Propiedades especiales de los materiales metálicos.
Muchas piezas mecánicas y componentes de ingeniería están sometidos a cargas alternas. Bajo la acción de cargas alternas, aunque el nivel de tensión es inferior al límite elástico del material, se producirá una fractura frágil repentina después de un largo período de ciclos de tensión repetidos. Este fenómeno se denomina fatiga de los materiales metálicos.
Las características de la fractura por fatiga de materiales metálicos son:
⑴La tensión de carga es alterna;
⑵La carga actúa durante mucho tiempo;
⑶La fractura ocurre instantáneamente;
⑷Ya sea un material plástico o un material frágil, es frágil en la zona de fractura por fatiga.
Por lo tanto, la fractura por fatiga es la forma de fractura más común y peligrosa en ingeniería.
Los fenómenos de fatiga de los materiales metálicos se pueden dividir en los siguientes tipos según diferentes condiciones:
⑴ Fatiga de ciclo alto: se refiere al fenómeno de fatiga bajo tensión baja (la tensión de trabajo es inferior al límite elástico del material, o incluso por debajo del límite elástico), fatiga con un número de ciclos de tensión superior a 100.000. Es el tipo más común de daño por fatiga. La fatiga de ciclo alto generalmente se conoce como fatiga.
⑵ Fatiga de ciclo bajo: se refiere a la fatiga bajo tensión alta (la tensión de trabajo está cerca del límite elástico del material) o condiciones de alta deformación, y el número de ciclos de tensión es inferior a 10 000 ~ 100 000. Dado que la deformación plástica alterna juega un papel importante en este daño por fatiga, también se denomina fatiga plástica o fatiga por deformación.
⑶ Fatiga térmica: se refiere al daño por fatiga provocado por la acción repetida del estrés térmico provocado por los cambios de temperatura.
⑷Fatiga por corrosión: se refiere al daño por fatiga causado por los componentes de la máquina bajo la acción simultánea de cargas alternas y medios corrosivos (como ácidos, álcalis, agua de mar, gases reactivos, etc.).
⑸Fatiga de contacto: se refiere a la superficie de contacto de las piezas de la máquina. Bajo la acción repetida de la tensión de contacto, se producirán picaduras o aplastamiento y pelado de la superficie, lo que provocará fallas y daños en las piezas de la máquina. La plasticidad se refiere a la capacidad de un material metálico para producir deformación permanente (deformación plástica) sin ser destruido bajo la acción de fuerzas de carga externas. Cuando se estira un material metálico, tanto su longitud como su área de sección transversal cambiarán. Por lo tanto, la plasticidad del metal se puede medir mediante dos indicadores: el alargamiento de la longitud (alargamiento) y la contracción de la sección transversal (contracción del área). .
Cuanto mayor sea el alargamiento y la contracción del área de un material metálico, mejor será la plasticidad del material, es decir, el material puede soportar grandes deformaciones plásticas sin sufrir daños. Generalmente, los materiales metálicos con un alargamiento superior al 5% se denominan materiales plásticos (como el acero con bajo contenido de carbono, etc.), mientras que los materiales metálicos con un alargamiento inferior al 5% se denominan materiales frágiles (como el hierro fundido gris, etc.). . Un material con buena plasticidad puede producir deformación plástica en un amplio rango macroscópico y, al mismo tiempo, el material metálico puede fortalecerse mediante deformación plástica, mejorando así la resistencia del material y garantizando el uso seguro de las piezas. Además, los materiales con buena plasticidad pueden someterse sin problemas a ciertos procesos de conformado, como estampado, doblado en frío, estirado en frío, enderezado, etc. Por tanto, a la hora de seleccionar materiales metálicos para piezas mecánicas, estos deben cumplir ciertos indicadores de plasticidad. Las principales formas de corrosión de los metales de construcción
① Corrosión uniforme. La corrosión en la superficie del metal hace que la sección transversal se adelgace uniformemente. Por lo tanto, el valor de pérdida de espesor promedio anual se utiliza a menudo como indicador del comportamiento de la corrosión (tasa de corrosión). El acero generalmente se corroe uniformemente en la atmósfera.
②Corrosión por picaduras. El metal se corroe en algunas zonas y forma hoyos profundos. La aparición de corrosión por picaduras está relacionada con la naturaleza del metal y el medio en el que se encuentra. La corrosión por picaduras es propensa a ocurrir en medios que contienen sales de cloro. La profundidad máxima del agujero se utiliza a menudo como índice de evaluación de la corrosión por picaduras. La corrosión de las tuberías se debe principalmente a la corrosión por picaduras.
③ Corrosión galvánica. Corrosión causada por diferentes potenciales en los puntos de contacto de diferentes metales.
④ Corrosión en grietas. La corrosión local a menudo ocurre en superficies metálicas en espacios u otras áreas ocultas debido a diferencias en la composición y concentración del medio entre diferentes partes.
⑤ Corrosión por tensión. Bajo la acción combinada de medios corrosivos y una alta tensión de tracción, la superficie del metal se corroe y se expande hacia adentro formando microfisuras, lo que a menudo conduce a una rotura repentina. Esta falla puede ocurrir con barras (alambres) de acero de alta resistencia en concreto. La dureza indica la capacidad de un material para resistir objetos duros que presionan su superficie. Es uno de los indicadores de rendimiento importantes de los materiales metálicos. Generalmente, cuanto mayor sea la dureza, mejor será la resistencia al desgaste.
Los indicadores de dureza más utilizados incluyen la dureza Brinell, la dureza Rockwell y la dureza Vickers.
1. La dureza Brinell (HB) utiliza una carga determinada (normalmente 3000 kg) para presionar una bola de acero endurecido de un determinado tamaño (normalmente 10 mm de diámetro) en la superficie del material y mantenerla durante un período. de tiempo y luego retire la carga. La relación entre la carga y su área de indentación es el valor de dureza Brinell (HB) y la unidad es kilogramo fuerza/mm2 (N/mm2).
2. Dureza Rockwell (HR) Cuando HBgt; 450 o la muestra es demasiado pequeña, no se puede utilizar la prueba de dureza Brinell y en su lugar se utiliza la medición de dureza Rockwell. Utiliza un cono de diamante con un ángulo de vértice de 120° o una bola de acero con un diámetro de 1,59 o 3,18 mm para presionar la superficie del material a probar bajo una determinada carga, y la dureza del material se calcula a partir de la profundidad de la sangría. De acuerdo con la diferente dureza del material de prueba, se pueden usar diferentes penetradores y presiones de prueba totales para formar varias escalas de dureza Rockwell diferentes. Cada escala está marcada con una letra después del símbolo de dureza Rockwell HR. Las escalas de dureza Rockwell comúnmente utilizadas son A, B y C (HRA, HRB, HRC). Entre ellas, la escala C es la más utilizada.
HRA: Es la dureza que se obtiene al utilizar un intruso de cono de diamante de 60kg de carga, que se utiliza para materiales extremadamente duros (como el carburo cementado, etc.).
HRB: Es la dureza que se obtiene utilizando una carga de 100kg y una bola de acero templado de 1,58mm de diámetro. Se utiliza para materiales de menor dureza (como acero recocido, hierro fundido, etc.). ).
HRC: La dureza se obtiene utilizando una carga de 150kg y un intruso de cono de diamante, y se utiliza para materiales con dureza muy alta (como acero templado, etc.).
3. La dureza Vickers (HV) se presiona en la superficie del material con una carga de 120 kg y un penetrador de cono cuadrado de diamante con un ángulo de vértice de 136 °, y el área de la superficie del pozo de indentación del material. se divide por el valor de carga, que es el valor de dureza Vickers (HV).
La prueba de dureza es el método de prueba más simple y sencillo en las pruebas de propiedades mecánicas. Para utilizar las pruebas de dureza para reemplazar ciertas pruebas de propiedades mecánicas, se necesita en la producción una relación de conversión más precisa entre dureza y resistencia. La práctica ha demostrado que existe una relación aproximada de correspondencia entre los distintos valores de dureza de los materiales metálicos y entre los valores de dureza y los valores de resistencia. Debido a que el valor de dureza está determinado por la resistencia a la deformación plástica inicial y la resistencia a la deformación plástica continua, cuanto mayor sea la resistencia del material, mayor será la resistencia a la deformación plástica y mayor será el valor de dureza.