- •Глава 1. Атомно-кристаллическое строение материалов
- •1. Электронное строение атомов. Классификация элементов в периодической системе д. И. Менделеева
- •2. Кристаллическое строение твердых тел
- •3. Типы связей между атомами (молекулами) в кристаллах
- •Пояснения к ответам на вопросы
- •2) Правильно.
- •Глава II. Основы теории кристаллизации
- •1. Энергетические условия кристаллизации
- •2. Механизм процесса кристаллизации
- •3. Размер зерна, образующегося при кристаллизации. Строение кристаллического слитка
- •4. Дефекты строения реальных металлов
- •5. Полиморфные превращения металлов
- •6. Методы изучения кристаллического строения металлов
- •Пояснения к ответам на вопросы
- •Глава III. Механические свойства металлов
- •1. Свойства, определяемые при статических испытаниях.
- •2. Свойства, определяемые при динамическом нагружении
- •3. Свойства, определяемые при циклически действующих нагрузках (усталость материалов)
- •4. Свойства, определяемые нагружением в условиях повышенных температур
- •Глава IV. Физическая сущность механизмов деформации и разрушения металлов
- •1. Механизм упругой и пластической деформации металлов
- •3. Факторы, влияющие на хрупкое и вязкое состояние металлов
- •4. Основные направления повышения прочности металлов. Конструктивная прочность
- •Глава V. Наклеп, возврат и рекристаллизация металлов и сплавов
- •1. Наклеп металла
- •2. Отдых (возврат) металла
- •3. Рекристаллизация
- •4. Полигонизация
- •1). Совершенно правильно.
- •3). Ошибаетесь.
- •3). Совершенно правильно.
- •1). Ответ неточный.
- •2). Совершенно правильно.
- •1). Ответ неполный.
- •2). Совершенно правильно.
- •3). Правильно.
- •Глава VI. Строение и свойства сплавов
- •1. Металлические сплавы
- •Характеристика основных фаз в сплавах
- •Особенности кристаллизации сплавов
- •2. Диаграммы состояния сплавов
- •3). Совершенно правильно.
- •2). Правильно.
- •3). Совершенно правильно.
- •2). Правильно.
- •2). Совершенно правильно.
- •3). Правильно.
- •3). Правильно.
- •1). Правильно.
- •3). Правильно.
- •Глава VII. Сталь и чугун
- •1. Диаграмма состояния Fe—Fe3c
- •Глава VIII. Углеродистые стали
- •1. Влияние состава на свойства стали
- •2. Технологические свойства стали
- •3. Основы легирования стали
- •4. Фазы, образуемые легирующими элементами с железом. Влияние легирующих элементов на температуру полиморфных превращений железа.
- •Карбидообразующие легирующие элементы и типы образуемых карбидов
- •5. Влияние легирующих элементов на содержание углерода в перлите, температуру эвтектоидного превращения и свойства стали
- •6. Классификация и маркировка сталей
- •Глава IX. Чугуны
- •1. Процесс графитизации чугунов
- •2. Серый чугун
- •3. Высокопрочный чугун с шаровидным графитом
- •4. Ковкий чугун
- •Марки, основные механические свойства и структуры серых, ковких и высокопрочных чугунов (выборка)
4. Основные направления повышения прочности металлов. Конструктивная прочность
В реальной конструкции материал должен обладать как высоким значением сопротивления пластическим деформациям т, так и высоким значениям прочности Sk и особенно S0Т. До сих пор в реальных конструкциях используется менее 0,1 от теоретической прочности металлов.
Из рассмотрения дислокационного механизма пластической деформации явствует, что плотность дислокаций на сопротивление металла пластическим деформациям влияет немонотонно. Если бы в металле не было дислокации, то такой материал при нагружении, не деформируясь, обнаружил бы показатели прочности, равные теоретическим. В настоящее время созданы тонкие (d меньше, чем 5 мкм) нитевидные монокристаллы (усы), которые практически не имеют дислокаций. Оказалось, что такие материалы имеют очень высокую прочность: для железа, например, 1350 к Г/мм2; для MgO 2500 к Г/мм2, что близко к теоретической.
Увеличение плотности дислокаций в металле до значения k, рис. 47, приводит к понижению значения прочности. Дальнейшее увеличение плотности дислокаций приводит к новому росту прочностных свойств. Поэтому из рис. 47 вытекает два направления повышения прочности металлов. Первый путь наиболее эффективный — создание бездислокационных материалов. На данной стадии развития техники этот метод только начинает применяться. Однако имеющиеся данные позволяют предсказать этому направлению большое будущее. Уже в настоящее время разработаны композиционные материалы, представляющие собой вязкие материалы, упрочненные нитевидными кристаллами (усами).
Весьма широко используется второй путь: упрочнение металла за счет искусственного повышения плотности дислокации (например пластической деформацией) или за счет затруднения перемещения дислокации при нагружении металла. Это достигается закреплением дислокаций инородными атомами в сплавах, когда такие атомы скопляются преимущественно в зонах дислокаций, образуя так называемые атмосферы Котрелла, Су-зуки. Препятствуют перемещению дислокации также мелкодисперсные включения карбидов, нитридов, интерметаллических соединений. Эффективного упрочнения добиваются термообработкой, в результате чего возникают большие внутренние напряжения, измельчается блочная структура металлических сплавов, увеличивается количество дислокации. Все шире используется комбинированные (пластическая деформация совместно с термической обработкой) способы обработки металлов и сплавов, повышающие сопротивление деформированию и разрушению.
Однако следует помнить, что повышение плотности дислокации или создание условий, препятствующих их перемещению, хотя и повышает значения т и S0T, но в разной степени. Обычно с ростом плотности дислокации и других искажений в кристаллической решетке сопротивление срезу Sk и т возрастает быстрее, чем сопротивление отрыву S0T рис. 48. При S0T<т окажется исчерпанной пластичность металла, что весьма опасно при эксплуатации металлоконструкций, так как при нагружении, ввиду высоких значений т раньше будет достигнуто значение S0Т, и конструкция разрушится хрупко. Поэтому важнейшей задачей инженера является создание материалов, обладающих в условиях эксплуатации оптимальным сочетанием прочности, пластичности, вязкости.
Единого правила для выбора необходимого критерия, характеризующего конструктивную прочность материала для различных изделий, к сожалению, нет. Приводятся лишь общие рекомендации по выбору комплекса свойств для конкретного назначения: а) напряженное состояние образцов и изделий, для которых предназначен данный материал, должно быть близким; б) условия испытания (температура, среда) образцов и условия эксплуатации изделия должны быть одинаковыми; в) характер разрушения, вид излома в образцах и изделиях должны быть аналогичными.
Как отмечалось выше, в ряде случаев не удается выявить материалы для конкретных условий работы, пользуясь данными, которые получены при лабораторных испытаниях стандартных образцов. Поэтому прибегают к натурным и стендовым испытаниям, что, конечно дорого, но является необходимым.