Nauka o Materiałach. Wykład VI. Odkształcenie materiałów właściwości sprężyste i plastyczne. Jerzy Lis



Podobne dokumenty
Nauka o Materiałach. Wykład IX. Odkształcenie materiałów właściwości plastyczne. Jerzy Lis

Wykład IX: Odkształcenie materiałów - właściwości plastyczne

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE PLASTYCZNOŚĆ. Zmiany makroskopowe. Zmiany makroskopowe

Nauka o Materiałach. Wykład VIII. Odkształcenie materiałów właściwości sprężyste. Jerzy Lis

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE SPRĘŻYSTOŚĆ MATERIAŁ. Właściwości materiałów. Właściwości materiałów

Materiały Reaktorowe. Właściwości mechaniczne

Nauka o Materiałach. Wykład XI. Właściwości cieplne. Jerzy Lis

Dekohezja materiałów. Przedmiot: Degradacja i metody badań materiałów Wykład na podstawie materiałów prof. dr hab. inż. Jerzego Lisa, prof. zw.

30/01/2018. Wykład IX: Dekohezja. Treść wykładu: Dekohezja - wprowadzenie. 1. Dekohezja materiałów - wprowadzenie.

Wykład X: Dekohezja. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

DEFEKTY STRUKTURY KRYSTALICZNEJ. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

30/01/2018. Wykład X: Właściwości cieplne. Treść wykładu: Stabilność termiczna materiałów

Ćwiczenie nr 3 Statyczna próba jednoosiowego rozciągania. Umocnienie odkształceniowe, roztworowe i przez rozdrobnienie ziarna

Wykład IV: Polikryształy I. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

Wykład XI: Właściwości cieplne. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

Rys Przykładowe krzywe naprężenia w funkcji odkształcenia dla a) metali b) polimerów.

Integralność konstrukcji

Nauka o Materiałach. Wykład IV. Polikryształy I. Jerzy Lis

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

Metody badań materiałów konstrukcyjnych

STATYCZNA PRÓBA SKRĘCANIA

Wytrzymałość Materiałów

STRUKTURA IDEALNYCH KRYSZTAŁÓW

CIEPLNE I MECHANICZNE WŁASNOŚCI CIAŁ

Właściwości cieplne Stabilność termiczna materiałów. Stabilność termiczna materiałów

Wykład 8: Lepko-sprężyste odkształcenia ciał

MATERIAŁOZNAWSTWO vs WYTRZYMAŁOŚĆ MATERIAŁÓW

Nauka o Materiałach Wykład II Monokryształy Jerzy Lis

Podstawowe przypadki (stany) obciążenia elementów : 1. Rozciąganie lub ściskanie 2. Zginanie 3. Skręcanie 4. Ścinanie

PEŁZANIE WYBRANYCH ELEMENTÓW KONSTRUKCYJNYCH

INSTRUKCJA DO CWICZENIA NR 5

Sylabus modułu kształcenia/przedmiotu

Fizyczne właściwości materiałów rolniczych

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Podstawy Nauki o Materiałach II Wydział Inżynierii Materiałowej Politechniki Warszawskiej

Podstawowe pojęcia wytrzymałości materiałów. Statyczna próba rozciągania metali. Warunek nośności i użytkowania. Założenia

OBRÓBKA PLASTYCZNA METALI

STRUKTURA STOPÓW CHARAKTERYSTYKA FAZ. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Dyslokacje w kryształach. ach. Keshra Sangwal, Politechnika Lubelska. Literatura

Dobór materiałów konstrukcyjnych cz. 7

Modele materiałów

Mechanika i wytrzymałość materiałów instrukcja do ćwiczenia laboratoryjnego

Dobór materiałów konstrukcyjnych cz.13

Rodzaje obciążeń, odkształceń i naprężeń

ĆWICZENIE 1 STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA METALI - UPROSZCZONA. 1. Protokół próby rozciągania Rodzaj badanego materiału. 1.2.

INŻYNIERIA MATERIAŁOWA w elektronice

BUDOWA STOPÓW METALI

ODKSZTAŁCENIE I REKRYSTALIZACJA METALI. Publikacja współfinansowana ze środków Unii Europejskiej w ramach Europejskiego Funduszu Społecznego

Dyslokacje w kryształach. ach. Keshra Sangwal Zakład Fizyki Stosowanej, Instytut Fizyki Politechnika Lubelska

INSTRUKCJA DO CWICZENIA NR 4

11. WŁASNOŚCI SPRĘŻYSTE CIAŁ

OBRÓBKA PLASTYCZNA METALI

WŁAŚCIWOŚCI MECHANICZNE PĘKANIE. Dekohezja. Wytrzymałość materiałów. zniszczenie materiału pod wpływem naprężeń

STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA

Zjawisko to umożliwia kształtowanie metali na drodze przeróbki plastycznej.

PŁASKI STAN NAPRĘŻENIA, PŁASKI STAN ODKSZTAŁCENIA

MIKROSKOPIA METALOGRAFICZNA

2. WPŁYW ODKSZTAŁCENIA PLASTYCZNEGO NA ZIMNO NA ZMIANĘ WŁASNOŚCI MECHANICZNYCH METALI

Rok akademicki: 2014/2015 Kod: CIM s Punkty ECTS: 8. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne

Właściwości kryształów

Integralność konstrukcji w eksploatacji

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

σ c wytrzymałość mechaniczna, tzn. krytyczna wartość naprężenia, zapoczątkowująca pękanie

Podstawy fizyki wykład 4

INŻYNIERIA NOWYCH MATERIAŁÓW

Wytrzymałość Materiałów

Materiałoznawstwo Materials science. Transport I stopień (I stopień / II stopień) Ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

POLITECHNIKA WARSZAWSKA WYDZIAŁ ELEKTRYCZNY INSTYTUT ELEKTROTECHNIKI TEORETYCZNEJ I SYSTEMÓW INFORMACYJNO-POMIAROWYCH

Materiałoznawstwo Materials science. Automaryka i Robotyka I stopień (I stopień / II stopień) Ogólno akademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

Metaloznawstwo I Metal Science I

INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Projektowanie elementów z tworzyw sztucznych

Rok akademicki: 2014/2015 Kod: CTC s Punkty ECTS: 8. Poziom studiów: Studia I stopnia Forma i tryb studiów: Stacjonarne

Ćwiczenie 6 STATYCZNA PRÓBA ROZCIĄGANIA *

Zmęczenie Materiałów pod Kontrolą

Politechnika Białostocka

Wyznaczanie modułu Younga metodą strzałki ugięcia

Materiały pomocnicze do wykładów z wytrzymałości materiałów 1 i 2 (299 stron)

Temat 1 (2 godziny): Próba statyczna rozciągania metali

Naprężenia, przemieszczenia, odkształcenia Właściwości materiałów. dr hab. inż. Tadeusz Chyży Katedra Mechaniki Konstrukcji

dr hab. inż. Józef Haponiuk Katedra Technologii Polimerów Wydział Chemiczny PG

Karta (sylabus) modułu/przedmiotu Mechatronika Studia pierwszego stopnia. Wytrzymałość materiałów Rodzaj przedmiotu: obowiązkowy Kod przedmiotu:

MATERIAŁOZNAWSTWO. Prof. dr hab. inż. Andrzej Zieliński Katedra Inżynierii Materiałowej Pok. 204

Dobór materiałów konstrukcyjnych cz. 9

Właściwości mechaniczne układów polimerowych. Mechanical properties of polymeric systems.

MATERIAŁY KOMPOZYTOWE

Politechnika Białostocka INSTRUKCJA DO ĆWICZEŃ LABORATORYJNYCH

Mechanika Doświadczalna Experimental Mechanics. Budowa Maszyn II stopień (I stopień / II stopień) ogólnoakademicki (ogólno akademicki / praktyczny)

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

WYZNACZANIE MODUŁU YOUNGA METODĄ STRZAŁKI UGIĘCIA

Wykład V: Polikryształy II. JERZY LIS Wydział Inżynierii Materiałowej i Ceramiki Katedra Ceramiki i Materiałów Ogniotrwałych

Defi f nicja n aprę r żeń

Struktura materiałów. Zakres tematyczny. Politechnika Rzeszowska - Materiały lotnicze - I LD / dr inż. Maciej Motyka.

Ćw. 3. Wyznaczanie modułu Younga metodą jednostronnego rozciągania

Opis efektów kształcenia dla modułu zajęć

Laboratorium wytrzymałości materiałów

NIEDOSKONAŁOŚCI BUDOWY CIAŁA STAŁEGO KRYSZTAŁY RZECZYWISTE.

BADANIA PÓL NAPRĘśEŃ W IMPLANTACH TYTANOWYCH METODAMI EBSD/SEM. Klaudia Radomska

Nauka o Materiałach. Wykład I. Zniszczenie materiałów w warunkach dynamicznych. Jerzy Lis

Transkrypt:

Nauka o Materiałach Wykład VI Odkształcenie materiałów właściwości sprężyste i plastyczne Jerzy Lis

Nauka o Materiałach Treść wykładu: 1. Właściwości materiałów -wprowadzenie 2. Statyczna próba rozciągania. 3. Odkształcenie sprężyste 3.1. Prawo Hooke a - moduły sprężystości 3.2. 0dkształcenie sprężyste kryształów 3.3. Właściwości sprężyste materiałów wielofazowych 3.4. Właściwości sprężyste materiałów porowatych 4. Odkształcenie plastyczne 4.1. Teoretyczna granica plastyczności 4.2. Mechanizmy odkształcenia plastycznego 4.3. Czynniki zmieniające granicę plastyczności

WŁAŚCIWOŚCI TWORZYW - WPROWADZENIE O możliwości zastosowania danego materiału decydują jego właściwości użytkowe Zachowanie się danego materiału w środowisku pracy to zaplanowana przez użytkownika (założona) odpowiedź na działające na niego czynniki (bodźce)

WŁAŚCIWOŚCI TWORZYW - WPROWADZENIE PODEJŚCIE INŻYNIERSKIE Materiał traktowany jest jak czarna skrzynka - nie interesuje nas jego charakterystyka jedynie istniejące zależności funkcyjne W wypadku parametrów ilościowych (mierzalnych) odzew = funkcja ( czynników) Sprowadza się tą zależność do możliwie najprostszych funkcji (modeli) matematycznych np.: zależność liniowa prawo Hooke a = E Stałe w danym modelu charakterystyczne dla danego materiału określane w ściśle zdefiniowanych warunkach noszą nazwę stałych materiałowych

WŁAŚCIWOŚCI TWORZYW - WPROWADZENIE Podejście charakterystyczne dla nauki o materiałach Czynnik (Czas) MATERIAŁ: - budowa nano mikro makro - otrzymywanie odzew (właściwości) Materiał nie jest traktowany jako czarna skrzynka lecz w myśl nauki o materiałach posiada swoją budowę wynikającą ze sposobu jego otrzymywania. Stałe w modelach (materiałowe) charakterystyczne dla materiału będą zależeć od jego budowy (sposobu otrzymywania)

WŁAŚCIWOŚCI TWORZYW - WPROWADZENIE

WŁAŚCIWOŚCI TWORZYW - WPROWADZENIE Podstawowym czynnikiem weryfikującym materiały inżynierskie jest działanie sił (naprężeń). naprężenie MATERIAŁ odkształcenie dekohezja Naprężenia mogą zmienić wymiary (liniowe, kątowe) lub ciągłość materiału (dekohezja)

WŁAŚCIWOŚCI SPRĘŻYSTE Zachowanie się materiałów pod wpływem naprężeń - statyczna próba rozciągania (ściskania, zginania,...)

WŁAŚCIWOŚCI SPRĘŻYSTE Rzeczywiste zachowanie się materiałów łączy ze sobą elementy zachowania modelowego sprężystego, plastycznego i lepkościowego MATERIAŁY KRUCHE, PLASTYCZNE, LEPKOSPRĘŻYSTE

WŁAŚCIWOŚCI SPRĘŻYSTE Dla materiałów sztywnych w pierwszym etapie przy rosnących naprężeniach materiały zachowują się sprężyście tj. odkształcają się nietrwale. W pewnym zakresie odkształcenie jest proporcjonalne do naprężenia. Prawo Hooke a = E = G p = - K E - moduł Younga G - moduł sztywności (ścinania) K - moduł ścisliwości (postaci) - liczba Poissona Moduły E, G, K i l. Poissona określają właściwości sprężyste materiałów.

WŁAŚCIWOŚCI SPRĘŻYSTE Porównanie wielkości E dla różnych materiałów

WŁAŚCIWOŚCI SPRĘŻYSTE Porównanie wielkości E dla różnych materiałów

WŁAŚCIWOŚCI SPRĘŻYSTE Właściwości sprężyste materiałów wielofazowych Model równoległy E = V 1 E 1 + V 2 E 2 prawo mieszanin Modele równoległy i szeregowy (uproszczone) E moduł Younga V udział objętościowy fazy Model szeregowy 1/E = V 1 /E 1 + V 2 /E 2

WŁAŚCIWOŚCI SPRĘŻYSTE Moduł Younga kompozytów

WŁAŚCIWOŚCI SPRĘŻYSTE Właściwości sprężyste materiałów porowatych Fazę gazową w materiale można traktować jak fazę o E=0 stąd Z prawa mieszanin gdzie: E = E o (1- V p ) V p - udział objętościowy porów E o - moduł Younga materiału gęstego

WŁAŚCIWOŚCI SPRĘŻYSTE W rzeczywistych materiałach następuje tzw. koncentracja naprężeń czyli naprężenie wewnątrz materiału jest większe niż przyłożone na zewnątrz c 1 2 z 2 z c

WŁAŚCIWOŚCI SPRĘŻYSTE Ogólnie = k z k współczynnik koncentracji naprężeń stąd E = E o (1- k V p ) Na przykład dla porów eliptycznych wzór Rossi ego k = (5/4)(a/c) + 3/4

WŁAŚCIWOŚCI SPRĘŻYSTE METODY POMIARU MODUŁÓW SPRĘŻYSTOŚCI STATYCZNE DYNAMICZNE moduł zrelaksowany statyczne próby odkształcenie próbek materiałów (rozciąganie) (ściskanie) (zginanie) (skręcanie) moduł niezrelaksowany pomiar szybkości fali mechanicznej penetrującej przez materiał (m. ultradźwiękowe) (m. rezonansowe)

WŁAŚCIWOŚCI PLASTYCZNE Parametry makroskopowe

WŁAŚCIWOŚCI PLASTYCZNE Parametry makroskopowe Re = R0.2 Rm umowna granica plastyczności (0.2% odkształcenia trwałego) wytrzymałość na rozciąganie (plastyczne)

WŁAŚCIWOŚCI PLASTYCZNE Teoretyczna granica plastyczności Trwałe odkształcenie materiału następuje w wypadku gdy jeden element materiału przemieści się pod wpływem naprężeń ścinających względem drugiego elementu zachowując cały czas spójność materiału W modelu zakładamy działanie na kryształ sił ścinających

WŁAŚCIWOŚCI PLASTYCZNE Teoretyczna granica plastyczności W przybliżeniu W zakresie małych odkształceń = G(u/a) u- przesunięcie atomu; a odległość międzypłaszczyznowa Zerwanie wiązania zachodzi przy a ro/4 stąd max = G( ro/4a) G/4 E/8 Czyli rzędu 50 GPa

Granica plastyczności rzeczywistych materiałów

WŁAŚCIWOŚCI PLASTYCZNE Mechanizmy odkształcenia plastycznego Tak niskie granice plastyczności są możliwe dzięki występowaniu mechanizmom poślizgu dyslokacji Ruch dyslokacji krawędziowej

WŁAŚCIWOŚCI PLASTYCZNE Mechanizmy odkształcenia plastycznego Ruch dyslokacji śrubowej

WŁAŚCIWOŚCI PLASTYCZNE Mechanizmy odkształcenia plastycznego Niskie granice plastyczności są możliwe gdyż w czasie odkształcenia trwałego następuje zerwanie pojedynczych wiązań Materiały zawierających wysokie stężenia dyslokacji, w których ruch dyslokacji jest możliwy oraz występują dodatkowe źródła dyslokacji tj. w metalach posiadają właściwości plastyczne. W metalach odkształcenie plastyczne może zachodzić także przez bliźniakowanie

WŁAŚCIWOŚCI PLASTYCZNE Mechanizmy odkształcenia plastycznego Obraz dyslokacji w stali Schemat powierzchni metalu odkształconego plastycznie

WŁAŚCIWOŚCI PLASTYCZNE Mechanizmy odkształcenia plastycznego Systemy poślizgu (dla poślizgu dyslokacji) * Poślizg w strukturach krystalograficznych zachodzi wzdłuż uprzywilejowanych płaszczyzn i określonych kierunków charakteryzujących się największą gęstością upakowania. * Kombinacja płaszczyzny i kierunku tworzy tzw. system poślizgu. * Materiały uważa się za plastyczne jeżeli posiadają więcej niż 5 niezależnych systemów poślizgu

WŁAŚCIWOŚCI PLASTYCZNE Mechanizmy odkształcenia plastycznego Materiał System poślizgu Liczba systemów Miedź RSC <101>{111} 3x4=12 Molibden RPC <111>{112} 6x2=12 Kadm HZ <1120>{0001} 1x3=3 MgO RSC <110>{110} 2 Grafit HZ <1120>{1010} 1

WŁAŚCIWOŚCI PLASTYCZNE Odkształcenie plastyczne ZJAWISKA PODWYŻSZAJĄCE GRANICĘ PLASTYCZNOŚCI (umocnienie materiału) Dla odkształcenia plastycznego konieczne jest występowanie dyslokacji i ich łatwe przemieszczanie w sieci krystalicznej. Gdy dyslokacja się przemieszcza poszczególne wiązania musza ulegać zerwaniu i odtwarzaniu. Wymaga to pokonania pewnej siły. Minimalną siłę jaką należy pokonać dla uruchomienia dyslokacji nazywamy krytycznym naprężeniem poślizgu dyslokacji. Zjawiska zwiększające krytyczne naprężenie poślizgu dyslokacji czyli zmniejszające plastyczność materiału nazywamy mechanizmami umocnienia materiału.

WŁAŚCIWOŚCI PLASTYCZNE Odkształcenie plastyczne ZJAWISKA PODWYŻSZAJĄCE GRANICĘ PLASTYCZNOŚCI A. Występowanie wiązań ukierunkowanych np. atomowych, które nie mogą ulegać znacznej deformacji (przykład ceramika kowalencyjna) Wiązania metaliczne praktycznie mogą się odkształcać bez przeszkód do momentu jego zerwania i stąd możliwy jest łatwy ruch dyslokacji. W materiałach ceramicznych dyslokacje mają utrudniony ruch gdyż: Wiązania ukierunkowane mogą odkształcać się o niewielki kąt ok. 3 o bez zerwania ciągłości materiału, stąd Naprężenia niezbędne dla ruchu dyslokacji są w ceramice duże większe niż w metalach i nieraz większe od wytrzymałości materiałów = materiały kruche

WŁAŚCIWOŚCI PLASTYCZNE Odkształcenie plastyczne B. UMACNIANIE ROZTWOROWE I DYSPERSYJNE Występowanie domieszek obcych atomów w formie roztworów stałych utrudnia ruch dyslokacji stąd obniża plastyczność Stopy mają mniejszą plastyczność niż czyste metale Podobny efekt można osiągnąć za pomocą dyspersyjnych wtrąceń jak w kompozytach ziarnistych

WŁAŚCIWOŚCI PLASTYCZNE Odkształcenie plastyczne C. UMOCNIENIE ODKSZTAŁCENIOWE W toku umocnienia plastycznego dyslokacje ulegają spiętrzeniu i splątaniu Powoduje to umocnienie materiału Aby materiał był znów plastyczny należy poddać go wyżarzaniu.

WŁAŚCIWOŚCI PLASTYCZNE Odkształcenie plastyczne D. UMOCNIENIE W POLIKRYSZTALE 1. Jeżeli granice międzyziarnowe są słabe to ruch dyslokacji jest przez nie utrudniony co powoduje obniżenie plastyczności. 2. Ziarna których systemy poślizgu są odchylone od kierunku działania naprężeń zewnętrznych będą odkształcały się słabiej stąd sumarycznie w polikrysztale dla odkształcenia plastycznego konieczne jest większe naprężenie Re= 3 y - czynnik Taylora

WŁAŚCIWOŚCI PLASTYCZNE Odkształcenie plastyczne ZJAWISKA PODWYŻSZAJĄCE PLASTYCZNOŚĆ MATERIAŁÓW TEMPERATURA W temperaturach pokojowych właściwości plastyczne wykazują jedynie metale. Wraz ze wzrostem temperatury wzrasta ruchliwość defektów punktowych a wraz z nimi możliwość ruchów dyfuzyjnych dyslokacji. W podwyższonych temperaturach możliwe jest wystąpienie odkształceń plastycznych także materiałów kruchych np. Ceramicznych = NADPLASTYCZNOŚĆ

Nauka o Materiałach Dziękuję do zobaczenia za tydzień