Evaluación de los principales factores de rendimiento de 11 materiales diferentes

1. Propiedades mecánicas de los materiales sometidos a tensión estática uniaxial

1. Explicación de los términos:

Agrietamiento: El cuarteo es un defecto producido en el proceso de deformación de los materiales poliméricos.

Por su baja densidad y su gran capacidad de reflexión a la luz, parece plateado, de ahí su nombre.

El cuarteo se produce en la estructura débil o en la parte defectuosa de los materiales poliméricos.

Superplasticidad: el material presenta un alargamiento muy grande (alrededor de 1000%) en determinadas condiciones sin necking ni fractura, lo que se denomina superplasticidad.

La deformación εg causada por el deslizamiento de los límites de grano representa generalmente 50% ~ 70% de la deformación total εt, lo que indica que el deslizamiento de los límites de grano desempeña un papel importante en la deformación superplástica.

Fractura frágil: el material básicamente no produce una deformación plástica macroscópica evidente antes de la fractura, y no hay ningún presagio evidente.

A menudo muestra un proceso de fractura súbito y rápido, por lo que es muy peligroso.

Fractura dúctil: el proceso de fractura que produce una deformación plástica macroscópica evidente antes y durante la fractura de los materiales.

En la fractura dúctil, el proceso de propagación de la grieta suele ser lento y consume mucha energía de deformación plástica.

Fractura de escisión: bajo la acción de una tensión normal, la fractura frágil transgranular a lo largo de un plano cristalino específico causada por la destrucción del enlace de unión entre átomos se denomina fractura por clivaje.

(El escalón de clivaje, el patrón de río y el patrón de lengua son las características microscópicas básicas de la fractura de clivaje).

Fractura por cizallamiento: La fractura por cizalladura es la fractura causada por la separación por deslizamiento de los materiales a lo largo de la superficie de deslizamiento bajo la acción de un esfuerzo cortante.

(la fractura por agregación de microporos es un modo común de fractura dúctil de los materiales.

La fractura suele ser gris oscura y fibrosa en la vista macro, y el patrón característico de la microfractura es que un gran número de "hoyuelos" se distribuyen en la fractura).

2. Explica la diferencia entre fractura dúctil y fractura frágil. ¿Por qué la fractura frágil es la más peligrosa?

Tipo de tensión, grado de deformación plástica, presencia o ausencia de presagio, velocidad de crecimiento de la grieta.

3. ¿Cuál es la diferencia entre resistencia a la rotura σc y resistencia a la tracción σb?

Si no hay deformación plástica antes de la fractura, o la deformación plástica es muy pequeña, no hay necking, y el material tiene fractura frágil, entonces σc= σb.

Si el necking se produce antes de la fractura, entonces σc y σb son desiguales.

4. ¿Qué ámbito de aplicación tiene la fórmula Griffith y en qué circunstancias debe modificarse?

La fórmula de Griffith sólo es aplicable a sólidos frágiles con microfisuras, como el vidrio, los materiales cristalinos inorgánicos, el acero de ultra alta resistencia, etc.

Para muchos materiales estructurales de ingeniería, como el acero estructural y los materiales poliméricos, se producirá una gran deformación plástica en la punta de la grieta, lo que consumirá mucho trabajo de deformación plástica.

Por lo tanto, hay que modificar la fórmula de Griffith.

1. Propiedades mecánicas de los materiales sometidos a tensión estática uniaxial

1. Coeficiente blando del estado de tensión

La relación entre τmax y σmax se denomina coeficiente blando del estado tensional, que se expresa por α.

Cuanto mayor sea α, mayor será el componente de esfuerzo cortante máximo, lo que indica que cuanto más blando sea el estado tensional, más fácil será que el material produzca deformación plástica.

Por el contrario, cuanto más pequeño es α, más duro es el estado de tensión, más fácil es que el material produzca fractura frágil.

2. ¿Cómo entender el fenómeno de "refuerzo de la muesca" de los materiales plásticos?

Bajo la condición de entalla, debido a la tensión tridimensional, el límite elástico de la muestra es mayor que bajo tensión uniaxial, es decir, se produce el llamado fenómeno de "reforzamiento" de la entalla.

No podemos considerar el "refuerzo de muescas" como un medio de refuerzo de materiales, porque el "refuerzo" de muescas se debe puramente a la deformación plástica de materiales constreñidos por tensiones tridimensionales.

En este momento, el valor σs del propio material no cambia.

3. Se comparan exhaustivamente las características y el ámbito de aplicación de los ensayos de tracción uniaxial, compresión, flexión y torsión.

En tensión unidireccional, el componente de tensión normal es grande, el componente de tensión de cizallamiento es pequeño y el estado de tensión es duro.

Generalmente es adecuado para la prueba de los llamados materiales plásticos con baja resistencia a la deformación plástica y resistencia al corte.

Compresión: el coeficiente de suavidad del estado de tensión de la compresión unidireccional es a = 2.

El ensayo de compresión se utiliza principalmente para materiales frágiles.

Doblar: no hay influencia de la llamada deflexión de la probeta en los resultados del ensayo durante la carga de flexión, como la tracción.

Durante el ensayo de flexión, la distribución de tensiones en la sección es también la mayor en la superficie, por lo que puede reflejar sensiblemente los defectos superficiales del material.

Prueba de torsión: el coeficiente de blandura del estado de tensión de torsión es mayor que el del estado de tensión de tracción, por lo que puede utilizarse para determinar la resistencia y plasticidad de materiales que son frágiles a la tracción.

Durante el ensayo de torsión, la distribución de esfuerzos de la sección de la muestra es la mayor, por lo que es muy sensible al reflejo del material endurecimiento superficial y defectos superficiales.

En el ensayo de torsión, el esfuerzo normal y el esfuerzo cortante son aproximadamente iguales;

Cortar la fractura perpendicular al eje de la muestra.

Esta fractura se utiliza a menudo en materiales plásticos.

Fractura normal: el ángulo entre la sección y el eje de la muestra es de aproximadamente 45 °, que es el resultado de la tensión normal. Los materiales frágiles suelen presentar este tipo de fractura.

4. Tratar de comparar las similitudes y diferencias entre los principios de ensayo de dureza Brinell y Vickers, y comparar las ventajas, desventajas y ámbito de aplicación de los ensayos de dureza Brinell, Rockwell y Vickers.

El principio de ensayo de la dureza Vickers es básicamente similar a Dureza Brinelly el valor de dureza se calcula en función de la carga soportada por la unidad de superficie de indentación.

La diferencia es que el indentador utilizado en el ensayo de dureza Vickers es una pirámide de diamante con un ángulo incluido de 136 ° entre las dos caras.

Dureza Brinell adopta bola de acero templado o carburo de cemento pelota.

Ventajas del ensayo de dureza Brinell: el área de indentación es grande, y su valor de dureza puede reflejar el rendimiento medio de cada fase constitutiva del material en un área grande, con datos de ensayo estables y alta repetibilidad.

Por lo tanto, el ensayo de dureza Brinell es el más adecuado para medir la dureza de hierro fundido grisaleación de rodamiento y otros materiales.

Desventajas del ensayo de dureza Brinell: debido al gran diámetro de indentación, no suele ser adecuado para realizar pruebas directamente en las piezas acabadas;

Además, el diámetro del indentador y la carga deben cambiarse para materiales con diferente dureza, y la medición del diámetro de indentación también es problemática.

Ventajas del ensayo de dureza Rockwell:

Funcionamiento sencillo y rápido;

La muesca es pequeña y la pieza puede inspeccionarse directamente;

Desventajas:

Poca representatividad debido a la pequeña hendidura;

Los valores de dureza medidos con diferentes escalas no pueden compararse directamente ni intercambiarse entre sí.

El ensayo de dureza Vickers tiene muchas ventajas:

Medición precisa y fiable;

La carga puede seleccionarse arbitrariamente.

Además, la dureza Vickers no tiene el problema de que no se puede unificar la dureza de diferentes escalas, y el grosor de la probeta es más fino que el de la dureza Rockwell.

Desventajas del ensayo de dureza Vickers:

Su método de determinación es problemático, de baja eficiencia, pequeña área de indentación y poca representatividad, por lo que no es adecuado para la inspección rutinaria de la producción en masa.

03. Resistencia al impacto y fragilidad a baja temperatura de los materiales

1. Fragilidad a baja temperatura; Temperatura de transición frágil dúctil.

Cuando la temperatura de ensayo es inferior a una determinada temperatura tk (temperatura de transición dúctil-quebradiza), el material pasa del estado dúctil al estado quebradizo, la energía de absorción del impacto disminuye de forma evidente, la agregación de microporos de la máquina de fractura pasa a la escisión transgranular y las características de fractura pasan de fibrosas a cristalinas, lo que constituye la fragilidad a baja temperatura.

2. Este post trata de explicar la esencia física de la fragilidad a baja temperatura y sus factores de influencia.

Por debajo de la temperatura de transición frágil dúctil, la resistencia a la fractura es inferior a la límite elásticoy el material es quebradizo a baja temperatura.

A. Influencia de la estructura cristalina

Los metales cúbicos centrados en el cuerpo y sus aleaciones presentan fragilidad a baja temperatura, mientras que los metales cúbicos centrados en la cara y sus aleaciones no suelen presentar fragilidad a baja temperatura.

La fragilidad a baja temperatura de los metales BCC puede estar estrechamente relacionada con el fenómeno de cedencia tardía.

B. Efectos de la composición química:

aumenta el contenido de elementos de soluto intersticiales, disminuye la energía superior y aumenta la temperatura de transición dúctil-quebradiza.

C. Efecto de la microestructura:

El refinamiento del grano y la microestructura pueden aumentar la tenacidad del material.

D. Efecto de la temperatura:

Es complejo, y la fragilidad (fragilidad azul) se produce en un determinado intervalo de temperaturas.

E. Efecto de la velocidad de carga:

Aumentar la velocidad de carga es como bajar la temperatura, lo que aumenta la fragilidad del material e incrementa la temperatura de transición dúctil-quebradizo.

F. Efecto de la forma y el tamaño de la probeta:

Cuanto menor sea el radio de curvatura de la muesca, mayor será el tk.

3. ¿Por qué el refinamiento del grano mejora la tenacidad?

El límite de grano es la resistencia a la propagación de la grieta;

Se reduce el número de dislocaciones acumuladas delante del límite de grano, lo que favorece la reducción de la concentración de tensiones;

El aumento del área total del límite de grano reduce la concentración de impurezas en el límite de grano y evita la fractura frágil intergranular.

04. Tenacidad a la fractura de los materiales

1. Fractura frágil de baja tensión

La fractura frágil se produce a menudo en grandes piezas cuando la tensión de trabajo no es elevada o incluso muy por debajo del límite elástico, lo que constituye la denominada fractura frágil de baja tensión.

2. Describe el nombre y el significado de los siguientes símbolos: KIC; JIc; GIc; δc。

KIC (factor de intensidad del campo tensión-deformación en la punta de la grieta en el cuerpo de la grieta) es la tenacidad a la fractura por deformación plana, que indica la capacidad del material para resistir la propagación inestable de la grieta en el estado de deformación plana.

JⅠc (energía de deformación en la punta de la grieta) también se denomina tenacidad a la fractura, pero representa la capacidad de un material para resistir el inicio y la propagación de grietas.

El GIC se refiere a la energía consumida por unidad de superficie cuando el material impide la propagación inestable de la grieta.

δCc(desplazamiento de apertura de grieta), también conocido como la tenacidad a la fractura de un material, indica la capacidad de un material para evitar la propagación de grietas.

3. Explique las similitudes y diferencias entre KI y KIc.

KI y KIc son dos conceptos diferentes. KI es un parámetro mecánico que representa la fuerza del campo de tensión-deformación en la punta de la grieta en un cuerpo agrietado.

Depende de la tensión aplicada, del tamaño de la muestra y del tipo de grieta, pero no tiene nada que ver con el material.

Sin embargo, KIc es el índice de propiedad mecánica de los materiales, que depende de factores internos como composición del material y la microestructura, pero no tiene nada que ver con factores externos como la tensión aplicada y el tamaño de la muestra.

La relación entre KⅠ y KⅠC es la misma que entre σ y σS.

Tanto KⅠ como σ son parámetros mecánicos, mientras que tanto KⅠC como σs son índices de propiedades mecánicas de los materiales.

05. Comportamiento de los materiales frente a la fatiga

1. ¿Características del fallo por fatiga?

(1) Este fallo es una especie de fallo súbito latente. Antes de fallo por fatigano habrá deformación plástica evidente ni fractura frágil.

(2) Fallo por fatiga pertenece a la fractura retardada de ciclo de baja tensión.

(3) La fatiga es muy sensible a los defectos (muesca, grieta y estructura), es decir, tiene un alto grado de selección de muestras por defectos.

(4) Las formas de fatiga pueden clasificarse según distintos métodos.

Según el estado de tensión, existen la fatiga por flexión, la fatiga por torsión, la fatiga por tracción y compresión, la fatiga por contacto y la fatiga compuesta;

Según el nivel de tensión y la vida de fractura, hay fatiga de ciclo alto y fatiga de ciclo bajo.

2. ¿Varias zonas características de la fractura por fatiga?

Fuente de fatiga, zona de propagación de la grieta de fatiga y zona de fractura instantánea.

3. Intenta describir σ- 1 y ΔKth.

σ- 1 (resistencia a la fatiga) representa la vida infinita resistencia a la fatiga de muestras lisas, lo que resulta adecuado para el diseño y la verificación tradicionales de la resistencia a la fatiga;

△ Kth (valor umbral de crecimiento de la grieta de fatiga) representa el rendimiento a fatiga de vida infinita de las muestras agrietadas, que es adecuado para el diseño y la verificación de la resistencia a la fatiga de las piezas agrietadas.

06. Comportamiento de los materiales frente al desgaste

1. ¿Cuántos tipos de desgaste existen? Explica su morfología de daño superficial.

Desgaste adhesivo, desgaste abrasivo, desgaste por corrosión y desgaste por fatiga por picaduras (fatiga por contacto).

Desgaste adhesivo: la superficie de desgaste se caracteriza por costras de diferentes tamaños en la superficie de las piezas.

Desgaste abrasivo: hay arañazos o surcos formados por arrugas evidentes en la superficie de fricción.

Fatiga por contacto: hay muchas picaduras (picaduras de cáñamo) en la superficie de contacto, algunas de las cuales son profundas, y hay rastros de líneas de propagación de grietas por fatiga en la parte inferior.

2. ¿Es cierto el dicho "cuanto más duro es el material, mayor es la resistencia al desgaste"? ¿Por qué?

Correcto. Porque el desgaste es inversamente proporcional a la dureza.

3. Desde el punto de vista de la mejora de la resistencia a la fatiga del material, la resistencia a la fatiga por contacto y la resistencia al desgaste, este artículo analiza las cuestiones que requieren atención en el tratamiento térmico químico.

Mientras que el aumento de la superficie resistencia y durezala tensión residual de compresión de la capa superficial aumenta.

07. Comportamiento de los materiales a altas temperaturas

1. Explica los siguientes sustantivos:

Temperatura específica aproximada: T / Tm

Creep: se refiere al fenómeno por el cual los materiales producen lentamente deformaciones plásticas bajo la acción de una temperatura constante y una carga constante durante un tiempo prolongado.

Fuerza de resistencia: es la tensión máxima a la que el material no se fracturará por fluencia a una temperatura determinada y en un tiempo especificado.

Límite de fluencia: indica la resistencia del material a la deformación por fluencia a alta temperatura.

Estabilidad de relajación: la capacidad de un material para resistir la relajación de tensiones se denomina estabilidad a la relajación.

2. Se resumen la deformación por fluencia y el mecanismo de fractura del material.

El mecanismo de deformación por fluencia de los materiales incluye principalmente el deslizamiento por dislocación, la difusión atómica y el deslizamiento de los límites de grano.

En el caso de los materiales poliméricos, también se produce el estiramiento de los segmentos de la cadena molecular a lo largo de fuerzas externas.

La fractura intergranular es una forma común de fractura por fluencia, especialmente a alta temperatura y baja tensión.

Esto se debe a que la resistencia en el policristal y el límite de grano disminuye con el aumento de la temperatura, pero este último disminuye más rápidamente, lo que resulta en la menor resistencia relativa del límite de grano a alta temperatura.

Existen dos modelos de fractura del límite de grano: uno es el modelo de deslizamiento de los límites de grano y de concentración de tensiones; el otro es el modelo de agregación de vacantes.

3. Se describe la diferencia entre la deformación por fluencia y el mecanismo de deformación plástica del metal a alta temperatura.

El mecanismo de deformación plástica del metal es el deslizamiento y la macla.

El mecanismo de deformación por fluencia del metal es el deslizamiento por dislocación, el deslizamiento por difusión y el deslizamiento en el límite de grano.

A alta temperatura, el aumento de la temperatura proporciona la posibilidad de activación térmica para los átomos y las vacantes, de modo que las dislocaciones pueden superar algunos obstáculos y seguir produciendo deformación por fluencia;

Bajo la acción de una fuerza externa, se genera un campo de tensión desigual en el cristal.

Los átomos y las vacantes tienen diferente energía potencial en diferentes posiciones, y se difundirán direccionalmente desde un potencial de energía potencial alto a un potencial de energía potencial bajo.

08. Propiedades térmicas de los materiales

1. ¿Intenta analizar los factores que afectan a la capacidad calorífica de los materiales?

Para los materiales sólidos, la capacidad calorífica tiene poco que ver con la estructura del material;

En la transición de fase de primer orden, la curva de capacidad calorífica cambia de forma discontinua y la capacidad calorífica es infinita.

La transición de fase de segundo orden se completa gradualmente en un determinado intervalo de temperaturas y, en consecuencia, la capacidad calorífica alcanza un máximo finito.

2. Intenta explicar por qué la conductividad térmica del vidrio suele ser varios órdenes de magnitud inferior a la del sólido cristalino.

La conductividad térmica de los materiales amorfos es pequeña porque el estado amorfo es una estructura ordenada de corto alcance, que puede considerarse como un cristal con un tamaño de grano pequeño.

Con un tamaño de grano pequeño y más límites de grano, los fonones son más vulnerables a la dispersión, por lo que la conductividad térmica es mucho menor.

09. Propiedades magnéticas de los materiales

1. ¿Por qué se produce antimagnetismo en la materia?

Bajo la acción de un campo magnético, el movimiento orbital de los electrones en la materia produce diamagnetismo.

2. ¿Cuáles son las principales aplicaciones de la susceptibilidad diamagnética y paramagnética en la investigación de los metales?

Determinar la curva de solubilidad máxima en el diagrama de fases de la aleación: De acuerdo con la ley según la cual el paramagnetismo de la solución sólida monofásica es superior al de la estructura mixta bifásica, y existe una relación lineal entre el paramagnetismo de la mezcla y la composición de la aleación, se puede determinar la solubilidad máxima y la curva de solubilidad en oro de la aleación a una temperatura determinada.

Estudio de la descomposición de la aleación de aluminio;

Se estudiaron la transformación de desorden de orden, la transformación de isomería y la temperatura de recristalización de los materiales.

3. Intenta explicar las condiciones en las que el material produce ferromagnetismo.

Para que un metal sea ferromagnético, no basta con que sus átomos tengan sólo el momento magnético de espín no compensado.

También debe hacer que el momento magnético de espín se disponga espontáneamente en fase para producir la magnetización espontánea.

4. Intente explicar las principales características de los materiales magnéticos blandos y los materiales magnéticos duros.

El bucle de histéresis de los materiales magnéticos blandos es delgado y tiene las características de alta conductividad magnética y baja Hc.

El bucle de histéresis de los materiales magnéticos duros es hipertrófico y tiene las características de alta Hc, Br y (BH) m.

10. Propiedades eléctricas de los materiales

1. Explique las similitudes y diferencias entre la teoría cuántica de conducción de electrones libres y la teoría clásica de conducción.

El campo eléctrico formado por iones positivos en el metal es uniforme, no hay interacción entre los electrones de valencia y los iones, y es propiedad de todo el metal y puede moverse libremente en todo el metal.

Según la teoría cuántica de los electrones libres, los electrones internos de cada átomo del metal mantienen básicamente el estado energético de un único átomo, mientras que todos los electrones de valencia tienen diferentes estados energéticos de acuerdo con la ley de cuantización, es decir, tienen diferentes niveles de energía.

La teoría de la banda de energía también considera que los electrones de valencia de los metales son públicos y la energía está cuantizada.

La diferencia es que considera que el campo de potencial causado por los iones en los metales no es uniforme, sino que cambia periódicamente.

2. ¿Por qué la resistencia de los metales aumenta con el aumento de la temperatura, mientras que la resistencia de los semiconductores disminuye con el aumento de la temperatura?

El aumento de la temperatura agravará la vibración de los iones, aumentará la amplitud de la vibración térmica, aumentará el grado de desorden de los átomos, reducirá el camino libre del movimiento de los electrones, aumentará la probabilidad de dispersión y aumentará la resistividad.

La conductividad de los semiconductores se debe principalmente a los electrones y los huecos.

Con el aumento de la temperatura, aumenta la energía cinética de los electrones, lo que se traduce en un aumento del número de electrones y huecos libres en el cristal, lo que aumenta la conductividad y disminuye la resistencia.

3. ¿Cuáles son los tres indicadores principales para caracterizar las propiedades de los superconductores?

(1) Temperatura crítica de transición Tc

(2) Campo magnético crítico Hc

(3) Densidad de corriente crítica Jc

4. En este documento se analiza brevemente la aplicación de la medición de la resistencia en la investigación de los metales.

El cambio de resistividad se mide para estudiar el cambio de microestructura de metales y aleaciones.

(1) Medir la curva de solubilidad de la solución sólida.

(2) Medición de la temperatura de transformación de la aleación con memoria de forma.

5. ¿Cuáles son los efectos conductivos sensibles de los semiconductores?

Efecto térmico, efecto fotosensible, efecto sensible a la presión (sensible a la tensión y sensible a la presión), efecto sensible magnético (efecto Hall y efecto de magnetorresistencia), etc.

6. ¿Cuáles son las principales formas de deterioro de los materiales aislantes?

Avería eléctrica, avería térmica y avería química.

11. Propiedades ópticas de los materiales

1. Se describe brevemente el concepto de propiedades ópticas lineales y los parámetros básicos.

Rendimiento óptico lineal: cuando la luz con una frecuencia única incide en el medio transparente no absorbente, su frecuencia no cambia;

Cuando la luz con diferentes frecuencias incide en el medio al mismo tiempo, no se produce acoplamiento mutuo entre las ondas luminosas y no hay una nueva frecuencia;

Cuando dos haces de luz se encuentran, si se trata de luz coherente, se producen interferencias.

Si se trata de luz incoherente, sólo hay superposición de intensidad luminosa, es decir, obedece al principio de superposición lineal.

Refracción, dispersión, reflexión, absorción, dispersión, etc.

2. ¿Intentar analizar la viabilidad de preparar productos metálicos transparentes?

No es factible porque el metal absorbe mucho la luz visible.

Esto se debe a que los electrones de valencia del metal se encuentran en la banda inferior llena, que estará en el estado excitado después de absorber fotones.

No es necesario pasar a la banda de conducción para colisionar y generar calor.

3. Se describen brevemente las condiciones para producir propiedades ópticas no lineales.

La luz incidente es una luz fuerte.

Requisitos de simetría de los cristales.

Igualación de fases.

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Shane
Autor

Shane

Fundador de MachineMFG

Como fundador de MachineMFG, he dedicado más de una década de mi carrera a la industria metalúrgica. Mi amplia experiencia me ha permitido convertirme en un experto en los campos de la fabricación de chapa metálica, mecanizado, ingeniería mecánica y máquinas herramienta para metales. Estoy constantemente pensando, leyendo y escribiendo sobre estos temas, esforzándome constantemente por mantenerme a la vanguardia de mi campo. Deje que mis conocimientos y experiencia sean un activo para su empresa.

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