Хрупкое разрушение алюминия
Польза низкого модуля упругости
Известно, что низкий модуль упругости алюминиевых сплавов является преимуществом, например, перед сталью, когда конструкция подвергается ударным нагрузкам. Конструкционный элемент из алюминиевого сплава будет поглощать в три раза больше упругой энергии, чем стальной элемент с таким же моментом инерции и пределом прочности.
Хрупкое разрушение
Под хрупким разрушением понимают тенденцию материалов проявлять быстрое распространение трещины без заметной пластической деформации. Информация об этом типе разрушения является жизненно необходимой для проектирования конструкций, которые работают под воздействием значительных напряжений и заключают в себе большое количество упругой энергии, когда быстрое разрушение может быть катастрофическим.
Ударная вязкость алюминия по Шарпи и Изоду
Данные по поглощению энергии из ударных испытаний надрезанных образцов по Шарпи или Изоду, как и для других металлов, нельзя прямо использовать в конструировании.
Ударные испытания по Шарпи и Изоду широко применяются для определения температуры хрупкого перехода сталей, особенно для ферритных сталей. Температура хрупкого перехода – это температура, при которой сплавы начинают проявлять характеристики хрупкого разрушения. Однако эти испытания обычно не подходят для алюминия и его сплавов, так как, в отличие от сталей, они не проявляют хрупкого перехода. Более того, результаты ударных испытаний надрезанных образцов из алюминиевых сплавов почти не зависят от температуры в интервале температур от комнатной до -270 °С. Мало того, большинство деформируемых сплавов настолько вязки, что испытательные образцы вообще не разрушаются. Поэтому из этих испытаний трудно получить какую-то полезную информацию для конкретного проектирования.
Вязкость разрушения алюминия
Известный метод испытаний вязкости разрушения с определением коэффициента интенсивности напряжения связывает прочность хрупкого разрушения материала с размером дефекта или трещины. Вязкость разрушения рассматривается как сопротивление материала неустойчивому росту трещины при упругих напряжениях или непластическому разрушению любого типа.
Испытание на вязкость разрушения требует инициации в образце трещины заданной длины или ее выращивание при усталостном нагружении. Образец и схема его нагружения при определении вязкости разрушения показан на рисунке 1.
Образец для испытания на вязкость разрушения КIc
Рисунок 1
Отношение между коэффициентом интенсивности напряжения К, однородным напряжением σа и длиной трещины 2а задается в виде соотношения K = Ϭa (2πa)1/2. Коэффициент интенсивности напряжений К (в начале неустойчивого роста трещины) уменьшается с увеличением толщины образца и достигает минимальной величины, которую называют КIc– критический упругий коэффициент интенсивности напряжений или вязкость разрушения при плоской деформации. Величина КIcявляется аналогом предела текучести, так как это – минимальная интенсивность напряжений, при которой может начинаться хрупкое разрушение при данной температуре и при достаточной толщине образца или изделия для обеспечения условия плоского деформационного состояния.
Однако этот подход не подходит для сплавов с высокой пластичностью, так как они не показывают быстрого распространения трещины в упругих условиях. Поэтому применение этого подхода обычно ограничено высокопрочными термически упрочненными сплавами.
Испытание на разрыв по Кану
В международной практике для оценки влияния на характеристики вязкости алюминиевых сплавов их химического состава, технологии изготовления, состояния и т.п. широко применяется испытание на разрыв по методу Кана (Kahn). Преимущество этого метода в том, что с его помощью непосредственно измеряют количество энергии, которое необходимо для распространения трещины, даже для самых вязких алюминиевых сплавов. Кроме того, этот метод не требует таких «толстых» образцов, как метод определения вязкости разрушения КIc , и поэтому подходит для большего количества видов изделий.
При этом испытании энергия, которая требуется для зарождения и роста трещины в испытательном образце специальной формы, вычисляется по соответствующим площадям под кривой растяжения (рисунки 2 и 3).
Энергия, которая потребовалась для роста трещины, делится на площадь рабочего поперечного сечения образца и называется «удельной энергией роста трещины». Она представляет собой меру сопротивления разрыва трещины и косвенно – меру вязкости разрушения.
Рисунок 2
Рисунок 3
Удельная энергия роста трещины может быть прямо связана со скоростью высвобождения энергии деформации, что совпадает с подходом механики разрушения и поэтому дает реалистичную меру сопротивления быстрому росту трещины. Установлено, что удельная энергия распространения трещины удовлетворительно коррелирует со значениями КI и KIc.
Способность сопротивляться росту трещин остается высокой для большинства алюминиевых сплавов даже при очень низких температурах, а в случае сплава 6061 (АД33) даже значительно возрастает (рисунок 4). Для большинства алюминиевых сплавов способность деформироваться пластически и сопротивляться росту трещин настолько велика, что неустойчивый рост трещины в упруго напряженном материале, то есть хрупкое разрушение, просто невозможен.
Рисунок 4
Вязкость надреза
Удобным способом представления вязкости сплава считается вычисление так называемой «вязкости надреза»: отношения прочности при растяжении образца с надрезом к пределу текучести образца без надреза. Вязкость надреза большинства алюминиевых сплавов остается постоянной вплоть до криогенных температур, за исключением высокопрочных сплавов серии 7ххх, как это видно на рисунке 5 для сплава 7075.
Рисунок 5
Источник: TALAT 1501
Насколько прочен алюминий (податлив, хрупок или пластичен?) —
By АКШИТА МАПАРИ
Алюминий используется для различных целей в производстве, строительстве и посуде. В этой статье мы подробно обсудим прочность и жесткость алюминия.
Алюминий в чистом виде не прочен, но алюминиевые сплавы увеличить его силу. Он легкий и гибкий. Плотность пустот алюминия составляет 1013-1014 пустот/см3 что делает его гибким. предел прочности алюминия в чистом виде составляет 90 МПа.
Это хорошо коррозия удельное сопротивление наряду с хорошей проводимостью.
Алюминий имеет хорошую проводимость благодаря валентным электронам на внешней оболочке. Далее мы обсудим различные свойства алюминия, его пластичность, хрупкость и ковкость, а также сравним его пластичность с такими металлами, как сталь и латунь. Мы также обсудим, является ли медь более ковкой, чем алюминий, или нет.
Пластичен ли алюминий?Пластичность металла определяет его жесткость и способность деформироваться без снижения прочности. Давайте обсудим, является ли алюминий пластичным или нет.
Алюминий пластичный из-за низкой плотности металла, поэтому из него можно вытянуть тонкую проволоку. Плотность алюминия составляет около 2.7 г/см.3 с большим пустым пространством, что делает его гибким, чтобы растягиваться в любую форму. Из-за пластичности алюминия он имеет низкую температуру плавления и может быть отлит в различные формы.
а.
Пластичен ли алюминий при комнатной температуре?Алюминий пластичен при комнатной температуре и увеличивает свою прочность при низких температурах, но сохраняет свойство пластическая деформация и пластичность при растяжении. Увеличение жесткость алюминия при низких температурах происходит из-за сжатия пустот между молекулами алюминия при низких температурах.
б. Сталь более пластична, чем алюминий?Сталь не более пластична, чем алюминий, потому что прочность стали выше, чем у алюминия. Сталь представляет собой сплав железа и углерода с плотностью 8.05 г/см.3 таким образом, пустоты в стали заполняются атомами переменного размера, что увеличивает ее жесткость. Пластичность алюминия почти на 50% выше, чем у стали.
в. Латунь более пластична, чем алюминий?Латунь не более пластична, чем алюминий, потому что латунь имеет более компактную структуру, чем алюминий, а алюминий мягок.
Плотность латуни 8.4 г/см3 что даже выше, чем у стали, и, таким образом, жесткость латуни высока. На Шкала Мооса твердости значение твердости Al составляет 2.5, а у латуни — 3.
Металл называется хрупким, если он твердый, хрупкий и легко ломается. Давайте обсудим, является ли алюминий хрупким и может ли он легко сломаться.
Алюминий не ломкий потому что он мягкий и гибкий. Его можно формовать, и он обладает свойством пластической деформации, поэтому шансы сломать алюминий малы, и он не может легко разбиться. Металлический алюминий состоит из атомов одного размера, что позволяет атомам легко скользить и проходить через широкие пустоты.
Изображение Фото: алюминиевая фольга by Мартин Тома (CC BY-SA 3.0)Податлив ли алюминий?Металл называется ковким, если он может быть деформирован из своей первоначальной формы навсегда без развития скола или разрушения. Посмотрим, податлив ли алюминий.
Алюминий податливый благодаря своей гибкости и пластичность. Ему можно придать любую форму без потери твердости, жесткости и жесткости. Однако во время процесса не образуется плоскость трещины или ослабления. Он не сохраняет эластичности и, следовательно, при деформации не восстанавливает свою первоначальную форму.
а. Податлив ли алюминий при комнатной температуре?Алюминий пластичен при комнатной температуре, потому что он сохраняет свойство гибкости даже при комнатной температуре. Алюминий становится мягче при более высоких температурах, что повышает его пластичность. Он теряет свою прочность и жесткость при высоких температурах. Пластичность алюминия напрямую зависит от температуры.
б. Медь более пластична, чем алюминий?Медь не более ковкая, чем алюминий, потому что медь более жесткая, чем алюминий. Плотность меди 8.92 г/см3 что намного выше, чем у алюминия. Алюминий — легкий и мягкий металл с большей пластичностью, чем у меди, что делает его более податливым, чем медь.
Из этой статьи можно сделать вывод, что алюминий не самый прочный металл и имеет малую плотность. Он гибкий, пластичный и податливый из-за наличия пустот и увеличивается с температурой. Добавление примесей увеличивает его жесткость и компактность, повышая его прочность и жесткость.
Насколько прочен алюминий (ковкий, хрупкий или пластичный?) —
Автор: AKSHITA MAPARI
Алюминий используется для различных целей в производстве, строительстве и изготовлении посуды. В этой статье мы подробно обсудим прочность и жесткость алюминия.
Алюминий непрочен в чистом виде, но алюминиевые сплавы повышают его прочность. Он легкий и гибкий. Плотность пустот алюминия 10 13 -10 14 пустот/см 3 что делает его гибким. Предел прочности алюминия в чистом виде составляет 90 МПа. Обладает хорошей коррозионной стойкостью наряду с хорошей проводимостью.
Алюминий обладает хорошей проводимостью благодаря валентным электронам во внешней оболочке.
Далее мы обсудим различные свойства алюминия, его пластичность, хрупкость и ковкость, а также сравним его пластичность с такими металлами, как сталь и латунь. Мы также обсудим, является ли медь более ковкой, чем алюминий, или нет.
Пластичность металла определяет его жесткость и способность деформироваться без снижения прочности. Давайте обсудим, является ли алюминий пластичным или нет.
Алюминий пластичен из-за низкой плотности металла, поэтому из него можно вытягивать тонкую проволоку. Плотность алюминия составляет около 2,7 г/см 3 с большим пустым пространством, что делает его гибким для растягивания в любую форму. Из-за пластичности алюминия он имеет низкую температуру плавления и может быть отлит в различные формы.
а. Пластичен ли алюминий при комнатной температуре? Алюминий пластичен при комнатной температуре и увеличивает свою прочность при низких температурах, но сохраняет свойство пластической деформации и пластичности при растяжении.
Увеличение жесткости алюминия при низких температурах связано с сокращением пустот между молекулами алюминия при низких температурах.
Сталь не более пластична, чем алюминий, потому что прочность стали выше, чем у алюминия. Сталь представляет собой сплав железа и углерода с плотностью 8,05 г/см 9 .0008 3 Таким образом, пустоты в стали заполняются атомами переменного размера, что увеличивает ее жесткость. Пластичность алюминия почти на 50% выше, чем у стали.
в. Латунь более пластична, чем алюминий?Латунь не более пластична, чем алюминий, потому что латунь имеет более компактную структуру, чем алюминий, а алюминий мягок. Плотность латуни составляет 8,4 г/см 3 , что даже выше, чем у стали, поэтому жесткость латуни высокая. По шкале твердости Мооса значение твердости алюминия составляет 2,5, а латуни — 3,9.0014
Является ли алюминий хрупким? Металл считается хрупким, если он твердый, хрупкий и легко ломается.
Давайте обсудим, является ли алюминий хрупким и может ли он легко сломаться.
Алюминий не хрупкий, потому что он мягкий и гибкий. Его можно формовать, и он обладает свойством пластической деформации, поэтому шансы сломать алюминий малы, и он не может легко разбиться. Металлический алюминий состоит из атомов одного размера, что позволяет атомам легко скользить и проходить через широкие пустоты.
Изображение предоставлено: Алюминиевая фольга от MartinThoma (CC BY-SA 3.0) Податлив ли алюминий?Металл считается ковким, если он может быть деформирован из своей первоначальной формы без образования расщепления или разрушения. Посмотрим, податлив ли алюминий.
Алюминий податлив благодаря своей гибкости и пластичности. Ему можно придать любую форму без потери твердости, жесткости и жесткости. Однако во время процесса не образуется плоскость трещины или ослабления. Он не сохраняет эластичности и, следовательно, при деформации не восстанавливает свою первоначальную форму.
Алюминий пластичен при комнатной температуре, поскольку он сохраняет свойство гибкости даже при комнатной температуре. Алюминий становится мягче при более высоких температурах, что повышает его пластичность. Он теряет свою прочность и жесткость при высоких температурах. Пластичность алюминия напрямую зависит от температуры.
б. Медь более пластична, чем алюминий?Медь не более ковкая, чем алюминий, потому что медь более жесткая, чем алюминий. Плотность меди составляет 8,92 г/см 3 , что намного выше, чем у алюминия. Алюминий — легкий и мягкий металл с большей пластичностью, чем у меди, что делает его более податливым, чем медь.
Заключение Из этой статьи можно сделать вывод, что алюминий не самый прочный металл и имеет низкую плотность. Он гибкий, пластичный и податливый из-за наличия пустот и увеличивается с температурой.
Добавление примесей увеличивает его жесткость и компактность, повышая его прочность и жесткость.
Хрупкое разрушение алюминия
Использование низкого модуля упругости
Известно, что низкий модуль упругости алюминиевых сплавов является преимуществом, например, перед сталью, когда конструкция подвергается ударным нагрузкам. Конструктивный элемент из алюминиевого сплава будет поглощать в три раза больше упругой энергии, чем стальной элемент с такой же инерцией и прочностью на растяжение.
хрупкое разрушение
При хрупком разрушении материалы проявляют тенденцию к быстрому распространению трещины без значительной пластической деформации. Информация об этом типе разрушения жизненно важна для проектирования конструкций, работающих в условиях значительных напряжений и подверженных большому количеству упругой энергии, когда быстрое разрушение может иметь катастрофические последствия.
Ударный алюминий по Шарпи и Изоду
Данные по поглощению энергии ударных испытаний образцов с надрезом по Шарпи или Изоду, как и для других металлов, не могут быть непосредственно использованы в конструкции.
Испытание на удар по Шарпи и по Изоду широко применяют для определения температуры хрупкого перехода стали, особенно для ферритных сталей. Температура хрупкого перехода – температура, при которой сплавы начинают проявлять признаки хрупкого разрушения. Однако эти испытания обычно не подходят для алюминия и его сплавов, так как в отличие от стали они не проявляют хрупкого перехода. Причем надрезанные ударные образцы из алюминиевого сплава практически не зависят от температуры в интервале температур от комнатной до -270°С. Мало, в большинстве деформируемых сплавов таких сопряжений, что испытуемые образцы не ломаются. Поэтому из этих тестов сложно получить какую-то полезную информацию для той или иной конструкции.
Вязкость алюминия при разрушении
Известный метод определения вязкости разрушения при испытаниях Коэффициент интенсивности напряжений связывает прочность материала при хрупком разрушении с размером дефекта или трещины. Вязкость разрушения рассматривается как сопротивление материала нестабильному росту трещин при упругом растяжении или любом типе непластического разрушения.
Испытание на вязкость разрушения требует, чтобы образец инициировал трещину или трещину заданной длины при его выращивании под усталостной нагрузкой. Образец и схема его нагружения при определении трещиностойкости представлены на рис. 1.
Вязкость разрушения образца ТО I c
= Ϭ a (2Pia) 1/2 . Коэффициент интенсивности напряжений К (в начале неустойчивого роста трещины) уменьшается с увеличением толщины образца и достигает минимального значения, которое относилось к I c — критический коэффициент интенсивности упругих напряжений или плоскостная деформация вязкости разрушения. Значение K I c Является аналогом предела текучести, так как это — минимальная интенсивность напряжения, при которой возможно начало хрупкого разрушения при заданной температуре и достаточной толщине образца или изделия для плоскости условия напряженного состояния. Однако этот подход не подходит для сплавов с высокой пластичностью, так как в них не наблюдается быстрого распространения трещин в упругих условиях.
Поэтому такой подход обычно ограничивается термически упрочненными высокопрочными сплавами.
Испытание на растяжение по Кану
В международной практике для оценки влияния на вязкостные характеристики алюминиевых сплавов химического состава, технологии изготовления, состояния и т.п. широко используется испытание на растяжение по Кану. Преимущество этого метода в том, что с его помощью непосредственно измеряют количество энергии, необходимой для распространения трещин даже для самых вязких алюминиевых сплавов. При этом данный метод не требует таких «толстых» образцов, как метод определения трещиностойкости К I c , и поэтому подходит для большего количества видов продукции.
В этом испытании энергия, необходимая для зарождения и роста трещины в образце специальной формы, рассчитывается по соответствующим площадям под кривой растяжения (рис. 2 и 3). Энергия, которая требуется для роста трещины, делится на площадь рабочего сечения образца и называется «плотностью энергии роста трещины».
Это мера сопротивления разрушению и трещинообразованию, косвенно — мера вязкости разрушения.
Рисунок 2
Рисунок 3
Удельная энергия роста трещины может быть напрямую связана со скоростью высвобождения энергии деформации, что совпадает с подходом механики разрушения и, следовательно, обеспечивает реалистичную меру сопротивления быстрому росту трещины. Установлено, что удельная энергия распространения трещины удовлетворительно коррелирует со значениями K I и K Ic.
Способность противостоять росту трещин по-прежнему высока для большинства алюминиевых сплавов даже при очень низких температурах, а в случае сплава 6061 (АД33) даже значительно возрастает (рис. 4). Для большинства алюминиевых сплавов способность пластически деформироваться и сопротивляться росту трещин настолько велика, что неустойчивый рост трещин в упруго деформированном материале, т. е. хрупкое разрушение, просто невозможен.
Рисунок 4
Вязкость надреза
Удобным способом представления ударной вязкости сплава является расчет так называемой «вязкости надреза»: отношение предела прочности на растяжение образца с надрезом к пределу текучести экземпляр без надрезов.