01. Propriedades mecânicas de materiais sob tensão estática uniaxial
1. Explicação dos termos:
Loucura: fissuração é um defeito produzido no processo de deformação de materiais poliméricos.
Devido à sua baixa densidade e alta capacidade de reflexão à luz, parece prateado, por isso é chamado.
Fissuras ocorrem na estrutura fraca ou na parte defeituosa dos materiais poliméricos.
Superplasticidade: o material apresenta um alongamento muito grande (cerca de 1000%) sob certas condições, sem estricção e fratura, o que é chamado de superplasticidade.
A deformação εg causada pelo deslizamento do limite de grão geralmente é responsável por 50% ~ 70% da deformação total εt, o que indica que o deslizamento do limite de grão desempenha um papel importante na deformação superplástica.
Fratura frágil: o material basicamente não produz deformação plástica macroscópica óbvia antes da fratura e não há presságio óbvio.
Muitas vezes mostra um processo de fratura repentino e rápido, por isso é muito perigoso.
Fratura dúctil: o processo de fratura que produz deformação plástica macroscópica óbvia antes e durante a fratura dos materiais.
Na fratura dúctil, o processo de propagação da trinca é geralmente lento e consome muita energia de deformação plástica.
Fratura de clivagem: sob a ação do estresse normal, a fratura transgranular frágil ao longo de um plano cristalino específico causada pela destruição da ligação entre os átomos é chamada de fratura por clivagem.
(etapa de clivagem, padrão de rio e padrão de língua são as características microscópicas básicas da fratura de clivagem.)
Fratura por cisalhamento: fratura por cisalhamento é a fratura causada pela separação deslizante de materiais ao longo da superfície deslizante sob a ação da tensão de cisalhamento.
(a fratura por agregação de microporos é um modo comum de fratura dúctil de materiais.
A fratura geralmente é cinza escura e fibrosa na visão macro, e o padrão característico da microfratura é que um grande número de “ondulações” está distribuído na fratura.)
2. Explique a diferença entre fratura dúctil e fratura frágil. Por que a fratura frágil é a mais perigosa?
Tipo de tensão, grau de deformação plástica, presença ou ausência de presságio, velocidade de crescimento da fissura.
3. Qual é a diferença entre resistência à ruptura σc e resistência à tração σb?
Se não houver deformação plástica antes da fratura, ou se a deformação plástica for muito pequena, não houver estrangulamento e o material apresentar fratura frágil, então σc = σb.
Se a estricção ocorrer antes da fratura, então σc e σb são desiguais.
4. Qual é o âmbito de aplicação da fórmula de Griffith e em que circunstâncias necessita de ser modificada?
A fórmula de Griffith só é aplicável a sólidos frágeis com microfissuras, como vidro, materiais cristalinos inorgânicos, aço de ultra-alta resistência, etc.
Para muitos materiais estruturais de engenharia, como aço estrutural e materiais poliméricos, ocorrerá grande deformação plástica na ponta da trinca, o que consumirá muito trabalho de deformação plástica.
Portanto, a fórmula de Griffith deve ser modificada.
02. Propriedades mecânicas de materiais sob tensão estática uniaxial
1. Coeficiente suave de estado de tensão
A razão entre τmax e σmax é chamada de coeficiente suave de estado de tensão, que é expresso por α.
Quanto maior o α, maior o componente máximo da tensão de cisalhamento, indicando que quanto mais suave o estado de tensão, mais fácil é o material produzir deformação plástica.
Pelo contrário, quanto menor α, mais difícil é o estado de tensão e mais fácil é o material produzir fratura frágil.
2. Como entender o fenômeno do “reforço do entalhe” dos materiais plásticos?
Na condição de entalhe, devido à tensão tridimensional, a tensão de escoamento da amostra é maior do que sob tensão uniaxial, ou seja, ocorre o chamado fenômeno de “fortalecimento” do entalhe.
Não podemos considerar o “reforço do entalhe” como um meio de reforçar os materiais, porque o “reforço” do entalhe é puramente devido à deformação plástica dos materiais restringidos pela tensão tridimensional.
Neste momento, o valor σs do próprio material não muda.
3. As características e o escopo de aplicação dos testes uniaxiais de tensão, compressão, flexão e torção são comparados de forma abrangente.
Na tensão unidirecional, o componente de tensão normal é grande, o componente de tensão de cisalhamento é pequeno e o estado de tensão é difícil.
Geralmente é adequado para o teste dos chamados materiais plásticos com baixa resistência à deformação plástica e resistência ao corte.
Compressão: o coeficiente de suavidade do estado de tensão da compressão unidirecional é a = 2.
O teste de compressão é usado principalmente para materiais frágeis.
Flexão: não há influência da chamada deflexão da amostra nos resultados do teste durante o carregamento de flexão, como a tensão.
Durante o teste de flexão, a distribuição de tensões na seção também é a maior na superfície, podendo refletir com sensibilidade os defeitos superficiais do material.
Teste de torção: o coeficiente suave do estado de tensão de torção é maior do que o do estado de tensão de tensão, portanto pode ser usado para determinar a resistência e a plasticidade de materiais que são frágeis sob tensão.
Durante o teste de torção, a distribuição de tensão da seção da amostra é maior, por isso é muito sensível ao reflexo do endurecimento da superfície do material e aos defeitos superficiais.
No ensaio de torção, a tensão normal e a tensão de cisalhamento são aproximadamente iguais;
Corte a fratura, que é perpendicular ao eixo da amostra.
Esta fratura é frequentemente usada em materiais plásticos.
Fratura normal: o ângulo entre a seção e o eixo da amostra é de cerca de 45°, que é o resultado da tensão normal. Materiais frágeis costumam apresentar esse tipo de fratura.
4. Tente comparar as semelhanças e diferenças entre os princípios dos testes de dureza Brinell e Vickers e compare as vantagens, desvantagens e escopo de aplicação dos testes de dureza Brinell, Rockwell e Vickers.
O princípio de teste da dureza Vickers é basicamente semelhante ao da dureza Brinell, e o valor da dureza é calculado de acordo com a carga suportada pela área unitária de indentação.
A diferença é que o penetrador utilizado no teste de dureza Vickers é uma pirâmide de diamante com ângulo incluído de 136° entre os dois lados.
A dureza Brinell adota esfera de aço temperado ou esfera de metal duro.
Vantagens do teste de dureza Brinell: a área de indentação é grande e seu valor de dureza pode refletir o desempenho médio de cada fase constituinte do material em uma grande área, com dados de teste estáveis e alta repetibilidade.
Portanto, o teste de dureza Brinell é mais adequado para medir a dureza de ferro fundido cinzento, ligas de rolamentos e outros materiais.
Desvantagens do teste de dureza Brinell: devido ao grande diâmetro do recorte, geralmente não é adequado testar diretamente nas peças acabadas;
Além disso, o diâmetro e a carga do penetrador precisam ser alterados para materiais com dureza diferente, e a medição do diâmetro do endentador também é problemática.
Vantagens do teste de dureza Rockwell:
Operação simples e rápida;
O recuo é pequeno e a peça pode ser inspecionada diretamente;
Desvantagens:
Fraca representatividade devido ao pequeno recuo;
Os valores de dureza medidos com diferentes escalas não podem ser diretamente comparados nem trocados entre si.
O teste de dureza Vickers tem muitas vantagens:
Medição precisa e confiável;
A carga pode ser selecionada arbitrariamente.
Além disso, a dureza Vickers não apresenta o problema de que a dureza de diferentes escalas não pode ser unificada e a espessura da peça de teste é mais fina do que a dureza Rockwell.
Desvantagens do teste de dureza Vickers:
Seu método de determinação é problemático, de baixa eficiência, pequena área de indentação e baixa representatividade, por isso não é adequado para inspeção de rotina de produção em massa.
03. Resistência ao impacto e fragilidade dos materiais a baixas temperaturas
1. Fragilidade em baixa temperatura; Temperatura de transição dúctil e frágil.
Quando a temperatura de teste é inferior a uma certa temperatura tk (temperatura de transição dúctil e frágil), o material muda do estado dúctil para o estado frágil, a energia de absorção de impacto diminui obviamente, a agregação de microporos da máquina de fratura muda para clivagem transgranular, e o as características da fratura mudam de fibrosa para cristalina, que é fragilidade em baixa temperatura.
2. Este post tenta explicar a essência física da fragilidade em baixas temperaturas e seus fatores que influenciam.
Abaixo da temperatura de transição dúctil e frágil, a resistência à fratura é menor que a resistência ao escoamento e o material é frágil em baixa temperatura.
A. Influência da estrutura cristalina
Metais cúbicos de corpo centrado e suas ligas apresentam fragilidade em baixa temperatura, enquanto metais cúbicos de face centrada e suas ligas geralmente não apresentam fragilidade em baixa temperatura.
A fragilidade a baixa temperatura dos METAIS BCC pode estar intimamente relacionada ao fenômeno do rendimento tardio.
B. Efeitos da composição química:
O conteúdo de elementos de soluto intersticiais aumenta, a energia de ordem superior diminui e a temperatura de transição dúctil e frágil aumenta.
C. Efeito da microestrutura:
O refinamento do grão e a microestrutura podem aumentar a tenacidade do material.
D. Efeito da temperatura:
É complexo e a fragilidade (fragilidade azul) ocorre em uma determinada faixa de temperatura.
E. Efeito da taxa de carregamento:
Aumentar a taxa de carregamento é como diminuir a temperatura, o que aumenta a fragilidade do material e a temperatura de transição dúctil e frágil.
F. Efeito da forma e tamanho da amostra:
Quanto menor o raio de curvatura do entalhe, maior será o tk.
3. Por que o refinamento do grão melhora a tenacidade?
O limite de grão é a resistência à propagação de trincas;
O número de discordâncias acumuladas na frente do limite de grão é reduzido, o que contribui para reduzir a concentração de tensões;
O aumento da área total do contorno do grão reduz a concentração de impurezas no contorno do grão e evita a fratura frágil intergranular.
04. Resistência à fratura de materiais
1. Fratura frágil de baixa tensão
A fratura frágil geralmente ocorre em peças grandes quando a tensão de trabalho não é alta ou mesmo muito abaixo do limite de escoamento, que é a chamada fratura frágil de baixa tensão.
2. Descrever o nome e significado dos seguintes símbolos: KIC; JIc; GIc; δc。
KIC (fator de intensidade do campo tensão-deformação na ponta da trinca no corpo da trinca) é a tenacidade à fratura por deformação plana, que indica a capacidade do material de resistir à propagação instável da trinca no estado de deformação plana.
JⅠc (energia de deformação na ponta da trinca) também é chamada de tenacidade à fratura, mas representa a capacidade de um material de resistir ao início e à propagação da trinca.
GIC refere-se à energia consumida por unidade de área quando o material evita a propagação instável da trinca.
δCc (deslocamento de abertura de fissura), também conhecido como tenacidade à fratura de um material, indica a capacidade de um material de evitar a propagação de fissuras.
3. Explique as semelhanças e diferenças entre KEU e KIc.
KI e KIc são dois conceitos diferentes. KI é um parâmetro mecânico que representa a resistência do campo tensão-deformação na ponta da trinca em um corpo fissurado.
Depende da tensão aplicada, do tamanho da amostra e do tipo de fissura, mas não tem nada a ver com o material.
No entanto, KIc é o índice de propriedades mecânicas dos materiais, que depende de fatores internos, como composição do material e microestrutura, mas não tem nada a ver com fatores externos, como tensão aplicada e tamanho da amostra.
A relação entre KⅠ e KⅠC é a mesma que entre σ e σS.
Tanto KⅠ quanto σ são parâmetros mecânicos, enquanto KⅠC e σs são índices de propriedades mecânicas de materiais.
05. Desempenho de fadiga de materiais
1. Características da falha por fadiga?
(1) Esta falha é uma espécie de falha repentina e latente. Antes da falha por fadiga, não haverá deformação plástica óbvia e fratura frágil.
(2) A falha por fadiga pertence à fratura retardada do ciclo de baixa tensão.
(3) A fadiga é muito sensível a defeitos (entalhe, trinca e estrutura), ou seja, possui alto grau de seleção de amostras para defeitos.
(4) As formas de fadiga podem ser classificadas de acordo com diferentes métodos.
De acordo com o estado de tensão, existem fadiga por flexão, fadiga por torção, fadiga por tensão e compressão, fadiga por contato e fadiga composta;
De acordo com o nível de tensão e a vida da fratura, há fadiga de alto ciclo e fadiga de baixo ciclo.
2. Várias áreas características de fratura por fadiga?
Fonte de fadiga, zona de propagação de trincas por fadiga e zona de fratura instantânea
3. Tente descrever σ- 1 e ΔKº.
σ- 1 (resistência à fadiga) representa a resistência à fadiga de vida infinita de amostras lisas, que é adequada para projeto e verificação de resistência à fadiga tradicional;
△ Kth (valor limite de crescimento de trincas por fadiga) representa o desempenho de fadiga de vida infinita de amostras trincadas, o que é adequado para o projeto e verificação da resistência à fadiga de peças trincadas.
06. Desempenho de desgaste de materiais
1. Quantos tipos de desgaste existem? Explique a morfologia dos danos superficiais.
Desgaste adesivo, desgaste abrasivo, desgaste por corrosão e desgaste por fadiga por pite (fadiga de contato)
Desgaste adesivo: a superfície de desgaste é caracterizada por crostas de diferentes tamanhos na superfície das peças.
Desgaste abrasivo: há arranhões ou ranhuras formadas por rugas óbvias na superfície de fricção.
Fadiga de contato: há muitos buracos (poços de cânhamo) na superfície de contato, alguns dos quais são profundos, e há vestígios de linhas de propagação de trincas por fadiga na parte inferior.
2. O ditado “quanto mais duro o material, maior a resistência ao desgaste” está certo? Por que?
Correto. Porque o desgaste é inversamente proporcional à dureza.
3. Do ponto de vista de melhorar a resistência à fadiga do material, a resistência à fadiga de contato e a resistência ao desgaste, este artigo analisa os assuntos que necessitam de atenção no tratamento térmico químico.
Ao aumentar a resistência e a dureza da superfície, a tensão de compressão residual da camada superficial aumenta.
07. Desempenho de materiais em alta temperatura
1. Explique os seguintes substantivos:
Temperatura específica aproximada: Fale comigo
Rastejar: refere-se ao fenômeno de que os materiais produzem lentamente deformação plástica sob a ação de temperatura constante e carga constante por um longo tempo.
Força de resistência: é a tensão máxima que o material não irá fraturar sob uma determinada temperatura e dentro do tempo especificado.
Limite de deslocamento: indica a resistência do material à deformação por fluência em alta temperatura.
Estabilidade de relaxamento: a capacidade de um material de resistir ao relaxamento do estresse é chamada de estabilidade de relaxamento.
2. A deformação por fluência e o mecanismo de fratura do material são resumidos.
O mecanismo de deformação por fluência dos materiais inclui principalmente deslizamento de discordância, difusão atômica e deslizamento de limite de grão.
Para materiais poliméricos, há também o estiramento dos segmentos da cadeia molecular ao longo de forças externas.
A fratura intergranular é uma forma comum de fratura por fluência, especialmente em altas temperaturas e baixas tensões.
Isso ocorre porque a resistência no policristal e no contorno de grão diminui com o aumento da temperatura, mas esta última diminui mais rapidamente, resultando em menor resistência relativa do contorno de grão em alta temperatura.
Existem dois modelos de fratura de contorno de grão: um é o modelo de deslizamento de contorno de grão e concentração de tensão; O outro é o modelo de agregação de vagas.
3. É descrita a diferença entre a deformação por fluência e o mecanismo de deformação plástica do metal em alta temperatura.
O mecanismo de deformação plástica do metal é o deslizamento e a geminação.
O mecanismo de deformação por fluência do metal é o deslizamento por discordância, fluência por difusão e deslizamento pelo limite de grão.
Em alta temperatura, o aumento da temperatura proporciona a possibilidade de ativação térmica para átomos e vagas, de modo que as discordâncias possam superar alguns obstáculos e continuar a produzir deformação por fluência;
Sob a ação de uma força externa, um campo de tensão desigual é gerado no cristal.
Átomos e lacunas têm energia potencial diferente em posições diferentes e se difundirão direcionalmente do potencial de energia potencial alto para o potencial de energia potencial baixo.
08. Propriedades térmicas dos materiais
1. Tente analisar os fatores que afetam a capacidade térmica dos materiais?
Para materiais sólidos, a capacidade térmica tem pouco a ver com a estrutura do material;
Na transição de fase de primeira ordem, a curva de capacidade térmica muda descontinuamente e a capacidade térmica é infinita.
A transição de fase de segunda ordem é gradualmente concluída em uma determinada faixa de temperatura, e a capacidade térmica atinge um máximo finito de acordo.
2. Tente explicar por que a condutividade térmica do vidro é muitas vezes várias ordens de grandeza inferior à dos sólidos cristalinos.
A condutividade térmica dos materiais amorfos é pequena porque o estado amorfo é uma estrutura ordenada de curto alcance, que pode ser discutida como um cristal com tamanho de grão pequeno.
Com tamanho de grão pequeno e mais limites de grão, os fônons são mais vulneráveis ao espalhamento, portanto a condutividade térmica é muito menor.
09. Propriedades magnéticas dos materiais
1. Por que ocorre o antimagnetismo na matéria?
Sob a ação do campo magnético, o movimento orbital dos elétrons na matéria produz diamagnetismo.
2. Quais são as principais aplicações da suscetibilidade diamagnética e paramagnética na Pesquisa Metalúrgica?
Determine a curva de solubilidade máxima no diagrama de fases da liga: de acordo com a lei de que o paramagnetismo da solução sólida monofásica é maior do que o da estrutura mista bifásica, e há uma relação linear entre o paramagnetismo da mistura e a composição da liga, a solubilidade máxima e a curva de solubilidade do ouro do liga a uma determinada temperatura pode ser determinada.
Estude a decomposição da liga de alumínio;
A transformação da desordem de ordem, a transformação do isomerismo e a temperatura de recristalização dos materiais foram estudadas.
3. Tente explicar as condições sob as quais o material produz ferromagnetismo.
Para que um metal seja ferromagnético não basta que seus átomos tenham apenas o momento magnético de spin não deslocado.
Deve também fazer com que o momento magnético do spin se organize espontaneamente em fase para produzir magnetização espontânea.
4. Tente explicar as principais marcas de desempenho de materiais magnéticos macios e materiais magnéticos duros.
O loop de histerese de materiais magnéticos macios é fino e possui características de alta condutividade magnética e baixo Hc.
O loop de histerese de materiais magnéticos duros é hipertrófico e possui características de alto Hc, Br e (BH) m.
10. Propriedades elétricas dos materiais
1. Tente explicar as semelhanças e diferenças entre a teoria quântica da condução de elétrons livres e a teoria clássica da condução.
O campo elétrico formado por íons positivos no metal é uniforme, não há interação entre elétrons e íons de valência, pertence a todo o metal e pode mover-se livremente em todo o metal.
De acordo com a teoria quântica do elétron livre, os elétrons internos de cada átomo do metal mantêm basicamente o estado de energia de um único átomo, enquanto todos os elétrons de valência possuem diferentes estados de energia de acordo com a lei de quantização, ou seja, possuem diferentes níveis de energia.
A teoria da banda de energia também acredita que os elétrons de valência nos metais são públicos e a energia é quantizada.
A diferença é que acredita que o campo potencial causado pelos íons nos metais não é uniforme, mas muda periodicamente.
2. Por que a resistência dos metais aumenta com o aumento da temperatura, enquanto a resistência dos semicondutores diminui com o aumento da temperatura?
O aumento da temperatura agravará a vibração iônica, aumentará a amplitude da vibração térmica, aumentará o grau de desordem dos átomos, reduzirá o caminho livre do movimento dos elétrons, aumentará a probabilidade de dispersão e aumentará a resistividade.
A condutividade dos semicondutores é causada principalmente por elétrons e buracos.
Com o aumento da temperatura, a energia cinética dos elétrons aumenta, resultando no aumento do número de elétrons livres e de lacunas no cristal, o que aumenta a condutividade e diminui a resistência.
3. Quais são os três principais indicadores para caracterizar as propriedades dos supercondutores?
(1) Temperatura crítica de transição Tc
(2) Campo magnético crítico Hc
(3) Densidade de corrente crítica Jc
4. Este artigo discute brevemente a aplicação da medição de resistência na pesquisa de metais.
A mudança de resistividade é medida para estudar a mudança na microestrutura de metais e ligas.
(1) Meça a curva de solubilidade da solução sólida.
(2) Medição da temperatura de transformação da liga com memória de forma.
5. Quais são os efeitos sensíveis condutivos dos semicondutores?
Efeito térmico, efeito fotossensível, efeito sensível à pressão (sensível à tensão e sensível à pressão), efeito sensível magnético (efeito Hall e efeito de magnetorresistência), etc.
6. Quais as principais formas de danos aos materiais isolantes?
Ruptura elétrica, ruptura térmica e ruptura química.
11. Propriedades ópticas dos materiais
1. O conceito de propriedades ópticas lineares e os parâmetros básicos são brevemente descritos.
Desempenho óptico linear: quando a luz com uma única frequência incide no meio transparente não absorvente, sua frequência não muda;
Quando luz com frequências diferentes incide no meio ao mesmo tempo, não há acoplamento mútuo entre as ondas de luz e nenhuma nova frequência;
Quando dois feixes de luz se encontram, se for uma luz coerente, ocorrerá interferência.
Se for luz incoerente, há apenas superposição de intensidade luminosa, ou seja, obedece ao princípio da superposição linear.
Refração, dispersão, reflexão, absorção, dispersão, etc.
2. Tenta analisar a viabilidade de preparação de produtos metálicos transparentes?
Não é viável porque o metal absorve fortemente a luz visível.
Isso ocorre porque os elétrons de valência do metal estão na banda subcompleta, que estará no estado excitado após absorver os fótons.
Não há necessidade de transição para a banda de condução para colidir e gerar calor.
3. As condições para produzir propriedades ópticas não lineares são descritas resumidamente.
A luz incidente é uma luz forte.
Requisitos de simetria cristalina.
Correspondência de fase.
