Том 1. Прочность (1041446), страница 32
Текст из файла (страница 32)
табл. 4.6). При й/ = = 5 10в и г = 0,4 при преобладающем сжатии о, = 148 МПа (табл. 4,9). При й/ = 0,2 10а (табл. 4,10) коэффициент ь" = 1,7, поэтому предел ограниченной выносливости огог = 148 1,7 =- 252 МПа. Допускаемое йапряжение в основном металле при а = 1,6 [о1, = 252/1,6 =- 158 МПа. Напряжения в уголке (площадь сечения Р = 19,6 с)иа) от усилия Р о = Р/Р = 0,25/0,00196 = 127,5 МПа.
Так как и ( [о1; то прочность уголка обеспечена, 158 ГЛАВА 5 ВЛИЯНИЕ НИЗКИХ ТЕМПЕРАТУР НА СВОЙСТВА СВАРНЫХ СОЕДИНЕНИЙ $1. Изменение свойств металлов при понижении температуры Рис. 5.!. Зависимость модуля упругости Е различных металлов от температуры Об изменении свойств металлов при понижении температуры обычно судят, ориентируясь па их свойства при комнатных температурах (18 — 20 "С). Следует различать поведение металлов, установленное на гладких образцах и при статическом нагру>кении (предел текучести ооа предел прочности о„, истинное разрушающее напряжение о„, относительное удлинение О, попе- Е./0 ~ ///70 речное сужение ф), и поведение металлов при испытании образцов с надрезами при статическом или ударном нагружении.
У подавляющего А/0 большинства металлов при понижении температуры предел прочности, предел текучести, твердость увеличива- Ф 0Г///~А ются, и, казалось бы, эти изменения свойств могут быть ,Г/0/уд использованы для назначения более высоких допускаемых напряжений и облегчения конструкций.
Однако это /4 удается сделать редко. Во- ВТ6 первых, многие конструкции эксплуатируются как при 7~' низких, так и при повышен- В00 ных температурах, что застав- 7 А1 ляет ориентироваться на бо- А/0 лее низкие значения сто,, и ов. Во-вторых, почти во всех деталях и конструкциях имеется концентрация напряже- 0 ний,а при понижении температуры чувствительность многих металлов к надрезам резко возрастает. На первый план выступает сопротивляемость хрупким разрушениям. Лишь в отдельных случаях, когда максимальные рабочие нагрузки действуют только при низких температурах, а металл при этом нечувствителен к концентрации напряжений, удается повышать допускаемые напряжения. Такие примеры известны в криогенной технике.
Характер изменения свойств металлов при понижении температуры зависит от многих факторов — вида кристаллической решетки, гг) б, /Ч77гг 2ООО 4 о', г'"ггга 2000 7000 0,% 00 гг00 Ю,% гО г00 тк О 0 200 'К 20 77 100 г) о,Л77а' ХОО 20 77 700 О) ~,7ЧПО 750 ЗОО Х'4 гО Г,% гг0 700. г0 77 700 гао 7, к гО 77 700 г00 к О Рис. 5.2. Прочность и пластичность при низких температурах коррозионно- стойких сталей (а), титановых (б), алюминиевых (а) и магниевых (е) сплавов химического состава, величины зерна, термической обработки— и проявляется по-разному в зависимости от условий нагружения и напряженного состояния. Модуль упругости слабо повышается (рис.
5.1). Изменение о„, о„и б, различных металлов показано на рис. 5.2. Наиболее сильные изменения о„и а02 характерны для коррозионностойких сталей и титановых сплавов (рис. 5.2, а, б). У металлов и сплавов с гранецентрированной кубической решеткой (7-Ре, А1, Си) с понижением температуры предел текучести по сравнению с пределом прочности повышается незначительно— они относятся к хладостойким. Пластичность и ударная вязкость у них почти не меняются. У металлов и сплавов с объемноцентрированной кубической решеткой (сг-Ре, Сг) предел текучести повышается значительно сильнее, чем предел прочности, пла- ай2~7п'гга стичность заметно понижается — они относятся к хладноломким.
Изменение предела текучести у сталей зависит от его уровня при ком- 4,0 натных температурах. Чем ниже предел текучести при 20 'С, тем сильнее он изменяется при понижении темпе- 2' ратуры (рис. 5.3). У Отметим егце ряд особенностей в изменении свойств металлов при понижении температуры.
1. Пластичность обычно 5 уменьшается. Более резко— у конструкционных углеродистых и низколегированных сталей. Слабее — у других 5 металлов. В некоторых случаях происходит увеличение пластичности (у ряда алюминиевых и медных сплавов). 2, Сопротивление усталости при переменных нагруз- 50 77 700 200 ках в большинстве случаев рис. 5.3. Зависимость ат /020 от темпе- о,а о,а возрастает . ратуры: 3. Чувствительность к КОНцЕНтрацИИ НаПряжЕНИй + 400 "Миа; а — О-о,, = 600 — ' 750 МПа; 4 при острых надрезах возра- — о„- „=- !000 —; !200 мпа; 5 — о„-'о = г400 —- стает, а ударная вязкость (работа разрушения) уменьшается наиболее заметно у железа, углеродистых и низколегированных сталей невысокой прочности, которые имеют резко выраженную область температур перехода от вязкого к хрупкому разрушению.
Понятие хрупкого разрушения в первую очередь. следует связывать с энергоемкостью распростран е н и я р а з р у ш е н и я, т. е. с глубиной зоньг пластических деформаций, возникающей при прохождении трещаног, и значением пластической деформации у поверхности разрушения. При 161 160 6 г. А. николаев и др. значительной пластической деформации, возникающеи как на пои так и в гл бине, поверхность разрушения волокнис- ии или к айне малом тая. При отсутствии пластическои деформации р " ее значен ии поверхность излома кристаллическая. ность кото ых К азрргггениям относят такие, поверхно Р К вязким р имеет полностью волокнистый излом.
К хруп с р ргг х ггким аз гггвнаялг з .шения с кристаллической поверхностью излома. П омежуточное положение занимают полдхргг р ру ггкие аз ии нил, Промежуточное у которых часть поверхности о а~он имеет кристаллический, а часть поверхности — волокнистый изаср я лом. Понижение температуры, он увеличение скорости нагруже! ния, увеличение концентрации ! !во в напряжений способствуют переходу от вязких форм Разрушения к хрупким. -т,'С ! ! +т,'с Высокая. Работоспособ ость т т о многих деталей машин, свархд к~г г I ных соединении и элементов Рнс.
5.4. Характер изменения доли струкций при по- площади с волокпнстым излом мом В сварных кон (~4) Работы РазРУшеннв ая, предела ниженных темпеРатУРах Решаю- текучести о н среднего РазРУшагощего щим образом зависит от их спон'пР" енин "' ' """'"мости от собности сопротивляться хруп- температуры нспытан я для ннз п очных сталей Р нако, отметить, что для многих материалов даже комнатные температуры могут быть областью их хрупкого поведени едения и лишь при повышенных температурах разрушения становятся вязкими. Рассмотрим основные методы оценки свойств металлов при изменении температуры в связи с возможным ру более распространенным и простым методом оценки изменения ть.
П и этом испы- в является испытание на ударную вязкос . р своист а ной аботы азтании выя я выявляется как абсолютныи уровень уд р р р ст оты рушения а„, котор рый довольно сильно зависит от типа и о р надреза, так и характер разрушения — вязкий или хрупкий (рис. 5.4). Чем острее надрез, крупнее зерно, больше размеры образца и выше скорость нагру агружения, тем правее и ниже располагается . Так же смещается и кривая В. Принято определять так кривая ая. ак ж называемую первую критическую температуру „р„при к площад .
50 ~У адь волокнистого излома составляет 50 ',4. Для деталей, в которых возможно присутствие трещин дру- или гих трещипоподо ных фс б дефектов проводят сериальные испытания * * Сернальные испытания предусматривают о р д . и е еленне свойств металла в некотором интервале изменения какого-либо пара- остаточно мелким шагом его изменения; сернальные темп ра уо пе ат ные нспытания проводят обычно с шагом вую изменения исследуемой характеристики. 162 образцов металла для определения Кг, (К,), бг', (6,) или б,'.
Характер изменения кривых Кг„бг„б, сходен с кривой ая на рис. 5.4. По расположению экспериментальных точек судят о безопасных уровнях напряжений и области температур эксплуатации. Для конкретных деталей или узлов может быть путем испытаний определена так называемая вторая критическая температура Т„р, (рис. 5.4), при которой среднее разрушающее напряжение образца или конкретной детали а,р становится равным пределу текучести металла при этой температуре. Величина Т„р, может быть различной в зависимости от коэффициента концентрации напряжений в детали, характера приложения нагрузок, среды, наличия собственных напряжений.
В некоторых случаях Т„р, ~ Тяр„например, при расположении концентраторов напряжений в зонах пониженной вязкости металла (в местах закалки при сварке, деформационного старения металла, плохой защиты). Разрушение при о,р„~ о', может произойти в пределах хрупкой зоны при температуре, при которой трещина в основном металле может распространяться дальше, только как вязкая. В связи с возможностью распространения трещин в металле на значительные расстояния, что важно для таких конструкций, как трубопроводы, корпуса кораблей, определяют также удельную работу динамического (быстрого) распространения трещины 6,, в листовом металле.
Обычно для этих целей используют крупные образцы, позволяющие, во-первых, образоваться у острия трещины такому размеру зоны пластических деформаций, который характерен для реальной кенструкции, и, во-вторых, подвести значительную энергию к концу трещины, чтобы имитировать условия разрушения конструкции с большой накопленной потенциальной энергией. Характер кривой 6,, при этом сходен с а„на рис. 5.4, но кривая 6,, располагается заметно правее. При этих испытаниях одновременно можно получить результаты для построения кривой В. Существуют специальные методы для определения температур торможения движущихся трещин (при более низких температурах в ответственных конструкциях металл применять нельзя). В частности, метод Робертсона предусматривает испытание листовых образцов (рис.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
