Повышение прочностной надежности транспортных дизелей (1025560), страница 11
Текст из файла (страница 11)
Для чугуна с абсолютной температурой плавления Т^ к 1473е'К это соответствуетгомологическим температурам в диапазоне67ут» 0,4-0,5. Указанному уровню гомологических температур отвечает степеннаязависимость деформаций ползучести от времени с показателем степени п = 1/ч (так'3называемая, ползучесть Андраде [100]), что соответствует а =2 в зависимостях2.20 и 2.21. Для определения коэффициентов Ъ, А далее будут использованы экспериментальные данные.Исходя из зависимости 2.20 получим уравнение кривых релаксации напряжений.
При релаксации напряжений полная деформация во времени не меняется иравна начальному значению. Поскольку, в начальный момент времени справедливзакон Гука, будем иметь:а(0)е =е (0) = ^2.22,^ ) =Г + Г = ^ +ГЕЕ2.23Дифференцируя 2.23, получим:* ' = ~ ^ЕЖПосле подстановки 2.23 в 2.20, получаем:-2dvEdt*(0)-i2.24аbAe2.25Проинтегрируем полученное уравнение с учетом начальных условий: при/=0а=а(0).В результате получим:t--где\[&{о)-а\е»do=-^e4АЕ> I1- ч 'АЕ>~а=а (О)-а_wье%а-\)2+{\-2е-*)\,относительные напряжения.2.2668Для определения коэффициентов Ъ,А воспользуемся данными испытаний релаксационной стойкости чугунов при сжатии [4], которые представлены нарис.2 Л.
После обработки эксперементальных данных, получено:при Г=350°С Ъ =20МПа; А = 1,34е-21 V*''/час'*''/час;при/;^ Г=400°С 6 = 25МПа;' 4 = 8,03е-19'/час'при 7=450° С 6 = 30МПа; Л = 7,44е-15 V .Таким образом, коэффициент Ъ практически линейно зависит от температурыТ, в то время как зависимость коэффициента А от \1С) близка к показательной.Полученные результаты хорошо согласуются с данными [98], согласно которымкоэффициенты а,Ь не зависят или слабо зависят от температуры, а коэффициентА~ ехр\^- j/j.).На рис. 2.1 представлено сопоставление теоретических кривых релаксациинапряжений, построенных по формуле 2.26 в полулогарифмической системе координат, с данными эксперимента, представленных на рисунке точками. Сопоставление показывает хорошее соответствие теоретических и экспериментальных данных, особенно в области установившейся ползучести (релаксации напряжений).Рассмотрим схему циклического неупругого деформирования материала спомощью диаграммы а-е и проследим при этом поведение поверхности нагружения (текучести).
Поскольку в качестве критерия текучести в теории принят критерий Мизеса, поверхность нагружения в пространстве главных напряжений (притрехмерном напряженном состоянии) будет представлять собой цилиндр с образующей, параллельной гидростатической оси. В сечении, перпендикулярном гидростатической оси будем иметь окружность.69а. МТТл450-1301,1г*-110;"'|Г390II3"03503303102902"0(.час2500 001to01нюо1ЙП0П0о. М П »450430•J410390"•и•I!*'\, A3"0350330i .3102902"0i! |,250230.••к210...i •\ >i1900.0001Г.час0.0110010000Рис.
2.1. Линии релаксационной стойкости высокопрочного чугуна (ВПЧ-НМ)1- Т=350°С , <т(о)=450 МПа;2-Т=350°С , а(о)=410 МПа;3-Т=400°С , <т(0) =410 МПа;4-Т=450° С , <т(0)=445 МПа;5-Т=450°С, о-(0)=415 МПа.70Для изначально изотропного недеформированного материала центр окружности будет проходить через начало координат. Пересечение окружности с координатными осями есть предел текучести материала. При температурном нагружениикрышки цилиндра возможны два механизма неупругого деформирования материала. В наиболее напряженных зонах крышки, после превышения условного предела текучести материала (точка А на рис.
2.2.) происходит деформационное упрочнение материала в области сжатия. Упрочнение достигается за счет снижениярасполагаемой пластичности материала. Материал деформируется в соответствиис начальной кривой деформирования, характерной для температуры Т 2 (T2>Ti),при сжатии. При максимальной температуре цикла напряжения сжатия в конечнойточке достигают максимального значения (точка Е) после чего могут иметь местолибо разгрузка (охлаждение), либо выдержка по времени при Т т а х . В случае охлаждения без температурной выдержки разгрузка происходит по лини практическипараллельной линии первоначального нагружения (отрезку ОА). В точке Fнапряжения равны нулю, остаточная деформация равна максимально достигнутойпри нагружении пластической деформации.
При жестком нагружении, котороеимеет место в перемычках крышки, разгрузка осуществляется до деформаций,соответствующих деформациям в начале нагружения (в данном случае нулевым,)то есть разгрузка происходит до пересечения с осью напряжений. При этомпоявляются остаточные напряжения растяжения. Линейный закон разгрузкисохраняется до точки G, которая соответствуетматериалапри растяжении. Всоответствииновому пределутекучестис кинематическим правиломупрочнения материал разупрочнился в области растяжения настолько же,насколько упрочнился при первоначальном сжатии.
Поведение материала запределами точки G описывается кривой деформирования (при растяжении) принормальной температуре.71На рис. 2.3. приведено поведение поверхности текучести для этого случая.Деформационное упрочнение при сжатии соответствует движению поверхноститекучести в направлении развития пластических деформаций. При этом новымпределом текучести при сжатии будет точка Е. Поверхность не изменяет своейформы, происходит смещение её центра в положение О'. Образуется новаяповерхность, ограничивающая область упругого поведения материала, при этомрасстояние АЕ равно смещению точки G от положения первоначальнойповерхности текучести и равно расстоянию ОО'.В действительном температурном цикле в точке Е как правило имеет местовыдержка (различной длительности) по времени, при этом происходит релаксация(падение) сжимающих напряжений.
На схеме (рис 2.2.), напряжения падают напроизвольную величину Е-Е'. После выдержки разгрузка (E'-G') происходит такжепараллельно линии начального нагружения. Упругий закон разгрузки, как и вслучае отсутствия выдержки по времени, будет происходить до точки G'.Релаксация напряжений снимает достигнутое при сжатии упрочнение, снижая,таким образом, предел текучести материала при последующих нагружениях. Каквидно, релаксация напряжений в высокотемпературной части цикла приводит кдополнительному росту остаточных напряжений растяжения.На рис.
2.3. релаксация сопровождается перемещением точки Е в точку Е'.При этомсмещаетсяи центр поверхноститекучестис одновременнымуменьшением её радиуса.На рис. 2.2. показан циклический предел текучести S-f=2ax (соответствующийлинии EG), который характеризует область упругого поведения материала и является, по сути, диаметром поверхности текучести. Циклическим его называют последующим соображениям: каждый раз помещая начало координат в конечнуюточкунагружения(например, точкуЕ) вместоразгрузкикак бы вновьпредполагают нагружение.
Таким образом, нагружение осуществляется по исход-72ной кривой деформирования с новым пределом текучести. Величина удвоенногоначального предела текучести подтверждена экспериментально для широкойгруппы конструкционных материалов, в том числе для чугунов. Релаксация напряжений, как видно из рис. 2.3., приводит к сужению области упругого деформирования материала (поверхность текучести, изображенная пунктиром соответствует линии E'G' на рис.
2.2.Как видно из рис. 2.2. и 2.3. напряжения при остывании превышают пределтекучести материала при растяжении. Такой механизм характеризуется быстрымисчерпаниемпрочностныхсвойствматериала,посколькурасполагаемаяпластичность расходуется как в полуцикле сжатия, так и в полуцикле растяжения.Для чугунов это состояние особенно опасно ввиду невысоких показателей попластичности. Механизм разрушения чугунной конструкции в этих условияхбудет иметь квазистатический характер с накоплением напряжений растяженияблизких к пределу прочности материала.
Вследствие этого высоких показателейпо циклической прочности конструкции в этих условиях добиться невозможно.К крышке цилиндра среднеоборотного дизеля предъявляютсяжесткиетребования по долговечности, поскольку крышка должна безотказно работать втечение всего срока службы дизеля. Число циклов полных теплосмен при этомможет достигать 30000 циклов и выше (в зависимости от назначения дизеля). Всвязи с этим можно говорить, что рассмотренный механизм деформированиянедопустим, поскольку число циклов до разрушения при этом будет на несколькопорядков меньше требуемого.Рассмотрим механизм циклического деформирования (при Т]) при которомостаточные напряжения после первого цикла не превышают предела текучести.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
