Лабораторная работа 2. Связь механических свойств с размером зерна и плотностью дислокаций.

Связь механических свойств с размером зерна и плотностью дислокаций.

2.1. Цель работы: исследовать влияния размера зерна и плотности дислокаций на прочностные и пластические свойства при растяжении.

2.2. Теоретическая часть

Размер зерна, плотность дислокаций оказывают существенное влияние на механические свойства металлов и сплавов.

Предел текучести связан с диаметром зерна (D) известным уравнением Холла-Петча:

, (2.1)

где (σ₀ - напряжение, необходимое для перемещения дислокаций внутри зерна; K_y - коэффициент, определяющий трудность передачи деформации от зерна к зерну. Физический смысл произведения K_y d^-1/2 заключается в том, что оно характеризует напряжение, необходимое для инициирования работы дислокационных источников в соседних зернах. Урав­нение (2.1) выполняется и для условного предела прочности многих сплавов с различной структурой.

Если сплав подвергался холодной пластической деформации, в нем возрастает плотность дислокаций и напряжения в металле возрастают, т.е. возрастает предел упругости, предел текучести и предел прочности. Зависимость при этом определяется выражением:

(2.2)

где G - предел упругости;

β - коэффициент, зависящий от природы металла;

ρ - плотность дислокаций;

b – вектор Бюргерса.

Особенно чувствительными к плотности дислокаций являются прочностные характеристики (предел упругости и предел текучести). В то же время временное сопротивление разрушению (условный предел прочности σ_b ) мало зависит от исходной плотности дислокаций, так как к моменту достижения σ_b плотность дислокаций за счет деформационного упрочнения становиться вне зависимости от исходной, очень большой.

2.3. Порядок выполнения работы

2.3.1. Провести испытание двух образцов одной и той же марки стали с разным размером зерна, в отожженном состоянии, третий образец из той же стали продеформировать на 5 %. четвертый- на 10 %, снять нагрузку и испытать повторно на растяжение.

2.3.2. По исходным машинным диаграммам определить

σ_0,2 и σ_b, δ и ψ .

2.3.3. Приготовить шлифы для металлографического анализа (в головке образца) и определить средний линейный размер зерна:

S = , (2.3.)

где S - площадь зерна, мм² ;

D - диаметр зерна, подсчитанный с помощью окуляр-микрометра по формуле:

D = , (2.4.)

где L - интервал линейки.

2.3.4. По своим экспериментальным и выданным преподавателем данным δ , σ_0.2 , σ_b и D построить зависимости механических свойств от размера зерна и определить коэффициенты уравнения Холла-Петча.

2.3.5. Измерить плотность дислокаций ρ в образцах после предваритель­ного растяжения на 5 и 10 % по выданным электронным снимкам.

2.3.6. Проанализировать влияние D и ρ на σ_0.2 и σ_в.

2.4. Требования к отчету

В отчете по работе должны быть представлены:

- построенные кривые формации образцов с различным размером зерна и плотностью дислокаций;

- графическая зависимость σ_0.2 и σ_в от среднего значения размера зерна и от плотности дислокаций в предварительно растянутых образцах;

- график изменения механических свойств сплава в зависимости от плотности дислокаций;

- выводы по полученным зависимо­стям.

2.5. Контрольные вопросы

1. Как зависит предел текучести σ_0.2 от размера зерна?

2. Почему измельчение зерна приводит к упрочнению?

3. Каков физический смысл напряжения σ_i в уравнении Холла-Петча?

4. Что характеризует K_y в уравнении Холла-Петча?

5. Как влияет плотность дислокаций на σ_0.2 ?

6. Как влияет плотность дислокаций на σ_0.2?

7. Почему с увеличением плотности дислокаций растут некоторые прочностные свойства?

6. Какое свойство σ_0,05 или σ_0.2 увеличится больше при повыше­нии исходной плотности дислокаций на 50 %?

9. Как влияет размер зерна и плотность дислокаций на пластические свойства?