01. Propiedades mecánicas de materiales bajo tensión estática uniaxial.
1. Explicación de términos:
Locura: el agrietamiento es un defecto que se produce en el proceso de deformación de los materiales poliméricos.
Debido a su baja densidad y su alta capacidad para reflejar la luz, tiene un aspecto plateado, de ahí su nombre.
Las grietas ocurren en la estructura débil o en la parte defectuosa de los materiales poliméricos.
Superplasticidad: el material presenta un alargamiento muy grande (en torno al 1000%) bajo determinadas condiciones, sin estrechamiento ni fractura, lo que se denomina superplasticidad.
La deformación εg causada por el deslizamiento de los límites de grano generalmente representa del 50% al 70% de la deformación total εt, lo que indica que el deslizamiento de los límites de grano juega un papel importante en la deformación superplástica.
Fractura frágil: el material básicamente no produce una deformación plástica macroscópica obvia antes de la fractura, y no hay ningún presagio obvio.
A menudo muestra un proceso de fractura repentino y rápido, por lo que es muy peligroso.
Fractura dúctil: proceso de fractura que produce una deformación plástica macroscópica evidente antes y durante la fractura de materiales.
En la fractura dúctil, el proceso de propagación de la grieta es generalmente lento y consume mucha energía de deformación plástica.
Fractura por escisión: bajo la acción de una tensión normal, la fractura transgranular frágil a lo largo de un plano cristalino específico causada por la destrucción del enlace entre átomos se llama fractura por escisión.
(El paso de escisión, el patrón de río y el patrón de lengua son las características microscópicas básicas de la fractura por escisión).
Fractura por corte: la fractura por corte es la fractura causada por la separación por deslizamiento de materiales a lo largo de la superficie de deslizamiento bajo la acción del esfuerzo cortante.
(La fractura por agregación de microporos es un modo común de fractura dúctil de materiales.
La fractura suele ser de color gris oscuro y fibrosa en vista macro, y el patrón característico de la microfractura es que se distribuyen una gran cantidad de “ondulaciones” en la fractura).
2. Explique 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 la resistencia a la rotura σ c y la resistencia a la tracción σ b ?
Si no hay deformación plástica antes de la fractura, o si la deformación plástica es muy pequeña, no hay estricción y el material presenta fractura frágil, entonces σc = σb.
Si el estrechamiento ocurre antes de la fractura, entonces σc y σb son desiguales.
4. ¿Cuál es el ámbito de aplicación de la fórmula de Griffith y en qué circunstancias es necesario modificarla?
La fórmula de Griffith sólo es aplicable a sólidos frágiles con microfisuras, como vidrio, materiales cristalinos inorgánicos, acero de ultra alta resistencia, etc.
Para muchos materiales de ingeniería estructural, como el acero estructural y los materiales poliméricos, se producirá una gran deformación plástica en la punta de la grieta, lo que consumirá una gran cantidad de trabajo de deformación plástica.
Por tanto, es necesario modificar la fórmula de Griffith.
02. Propiedades mecánicas de materiales bajo tensión estática uniaxial.
1. Coeficiente de estado de tensión suave
La relación entre τmax y σmax se denomina coeficiente de estado de tensión suave, que se expresa por α.
Cuanto mayor sea α, mayor será el componente máximo del esfuerzo cortante, lo que indica que cuanto más suave sea el estado de tensión, más fácil será para el material producir deformación plástica.
Por el contrario, cuanto menor sea α, más duro será el estado de tensión y más fácil será para el material producir una fractura frágil.
2. ¿Cómo entender el fenómeno del “refuerzo entallado” de los materiales plásticos?
En 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 "fortalecimiento" de la entalla.
No podemos considerar el "refuerzo de entalladura" como un medio para reforzar materiales, porque el "refuerzo" de entalladura se debe puramente a la deformación plástica de los materiales limitados por una tensión tridimensional.
En este momento, el valor σs del material en sí no cambia.
3. Se comparan exhaustivamente las características y ámbito de aplicación de los ensayos uniaxiales de tensión, compresión, flexión y torsión.
En la tensión unidireccional, el componente de tensión normal es grande, el componente de tensión cortante es pequeño y el estado de tensión es difícil.
Generalmente es adecuado para probar los llamados materiales plásticos con baja resistencia a la deformación plástica y al corte.
Compresión: El coeficiente de suavidad del estado de tensión de la compresión unidireccional es a = 2.
Las pruebas de compresión se utilizan principalmente para materiales frágiles.
Flexión: La llamada deflexión de la muestra no influye en los resultados de la prueba durante la carga de flexión, como por ejemplo la tensión.
Durante la prueba de flexión, la distribución de tensiones en la sección también es mayor en la superficie, lo que puede reflejar sensiblemente los defectos superficiales del material.
Prueba de torsión: el coeficiente suave del estado de tensión de torsión es mayor que el del estado de tensión de tracción, por lo que puede usarse para determinar la resistencia y plasticidad de materiales que son frágiles bajo tensión.
Durante la prueba de torsión, la distribución de tensiones de la sección de la muestra es mayor, por lo que es muy sensible al reflejo del endurecimiento de la superficie del material y los defectos de la superficie.
En la prueba de torsión, la tensión normal y la tensión cortante son aproximadamente iguales;
Cortar la fractura, que es 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 una tensión normal. Los materiales frágiles suelen presentar este tipo de fractura.
4. Intente comparar las similitudes y diferencias entre los principios de las pruebas de dureza Brinell y Vickers, y compare las ventajas, desventajas y ámbito de aplicación de las pruebas de dureza Brinell, Rockwell y Vickers.
El principio de prueba de la dureza Vickers es básicamente similar al de la dureza Brinell, y el valor de la dureza se calcula de acuerdo con la carga soportada por el área de indentación unitaria.
La diferencia es que el penetrador utilizado en la prueba de dureza Vickers es una pirámide de diamante con un ángulo incluido de 136° entre los dos lados.
La dureza Brinell adopta una bola de acero endurecido o una bola de carburo.
Ventajas de la prueba de dureza Brinell: el área de indentación es grande y su valor de dureza puede reflejar el rendimiento promedio de cada fase constituyente del material en un área grande, con datos de prueba estables y alta repetibilidad.
Por lo tanto, la prueba de dureza Brinell es más adecuada para medir la dureza de la fundición gris, aleaciones para cojinetes y otros materiales.
Desventajas de la prueba de dureza Brinell: debido al gran diámetro del corte, generalmente no es adecuado realizar pruebas directamente en piezas terminadas;
Además, para materiales con diferente dureza es necesario cambiar el diámetro y la carga del penetrador, y la medición del diámetro del penetrador también es problemática.
Ventajas de la prueba de dureza Rockwell:
Operación simple y rápida;
La sangría es pequeña y la pieza se puede inspeccionar directamente;
Desventajas:
Representación débil debido a una pequeña sangría;
Los valores de dureza medidos con diferentes escalas no se pueden comparar ni intercambiar directamente entre sí.
La prueba de dureza Vickers tiene muchas ventajas:
Medición precisa y confiable;
La carga se puede seleccionar arbitrariamente.
Además, la dureza Vickers no tiene el problema de que la dureza de diferentes escalas no se puede unificar y el espesor de la pieza de prueba es más delgado que la dureza Rockwell.
Desventajas de la prueba de dureza Vickers:
Su método de determinación es problemático, de baja eficiencia, pequeña área de indentación y baja representatividad, por lo que no es adecuado para la inspección rutinaria de la producción en masa.
03. Resistencia al impacto y fragilidad de materiales a bajas temperaturas.
1. Fragilidad a baja temperatura; Temperatura de transición dúctil y frágil.
Cuando la temperatura de prueba es inferior a una cierta temperatura tk (temperatura de transición dúctil y frágil), el material cambia del estado dúctil al estado frágil, la energía de absorción de impacto disminuye obviamente, la agregación de microporos de la máquina de fractura cambia para la escisión transgranular. y las características de la fractura cambian de fibrosas a cristalinas, que es fragilidad a baja temperatura.
2. Esta publicación intenta explicar la esencia física de la fragilidad a bajas temperaturas y sus factores que influyen.
Por debajo de la temperatura de transición dúctil y frágil, la resistencia a la fractura es menor que el límite elástico y el material es frágil a baja temperatura.
A. Influencia de la estructura cristalina.
Los metales cúbicos centrados en el cuerpo y sus aleaciones exhiben fragilidad a baja temperatura, mientras que los metales cúbicos centrados en la cara y sus aleaciones generalmente no exhiben fragilidad a baja temperatura.
La fragilidad a baja temperatura de BCC METALS puede estar estrechamente relacionada con el fenómeno del rendimiento tardío.
B. Efectos de la composición química:
El contenido de elementos solutos intersticiales aumenta, la energía de orden superior disminuye y la temperatura de transición dúctil y frágil aumenta.
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 rango de temperatura.
E. Efecto de la tasa de cobro:
Aumentar la tasa de carga es como disminuir la temperatura, lo que aumenta la fragilidad del material y la temperatura de transición dúctil y frágil.
F. Efecto de la forma y tamaño de la muestra:
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 grietas;
Se reduce el número de dislocaciones acumuladas delante del límite de grano, lo que contribuye a reducir la concentración de tensiones;
El aumento del área total del límite de grano reduce la concentración de impurezas en el límite de grano y previene la fractura frágil intergranular.
04. Resistencia a la fractura de materiales
1. Fractura frágil de baja tensión
La fractura frágil generalmente ocurre en piezas grandes cuando la tensión de trabajo no es alta o incluso muy por debajo del límite elástico, que es la llamada fractura frágil de baja tensión.
2. Describa el nombre y 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 las grietas.
GIC se refiere a la energía consumida por unidad de área cuando el material evita la propagación inestable de grietas.
δCc (desplazamiento de apertura de grietas), también conocido como tenacidad a la fractura de un material, indica la capacidad de un material para prevenir la propagación de grietas.
3. Explique las similitudes y diferencias entre K EU y KI c .
KI y KIc son dos conceptos diferentes. KI es un parámetro mecánico que representa la fuerza del campo tensión-deformación en la punta de la grieta en un cuerpo fisurado.
Depende del voltaje aplicado, 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 propiedades mecánicas de los materiales, que depende de factores internos como la composición del material y la microestructura, pero no tiene nada que ver con factores externos como el voltaje aplicado 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 KⅠC y σs son índices de propiedades mecánicas de los materiales.
05. Comportamiento a fatiga de los materiales.
1. ¿Características de la falla por fatiga?
(1) Este fracaso es una especie de fracaso repentino y latente. Antes de la falla por fatiga, no habrá deformación plástica obvia ni fractura frágil.
(2) La falla por fatiga pertenece a la fractura retardada del 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 para defectos.
(4) Las formas de fatiga pueden clasificarse según diferentes métodos.
Según el estado de tensión, existen fatiga por flexión, fatiga por torsión, fatiga por tensión y compresión, fatiga por contacto y fatiga compuesta;
Según el nivel de tensión y la vida útil de la fractura, existen fatiga de ciclo alto y fatiga de ciclo bajo.
2. ¿Varias áreas características de fractura por fatiga?
Fuente de fatiga, zona de propagación de grietas por fatiga y zona de fractura instantánea
3. Intenta describir σ- 1 y ΔKº .
σ- 1 (resistencia a la fatiga) representa la resistencia a la fatiga de vida infinita de muestras lisas, que es adecuada para el diseño y verificación de resistencia a la fatiga tradicionales;
△Kth (valor límite de crecimiento de grietas por fatiga) representa el rendimiento de fatiga de vida infinita de muestras agrietadas, que es adecuado para el diseño y verificación de la resistencia a la fatiga de piezas agrietadas.
06. Desgaste del material
1. ¿Cuántos tipos de desgaste existen? Explicar la morfología del 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 rayones o surcos formados por arrugas obvias en la superficie de fricción.
Fatiga de contacto: hay muchos agujeros (hoyos de cáñamo) en la superficie de contacto, algunos de los cuales son profundos, y hay rastros de líneas de propagación de grietas por fatiga en la parte inferior.
2. ¿Es correcto 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 la perspectiva de mejorar la resistencia a la fatiga del material, la resistencia a la fatiga por contacto y la resistencia al desgaste, este artículo analiza los aspectos que necesitan atención en el tratamiento térmico químico.
Al aumentar la resistencia y la dureza de la superficie, aumenta la tensión de compresión residual de la capa superficial.
07. Rendimiento de los materiales a altas temperaturas.
1. Explique los siguientes sustantivos:
Temperatura específica aproximada: Contáctame
Arrastramiento: se refiere al fenómeno en el que los materiales producen lentamente deformación plástica bajo la acción de temperatura constante y carga constante durante mucho tiempo.
Resistencia a la resistencia: es la tensión máxima que el material no se fracturará bajo una temperatura determinada y dentro del tiempo especificado.
Límite de desplazamiento: 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 bajo tensión se denomina estabilidad de 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 deslizamiento por dislocación, difusión atómica y deslizamiento de límites de grano.
En el caso de los materiales poliméricos, también se produce un estiramiento de los segmentos de la cadena molecular debido a fuerzas externas.
La fractura intergranular es una forma común de fractura por fluencia, especialmente a altas temperaturas y bajas tensiones.
Esto se debe a que la resistencia en el policristal y el límite de grano disminuye al aumentar la temperatura, pero esta última disminuye más rápidamente, lo que resulta en una menor resistencia relativa del límite de grano a alta temperatura.
Hay dos modelos de fractura de límites de grano: uno es el modelo de concentración de tensiones y deslizamiento de límites de grano; 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 el hermanamiento.
El mecanismo de deformación por fluencia del metal es la fluencia por dislocación, la fluencia por difusión y el deslizamiento de los límites de grano.
A alta temperatura, el aumento de temperatura brinda la posibilidad de activación térmica de átomos y vacantes, de modo que las dislocaciones pueden superar algunos obstáculos y continuar produciendo deformación por fluencia;
Bajo la acción de una fuerza externa, se genera un campo de tensión desigual en el cristal.
Los átomos y los huecos 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 la capacidad calorífica de los materiales?
Para 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 rango de temperatura y, en consecuencia, la capacidad calorífica alcanza un máximo finito.
2. Trate de explicar por qué la conductividad térmica del vidrio es a menudo varios órdenes de magnitud menor que la de los sólidos cristalinos.
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 ocurre el antimagnetismo en la materia?
Bajo la acción del 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 Metalúrgica?
Determine la curva de máxima solubilidad en el diagrama de fases de la aleación: de acuerdo con la ley de que el paramagnetismo de la solución sólida monofásica es mayor que el de la estructura mixta de dos fases, 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 del oro de la aleación a una determinada temperatura.
Estudiar la descomposición de la aleación de aluminio;
Se estudió la transformación del desorden de orden, la transformación de isomería y la temperatura de recristalización de los materiales.
3. Intenta explicar las condiciones bajo las cuales el material produce ferromagnetismo.
Para que un metal sea ferromagnético no basta con que sus átomos tengan únicamente el momento magnético de espín no desplazado.
También debe hacer que el momento magnético del espín se organice espontáneamente en fase para producir una magnetización espontánea.
4. Intente explicar las principales marcas de rendimiento de los materiales magnéticos blandos y de los materiales magnéticos duros.
El bucle de histéresis de los materiales magnéticos blandos es delgado y tiene las características de alta conductividad magnética y bajo Hc.
El bucle de histéresis de los materiales magnéticos duros es hipertrófico y tiene características altas de Hc, Br y (BH)m.
10. Propiedades eléctricas de los materiales.
1. Intenta explicar las similitudes y diferencias entre la teoría cuántica de la conducción de electrones libres y la teoría clásica de la conducción.
El campo eléctrico formado por iones positivos en el metal es uniforme, no hay interacción entre electrones e iones de valencia, pertenece a todo el metal y puede moverse libremente por todo el metal.
Según la teoría cuántica de los electrones libres, los electrones internos de cada átomo de metal mantienen básicamente el estado energético de un solo átomo, mientras que todos los electrones de valencia tienen diferentes estados energéticos según la ley de cuantificación, es decir, tienen diferentes niveles de energía.
La teoría de bandas de energía también cree que los electrones de valencia de los metales son públicos y la energía está cuantificada.
La diferencia es que cree que el campo potencial provocado por los iones en los metales no es uniforme, sino que cambia periódicamente.
2. ¿Por qué la resistencia de los metales aumenta al aumentar la temperatura, mientras que la resistencia de los semiconductores disminuye al aumentar la temperatura?
El aumento de temperatura agravará la vibración iónica, 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 es causada principalmente por electrones y huecos.
A medida que aumenta la temperatura, aumenta la energía cinética de los electrones, lo que resulta en un aumento en el número de electrones libres y huecos 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 de transición crítica Tc
(2) Campo magnético crítico Hc
(3) Densidad de corriente crítica Jc
4. Este artículo analiza brevemente la aplicación de la medición de resistencia en la investigación de metales.
El cambio de resistividad se mide para estudiar el cambio en la microestructura de metales y aleaciones.
(1) Mida 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 sensibles a la conductividad de los semiconductores?
Efecto térmico, efecto fotosensible, efecto sensible a la presión (sensible al voltaje y sensible a la presión), efecto sensible al magnético (efecto Hall y efecto magnetorresistencia), etc.
6. ¿Cuáles son las principales formas de daño a los materiales aislantes?
Avería eléctrica, avería térmica y avería química.
11. Propiedades ópticas de los materiales.
1. Se describen brevemente el concepto de propiedades ópticas lineales y parámetros básicos.
Rendimiento óptico lineal: cuando la luz con una sola frecuencia incide sobre el medio transparente no absorbente, su frecuencia no cambia;
Cuando luz con diferentes frecuencias incide sobre el medio al mismo tiempo, no hay acoplamiento mutuo entre las ondas de luz ni ninguna nueva frecuencia;
Cuando dos haces de luz se encuentran, si es luz coherente, se producirá interferencia.
Si es luz incoherente, sólo hay superposición de intensidad luminosa, es decir, obedece al principio de superposición lineal.
Refracción, dispersión, reflexión, absorción, dispersión, etc.
2. ¿Intentáis analizar la viabilidad de preparar productos metálicos transparentes?
No es viable porque el metal absorbe fuertemente la luz visible.
Esto se debe a que los electrones de valencia del metal están en la banda subcompleta, que estará en estado excitado después de absorber los 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 intensa.
Requisitos de simetría cristalina.
Coincidencia de fases.
