Презентация Схема связей между характеристиками материала онлайн

Содержание слайда: Схема связей между характеристиками материала

Содержание слайда: Выбор материала При выборе материала требуется всестороннее рассмотрение условий его работы и ранжирование факторов, воздействующих на материал по степени их влияния на эксплуатационную надежность. Следующий этап выбора материала - процесс определения комплекса необходимых свойств, обеспечивающих долговечную работу конструкции в заданных условиях эксплуатации

Содержание слайда: Классификация свойств материала Свойство – признак, определяющий количественные и качественные особенности Физические характеризуют поведение материала в магнитных, электрических, тепловых полях, а также под воздействием потоков частиц высокой энергии или радиации. (электропроводность, теплопроводность, коэффициент термического расширения); Химические характеризуют поведение под воздействием агрессивных сред. (коррозионная стойкость, окалиностойкость, каталитические свойства); Механические Характеризуют способность материала сопротивляться деформации и разрушению или оценивают возможность разрушения. (прочность); Технологические Определяют пригодность материала для изготовления деталей требуемого качества с минимальными трудозатратами. (обрабатываемость, свариваемость); Эксплуатационные Характеризуют способность материала выполнять функциональное назначение, обеспечивать работоспособность и силовые, скоростные и другие технико-эксплуатационные параметры(износостойкость). Биологические (алергенная активность, токсичность и т.д). В инженерной практике, наиболее часто количественным критерием расчета выступают механические свойства.

Содержание слайда: Тепловое расширение - увеличение размеров объекта (материала) при нагревании. Параметры: Температурный коэффициент объемного расширения  , К −1 (°C−1) — относительное изменение объёма тела, происходящее в результате изменения температуры на 1 К при постоянном давлении.  Температурный коэффициент линейного расширения   относительное изменение линейных размеров тела, происходящее в результате изменения его температуры на 1 К при постоянном давлении (10−6/°C). Теплоемкость - отношение количества теплоты, полученной телом, к повышению его температуры С = dQ/dT, (Дж/К) Параметры: удельная теплоемкость - отношение теплоемкости к массе тела, Дж/(кг*К) (CV, СP); молярная теплоемкость - отношение теплоемкости к количеству веще­ства, Дж/(моль*К) (Сm) Теплопроводность - перенос энергии (тепла) от более нагретых участков тела к менее нагретым Параметр: коэффициент теплопроводности (λ) - количество теплоты, проходящее в теле через сечение 1 м2 на длине 1 м при разности температур в 1°С в течение 1 с, размерность Вт/(м2*К) коэффициент температуропроводности - мера теплоизоляционных свойств материала (α = λ/(d*Ср)) где d - плотность; Ср - удельная теплоемкость материала при постоянном давлении.

Содержание слайда: Магнитные свойства - характеризуют поведение материала в магнитном поле, например: способность намагничиваться и притягиваться магнитом Основная характеристика - магнитная восприимчивость Кm =J/H , где J - намагни­ченность (суммарный магнитный момент атомов в единице объема; H - напряженность намагничивающего поля. По знаку и величине Кm материалы делятся на: а) диамагнитные - в отсутствии внешнего поля немагнитны, во внешнем поле слабо на­магничиваются против поля (Кm = -10-6... 105); б) парамагнитные – Кm = 10-6... 10-3; слабо намагничиваются по направлению поля, в отсутствие поля - немагнитны (алюминий, платина, щелочные металлы и др); в) ферромагнитные - Km» 1; большая магнитная восприимчивость, нелинейно зави­сящая от напряженности поля и температуры (железо; никель, кобальт и их сплавы).

Содержание слайда: Параметры магнитных свойств: Магнитная проницаемость μ=1+Km характеризует интенсивность роста магнитной индукции (намагниченности В (Тл - тесла) при увеличении напряженности намагничивающего поля Н (А/м) Bs - индукция насыщения Вг- остаточная индукция Нс - коэрцитивная сила

Содержание слайда: Площадь петли гистерезиса характеризует потерю энергии на перемагничивание. Материалы с малой Нс и большой - Вг называют магнитомягкими и используют в частности, для сердечников трансформаторов. Материалы с малой Вг и большой Нс считают магнитотвердыми и используют для постоянных магнитов.  

Содержание слайда: Классификация механических свойств

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда:

Содержание слайда: Конструкционная прочность - требуемое значение механических свойств для конкретного изделия - зависит не только от силовых факторов, но и от воздействия на него рабочей среды и реальной температуры эксплуатации. Это комплексный показатель, включающий группу механических свойств, определяющих работоспособность изделия.

Содержание слайда: Методы повышения конструкционной прочности Высокая прочность и долговечность конструкций при минимальной массе и наибольшей надежности достигается металлургическими, конструкторскими и технологическими методами.  

Содержание слайда: металлургические

Содержание слайда: конструкторские

Содержание слайда: Факторы, значительно влияющие на конструкционную прочность *Масштабный (чем больше габариты детали, тем меньше прочность). С увеличением объема возрастает вероятность появления различного рода дефектов металлического и технологического характера. *Температурный. Отдельные атомы при повышенных температурах могут приобретать кинетическую энергию, многократно превосходящую среднюю, что приводит к возрастанию растягивающих усилий и снижению прочности.

Содержание слайда: *Структурно-фазовый фактор – при изменении структурно-фазового состава материала в нем изменяется степень одновременного участия связей всех атомов сопротивлении действию внешних сил. *Скоростной фактор – при увеличении скорости деформации возрастает сопротивление пластической деформации. Это связано с увеличением плотности дислокаций и скорости их скольжения, что приводит к увеличению сил терния в кристаллической решетке, и, как следствие, к увеличению прочности материала. НДС

Содержание слайда: При статической нагрузке в качестве критериев прочности в практике используют стандартные характеристики (σв- временное сопротивление разрыву, σт - предел текучести, σ0,2- предел текучести условный). При работе большинства машиностроительных материалов пластическая деформация недопустима, следовательно, в качестве основной расчетной характеристики используют условный предел текучести (σ0,2).  

Содержание слайда: Чем выше прочность, тем меньше пластичность -------------------- хрупкость------------------------ Допустимое рабочее напряжение определяется по формуле: σраб = σ0,2/n, где n - коэффициент запаса (1,2...) Для малопластичных материалов (δ<5%) принимают σ0,2 = σВ

Содержание слайда: При нагреве материала энергия связи ослабевает и напряжения значительно снижаются, в результате чего снижаются показатели прочности При рабочих температурах (0,3 Тпл) используют показатели жаропрочности Жаропрочность - свойство материала противостоять механическим нагрузкам при высоких температурах в течение определенного времени. При нагреве разрушающие напряжения зависят не только от температуры, но и от времени действия нагрузки; чем выше температура и продолжительность действия нагрузки, тем ниже напряжения, необходимые для разрушения. С учетом фактора времени прочность при высоких температурах называют длительной прочностью.

Содержание слайда: Предел длительной прочности – напряжение, которое при постоянной температуре t доводит металл до полного разрушения за заданный промежуток времени База испытания назначается исходя из срока службы детали, и колеблется от нескольких часов до нескольких лет. Металлы, применяемые в авиационных двигателях и конструкциях, подвергаются обычно кратковременным испытаниям на базе порядка 100—200 ч. Предел длительной прочности на базе 100 ч обозначается через σ100. 

Содержание слайда: При повышенных температурах заметно ослабляются силы межатомного взаимодействия, что служит причиной снижения характеристик прочности, облегчения пластической деформации и возможном проявлении ползучести. Предел ползучести – наибольшее напряжение, под действием которого при температуре t за время Ϯ остаточная деформация не превышает допустимое значение . Испытания на ползучесть проводят, как правило, при t=(0,4-0,7) tпл.

Содержание слайда: Ползучесть – процесс медленного и непрерывного нарастания остаточной деформации при постоянной температуре и постоянном напряжении, меньшем предела текучести. Традиционно для определения ползучести строят кривые ползучести

Содержание слайда: Хладноломкость — склонность металла к переходу в хрупкое состояние с понижением температуры. Порог хладноломкости — температурный интервал изменения характера разрушения Влияние снижения температуры на склонность материала к хрупкому разрушению оценивают по порогу хладноломкости (t50). Это температура, при которой в изломе образца имеется 50% волокнистой составляющей.

Содержание слайда: Чем ниже порог хладноломкости, тем менее чувствителен металл к концентраторам напряжений (резкие переходы, отверстия, риски), к скорости деформации Действие охрупчивающих факторов: Концентраторы напряжений (дефекты); Характер нагрузки; Температура. Хладноломкими являются железо, вольфрам, цинк и некоторые другие металлы

Содержание слайда: Работа при низких температурах Порог хладноломкости — температурный интервал изменения характера разрушения, является важным параметром конструкционной прочности. Чем ниже порог хладоломкости, тем менее чувствителен металл к концентраторам напряжений (резкие переходы, отверстия, риски), к скорости деформации. Хладноломкость — склонность металла к переходу в хрупкое состояние с понижением температуры. Хладноломкими являются железо, вольфрам, цинк и другие металлы

Содержание слайда: О пригодности материала к работе при заданной температуре судят по температурному запасу вязкости, равному вязкости при температуре перехода в хрупкое состояние по отношению к рабочей температуре. Чем больше температурный запас вязкости, тем меньше вероятность хрупкого разрушения.

Содержание слайда: Вязкий материал способен рассеивать подводимую к нему энергию, расходуя ее на пластическую деформацию внутри материала. Такая способность растет с увеличением зоны пластической деформации и вершины концентратора напряжений. Чем больше величина такой зоны, тем больше расходуется энергии на разрушение, тем выше вязкость материала. Хрупкий материал накапливает упругую энергию, которая затем превращается в кинетическую энергию распространения трещин.

Содержание слайда: Для обеспечения надежности конструкции важно, чтобы каждому уровню прочности материала соответствовал необходимый запас трещиностойкости.

Содержание слайда: Для модели трещины 1, как наиболее типичной, минимальное значение обозначается и называется критическим коэффициентом напряжений в условиях плоской деформации в вершине трещины. Величина – количественная характеристика трещиностойкости материала. На практике ее используют для определения связи между разрушающими напряжениями и размерами дефектов в элементах конструкции.

Содержание слайда: К наиболее важным критериям трещиностойкости относят *критерий КСТ – удельная работа распространения трещины. Чем выше его значение, тем меньше опасность его хрупкого разрушения и выше эксплуатационная надежность. Для сталей КСТ > 0,2 МДж/м2 ; *критерий Дж. Ирвина К1С – характеризует интенсивность растягивающих напряжений у вершины трещины в момент разрушения.  

Содержание слайда:

Содержание слайда: Долговечность деталей, работающих в атмосферах сухих газов или жидких электролитов, зависит от скорости химической или электрохимической коррозии. Работоспособность в таких средах сохраняют жаростойкие и коррозионностойкие материалы. Среда, в которой работает материал (жидкая, газообразная, ионизированная, радиационная), оказывает существенное и преимущественно отрицательное влияние на комплекс свойств, снижая работоспособность в целом.

Содержание слайда: Для того чтобы противостоять рабочей среде материал должен обладать не только определенным комплексом механических свойств, но и физико-химическими свойствами: стойкость к электрохимической коррозии; радиационная стойкость; влагостойкость; способность работать в условиях вакуума и т.д.

Содержание слайда: Для большинства деталей машин на 80% долговечность определяется сопротивлением материалов, усталостным разрушениям (циклической долговечностью, характеризующей работоспособность материала в условиях многократно повторяющихся циклов напряжений) или сопротивлением изнашиванию (износостойкостью).

Содержание слайда: Усталость – процесс постепенного накопления повреждений под действием циклической нагрузки, приводящий к уменьшению срока службы При длительных знакопеременных нагрузках используют критерий циклической прочности. Характеристики циклов: – минимальное напряжение цикла; – максимальное напряжение цикла; – среднее напряжение цикла.

Содержание слайда: При испытаниях на усталость чем выше максимальное напряжение , тем меньше число повторных нагружений N до разрушения образца, т.е. тем меньше его выносливость. При снижении напряжения кривая усталости в большинстве случаев переходит в горизонтальное положение. Следовательно, существует некоторое напряжение – предел выносливости, ниже которого образец может выдерживать неограниченное число циклов нагружения.

Содержание слайда: износостойкость характеристика сопротивления материала разрушению поверхности путем отделения его частиц под воздействием силы трения;

Содержание слайда: Стоимость материала может быть определена, как свойство, оценивающее экономичность материала количественной характеристикой (оптовая цена), где оптовая цена - стоимость единицы массы материала, по которой производитель рекомендует его потребителю.     Обобщенный критерий эффективности может быть оценен: σт - предел текучести; П= (σт *k) / (γ*Ц), k - коэффициент, характеризующий технологичность; γ - плотность материала; Ц - цена.

Содержание слайда: технологичность   — это совокупность свойств, проявляемых в возможности оптимальных (наивыгоднейших технико-экономических) затрат труда и времени при изготовлении, эксплуатации и ремонте. Способность -- к литью -- к обработке резанием -- к обработке давлением -- к сварке

Содержание слайда: Технологические свойства материалов Технологические свойства характеризуют податливость материалов технологическим воздействиям при переработке в изделия, то есть технологичность материалов при различных видах обработки.

Содержание слайда: Прочность представляет собой комплексный показатель внутренней напряженности и может иметь различную интерпретацию: Теоретическая прочность - распределение напряжений между атомами. Реальная прочность - прочность материала, с учетом наличия внутренних дефектов, определяется из механических испытаний с построением диаграмм.

Содержание слайда:

Содержание слайда: Реальная прочность с учетом дефектов Дефекты кристаллического строения:

Содержание слайда: Линейные дефекты одномерные

Содержание слайда: Линейные дефекты кристаллического строения

Содержание слайда:

Содержание слайда: Поверхностные дефекты – двумерные - дефекты у которых в двух измерениях величина много больше чем период решетки а в одном направлении сравнимо с ним Границы между зернами (большеугловые) – это переходная область шириной 5–10 межатомных расстояний

Содержание слайда: Объемные дефекты – трехмерные -, которые имеют величину гораздо больше периода решетки во всех направлениях. К этому типу можно отнести любые модификации трех предыдущих которые находятся близ друг друга тем самым образовывая один большой дефект поры, трещины

Содержание слайда: Влияние дефектов кристаллической решетки на свойство материалов

Содержание слайда:

Содержание слайда: Для упрочнения материала нужно затруднить перемещение дислокаций в нём. Для обеспечения пластичности материала нужно облегчить перемещение дислокаций.

Содержание слайда:

Содержание слайда: