоизменение или модификацию.

Примером аллотропического видоизменения в зависимости от температуры является железо (Fe).

Fe: – ОЦК - ;

– ГЦК - ;

– ОЦК - ; (высокотемпературное )

Превращение одной модификации в другую протекает при постоянной температуре и сопровождается тепловым эффектом. Видоизменения элемента обозначается буквами греческого алфавита в виде индекса у основного обозначения металла.

Примером аллотропического видоизменения, обусловленного изменением давления, является углерод: при низких давлениях образуется графит, а при высоких – алмаз.

Используя явление полиморфизма, можно упрочнять и разупрочнять сплавы при помощи термической обработки.

9. Пластическая деформация и механические свойства металлов

Деформацией называется изменение размеров и формы тела под действием приложенных сил либо внешних, либо возникающими при различных физико-механических процессах, проходящих в самом теле. Отношение силы, действующей на тело, к некоторой площадке F называется напряжением.

Деформация:

• Упругая

• Пластическая - не устраняется после снятия нагрузки, меняя форму, размер, структуру, свойства тела.

Пластическая деформация как в моно- , так и в поликристаллах осуществляется за счет скольжения и двойникования.

Скольжение – сдвиг одной части кристалла относительно другой по плоскостям и направлениям с наиболее плотным расположением атомов. Осуществляется за счет движения дислокаций, смещается небольшая группа атомов на расстояние меньше межатомного. Пробег многих дислокаций приводит к макросдвигу.

Двойникование – деформация в решетке ОЦК, ГЦК, ГПУ. Происходитпереориентация части кристалла вположение, симметричное по отношению к первой части (зеркальноеотражение). АВСД – полоса двойникования.Наблюдается при больших степеняхдеформации, может появиться привибрации, при ударе во время падения.

В поликристалле процессы скольжения и двойникования идут в каждом зерне. Переход дислокаций из одного зерна в другое невозможен. Передача деформации от зерна к зерну происходит эстафетным путем.

Механические свойства характеризуют поведение материала под действием приложенных механических сил (нагрузок). Механические свойства определяются при механических испытаниях по специально разработанным методам.

Механические испытания

• Статические испытания – на растяжения, сжатие, твердость, изгиб, кручение при статическом нагружении. Статические нагрузки приложены постоянно или плавно возрастают. Основные статические испытания – на растяжение (ГОСТ 1497-84) на разрывных машинах с построением диаграммы (кривой) растяжения. Эти испытания определяют свойства прочности - σ_пц, σ_0,2, σ_в и пластичности δ, ψ материала.

  • Испытания на растяжение – определение характеристик прочности и пластичности.

  • Испытания на твердость Твердость – способность материала сопротивляться местной пластической деформации при внедрении в него другого, более твердого материала (индентора).

    • Твердость по БринеллюHB(Шарик)

    • Твердость по Роквеллу HR (Алмазный конус)

    • Твердость по Виккерсу HV (Индентор – четырехгранная пирамида)

• Динамические испытания – на ударный изгиб при динамическом нагружении. Динамическая нагрузка – ударная, возрастает резко с большой скоростью. Динамические нагрузки чаще всего являются причиной хрупкого разрушения материала. Испытания проводят на приборе – маятниковом копре (ГОСТ 9454-78) на специальных образцах с надрезом. Надрез является концентратором напряжений. Определяется ударная вязкость КС.

• Усталостные испытания при знакопеременном (циклическом) напряжении. Знакопеременные нагрузки – многократные прикладываемые, изменяющиеся по величине и направлению. При этом развивается явление, которое носит название усталости металла – постепенное накопление повреждений (трещин), приводящих к разрушению. Испытания проводят методом изгиба при вращении (ГОСТ 25.502-79).

• Другие виды испытаний:

  • - испытания на жаропрочность;

  • - технологические испытания на изгиб, осадку, перегиб, выдавливание (для определения способности металла к пластическому деформированию).