Писаренко Г.С. Сопротивление материалов (1075902), страница 19
Текст из файла (страница 19)
! мерность распределения напряжений из-за ко$?пентрации сохраняется на Всех стадиях наГруже$$ия и $»ри статических нагрузках. В местах дейсп?$?я максимальных напряжений $?ачн$?зе$ся разрушенпе ма- Р тсризлз (путем Обрззовз$?ия тре$ци$$). ОсобеннО $» ~ ц$$ чувствительна к конце$?тратора?»$ ззкзлейная сталь н тем больше, чем выше ее характеристики проч- насти. Эффект??вны?$ коэ(Иицие$$Т конценграции напряжений для хрупких одьородиых материалов весьма близок к теоретическому. Следовательно, для хрупкого материала в расчетах на прочность при стзтнческпх БВГрузках мОжнО пользоваться теоретическими коэффициентами концентрзц$?й $?апряжений.
б ЗЗ. ВЛИЯНИИ МЗЛНЧНЫХ ФЗИТО$ С?В Н3 МВХЗНИЧВСКИВ СВОЙСТВ К ММа Ии$ОВ $»$еха$?ические характеристики мзтер$$алов зависят от мног$?х факторов. На свойсгва металлов и сплавов су$цестве$?ное влияние Окззь?Бают химический сОстаВ, технОлоГия их ПОлуче$$ия, тер?»$ическая и механ$?ческая обработки, условия эксплуатации — температура, среда, хзрзкщ» БВГрузки $$ д В последййе $ Оды получйлй рззвйтйе йовые вйды технйкй: реактивная авиация, ракетная техника, атомные реакторы н др. Применяемые в них материалы подвергаются действию В сок??х температур, Высбких скоростей нзГружения, ЗГрессивных жидких и ГЗЗООбразных сред, рздиозкт$?нных, осОбенно не$?трон$?ых, про$$$?кз$ОЦ$$$х Облуче??ий.
ДЛЯ работы В этих услОВиях созДзют новые специальные сплавы и композиционные материалы. Ниже рзссь?атривается Влияние Некоторых факторов на механические характеристики наиболее важных в машиностроений материалов — сталей, чугуна, ал?оминия, различных сплавов. Влияние скорости деформаций. При увеличении скорости нарастзййя йагрузкй, й следовательйо скорос~~ ропз йапряженйя и деформации, Все материалы„находящиеся В пластическом состОЯ" йии, Обнаруживают общую тенденцию к увеличению сопротивляемости дефор мирова нию.
Чем выше скорость деформировани я, тем выше предел текучести и временное сопротйвление. Особенно сил~но завис~~ от скоростй йагружеййя мехзййческйе свойства пластмасс н других Органических материалов. У металлов влияние скорости нагружейня заметно проявляется лишь при значигельной разнице В скоростях. Сравпеийе результатов статических н дййзмйческйх испытаний малоуглеродистых сталей на растяжение при нормальной температуре (рис.
121) показывает следующее: 1) кривая 1 динамического растяжения лежйт выше крйВОЙ 2 статйческОГО растяжения; 2) максимум диаграммы для динамической Я нзГрузки смешается В сторону начала дйж рзммы» 3) временное сопротивление при динамической нагрузке повышжся, но меньше, чем предел текучести' » 6 4) модуль упругости при динамической навис- и1 грузке практически не изменяется, Влияние технологических фзктерав. Конструкционные стали, из которых изгоговляют элементы конструкций, можйо получйть отливкой нлн прокаткой» ковкой» штамповкой и волочением. Механические свойства стали одного и того же ~о~~~в~ весьма ~~льно изменяются В зависи~ост~ От способа ее получеййя й Обрзботкй. Прй отлйвке заго~овок возможйо обрззоваййе различных вйутренних дефектов в виде пустот, раковин и включений, снижающих прочность изготовленных из заготовок деталей.
В связи с этим требуется Яцзтельный контроль кзчест Вз таких деталей рентГенОВ- ским, ультразвуковым или каким-либо друГим сп(х.Обом. Прокатка делает сталь анизотропной. Прокатанная сталь имеет характерную структуру, у ~~~~рой ~ер~~, вытяйутые В направленин прокатки, образуют своего рода волокна. Механические свойства стали в направлении прокатки существенно отличаются от таков~х В направлений» перпендйкулярйом к ней. Образц~, Выр»~ззнные таким Образом, чтО их Ось совпзд»»ет с иапрзвлением прО- катки, оказываются более прочными, чем те из них, ось которых перпендикулярна к направлению прокатки. Предав ритва ьн 3 я Вытяжка В хОАОднОм сОстоя нйи зз предел текучести (наклей) очень сильно повышает предел текучести и прОчности, нО снижает Остаточное удлйиение пОсле рззрыВЗ.
Материал становится более упруГим и прочным, нО менее пластйч ным. Волочейие в холодном состоянии, представляющее собой вытяжк~ с Обжатием, еще сильнее влияет на механические свойства стали, Стальная провОЯОкз и стал ьиые ленты, пОлучюнные Волочениюму ВЕСЬМЗ ПРОЧНЫ, Токарная обработка, обработка поверхности роликами, обдувкз дрОбью, хромировзнию, никелирование, злитирОВзнне, азотиро Взние й друГие Виды пОВюрхностной Обработки могут Оказать сушественною Влияние нз прочность деталей, ОсобейиО рзботзкхцих при переменных напряжениях. Влияние термической Обработки. Закалка стали значйтельно ПО- вышаег юе твердость, предел текучести и предел прочности, но сильно снижает пластичность. Модуль упругости стали закалка практически не меняют Г.сли нужна ВысОкзя поверхностная твердость 6' З ганг~ н~Ь с сохранением других свойств стали, используют поверхностную закалку токами ВысокОЙ частоты.
Для мзлоуглюродистых сталей с этОЙ йелью применяют цемюнтай~~о — увеличение в повюрхйостйом слою уГлюродз — с послюду1Ощей ззкзлкОЙ. При этОм ззкзливается только науглероженный поверхностный слой, а осйовная часть материала сохраняют свойства малоуглюродистой стали. Для устранения наклюпз использукл' ОтжиГ. Чтобы Выровнять и улучшить структуру, 3 также улучшить механические сВОЙствз Стали, ПримейяЮТ НормалиэацИЮ. Подробйо ЭТИ Виды ТЕрмиЧЮСКОЙ Обработки рассматриваются В мюталловюдюнии, Влияние температуры.
Многие детали современных машин (например, паровых и Газовых турбин, реактивных двигателей и др-) работают при высоких температурах, достигающих 800 — ИЮО'С. Испытания показали, что ВГВ .НехйничВскию хщюеглфчитпдкй жюиилоз щщяяВВико узмеилюяся з иВибпмОйли Оп лиу1пюрйяцры. На ры. 122 ривюдены диаграммы напряжения углеродистой стали при рззлнчных температурах, 3 нз рис. 123 — Графики зависимости предела текучести, временного сопротивления и относительного удлинения при разрыве От температуры.
В интервале температур 150 — 250'С временное сопротивление достигает наибольшего значения, а относительное удлинение после разрыва— йзймюйьшего," сталь, как Говорят, стзйовится синюломкой. При более Высоких температурах прочность углеродистой стали быстро падает, поэтому Выше 350 — 400'С такую сталь ие применяют. При повышении температуры также существенно умень1пзется модуль упругости Е (рис.
124)у 3 комфнцнент Пуз(хона несколькО Возрастает. 7зк, при Возрастании температуры От КОмнатной ДО 50О С козффицнент Пуассона Вели" у чивается с О,28 до О,33. УГлеродистые стали при высоких температурах сильно окисляштся, на их поверхности образуетсЯ Окалина. В сВязи с зтнм применяют специальные жаростойкие и жзропрочные стали» содержащие различные легирующие добавки. Жаросиюйкмтыо назы- ~ »,б 4 ,В ~16 $щ Рис.
424 Вается сВОЙство материала противО- СТОЯТЬ ПРН ВЫСОКИХ ТЕМПЕРЗТ~ РЗХ ХИТ=СЙТ51 МНЧЕСКОМУ РЭЗРУЩЕНИ$О ПОВЕРХНОСТИ~ а зсарощючиосеью — способность со- Ф б' б ~ хранить при Высоких температурах 5 мехзническн6 свойсГВЗ. В нзстоящ66 4 ВР6МЯ СОЗДЗЯЫ СПЕЦИЗЛЬНЫЕ СПЛЗВЫ, .У Д ф» 3 также метэллОкерамические мате- 'а 1 ри., д раб ц е пр тем~а .Р перэтурах ДО ОООО С. Ф Ползучесть. При Высоких темпе- 'Ч, ратурэх существенное значение имеет б ЯВЛ6НИЕ УИЖЕ»С»ПИ М31 ЕРИЗЛОВ (КРИН), зз1цвочзкхцееся в росте пластической деформации с течением времени при О=ГЭ651 ПОСТОЯННОМ НЗПРЯЖЕННИ И6 ВЫЗЫВЭЮ 6' щем пластических дефОрмаций при 5 7,' 7ф КРЗТКОВР6меННОМ Д6ЙСТВИИ НЗГРУЗКИ. с 7' Б зависимости От величины нзпряжеф ннв и температур~ ~ деформация про" 7 исходящая В результате ползучести, может либо прекратитьси, либо про- %~в ~ 7; дОлжзться до разрушения материала.
4~а На рнс. 125, а приведены кривые й ползучести стали при пОстоянной темперзтур6 для различных напряжений О~~.П~ ~~оз ~ О~< 0~, 3 на рИС. 125, б— О КРИВЫ6 ПОЛЗУЧИ".ТИ ПРИ ПОСТОЯНРмс. 123 НОМ НЗПРЯЖЕНИИ НО РЗЗЛИЧНЫХ ТЕМ" пературах, причем ту -.-„ Т, с~' T~ с.. <.,7~ ~~ 7;р Кзк ВНДИО из сравнения графиков» увеличени6 напряжения при постОИННОЙ температуре и НОВышение температуры при ПОСТОЯННОМ НЗПРЯЖЕНИН ОКЗЗЫВЗЮТ ОДИНЭКОВО6 ВЛИЯНИ6 НЭ ПОЛЗУ- честь материала 3 именнΠ— скорость ползучести увеличивается Отдельные участки кривых рис.
125 характеризуют различные скорости нарастания деформации. РзссмОтрим, нзпример, крив)чо 4» Вертикальный отрезок Оа изображает удлинение, полученное тотчас ПОсле изГружения. Участок аЬ вЂ” это участок неустзнОВНВшейся ползучссти, так как скорость ее здесь со временем убывает. Прямолинейный участок М называется участком установившейся ползу- чести, характеризующейся ее постоянной скоростью. Участок сд характеризует Возрастание скорости ползучесги, заканчивакхцееся разрушением Образца (точка «1).
Остальные кривые ползучести отличаются От кривой 4 тем, что у ннх отсутствует тот или иной участок. Так, кривые 1, 2 и 8 изображают случаи, когда ползучееп не Вызывает разрушения (на них отсутствует участок с«1). Кривая Б не имеет участка установившейся ползучестн (точки Ь и с слились). Эта кривая соответствует случаю, коГда период неустанОВиВшейся ползучести сменяется сразу периодом с Возрастающей ее скоростью, который заканчивается рззруше««нем.
Граница между этими двумя ~ери~д~ми опред~ляе~~я точкой перегиба 1». П~кдВЛОзк Ползу'«еипи нааьйаегпсл йа««боль«««ее Напряжение, прй кол«орошая скороеп«ь Пап дефор~»«а««ил ползучее«па при данной гле илеравуре за определенньй промежуток времени ие лревьи««ает уипаиовлеиной аелпчинь«(например, скорости 0,0001%/ч или деформации 1% за 10000 ч). Если предел пОлзучесги Определяют пО Величине деформации, то обозначают его буквой и с тремя числовыми индексами: двумя нижними и одним верхним. Первый нижний индекс отражает заданное Удлинение (суммарное или Остаточное), %; Второй нижний индекс — заданную продолжительнОсть Времени испытания, ч; Верхний индекс — температуру, С. Например, запись по,ру««»о Означает предел ползучести при допуске нз деформацию 0,2% зз 100 ч испытани~ при температуре 700'С. При этом ~~~бходимо дополнительно указать, по суммз1»ной или ~с~~т~~ной деформации ОПРЕДЕЛЯЛСЯ ПРЕДЕЛ ПОЛЗУЧЕСТИ.
В случае определения предела ползучести по скорости ползучести его следует обозначать буквой «т с двумя числовыми индексами: одним Верхним и одним нижним. Нижний индекс отражает заданную скОрость пйлз~»чести, А» 1ч; Верхний — температуру испыта~ия, 'С. Например, О, »о з — это предел ползучести при скорости ее 1 х Х 10 %»'ч при температуре 600'С. При этом необходимо дополнительно указать Время испыта~ия, зз к~~~р~е была достигнута ЗЗДЗННЗЯ СКОРОСТЬ ПОЛЗУЧЕСТН. Детали„работаю«цие при Высоких температурах, рзссчить«взк»т нз ползучесть специальными методами с использОВзнием экспериментальных данных, характеризующих ползучесть материала, Целью таких расчетОВ ИВляется Определение пределов пОлзучести, ПО результатам эксперийентзльиого ОпределениЯ скорости ползучести 1'о при растяжении Образцов строят ГраФики В логарифмических кООрДинатзх 1ЯП вЂ” 1Я г«».
Экспериментальные точки хоропю группируются около некоторой прямой (рнс. 126, а). Отметим, ЧТО у некоторых матерйалОВ (свинца, бетойа, В~со~ополимерных материалов и др;) ползучесть наблюдается и при нормальной температуре. Длительная прочность. В случае ВысокОЙ температуры и длиТель~ого воздействия йагрузьй наблюдается разрушение матерйалз при иапряженни1 Велпчина которого меньше Временного сопротивления материала при дзннОЙ температуре.
В сВязи с этим Возннкзет необходимость определять длительную прочность материалов. Приодело.и олнпйльной прьчнс~тпи называется йапряженйе, ВызыВзюЩее рззрыВ Образца после ззДВИИОГО срОкз непрерыВноГО дей- бюуо~~ ВВО стВия этОГО напряжения при ОпределеннОЙ температуре. 06ОзйачаетсЯ предел длительноЙ прОчнОсти букВОЙ о с дВумя числОВыми индексами. Верхний индекс дает температуру испытания, 'С, ниж ййй — задзнйую продолжительйость испытания до разрушения, ч. Последнюю можно Обозначать числом часов или цифрой 10 с показателем степени. Например, ОФ илн а$ФΠ— предел длительной прочиостй зз 1000 ч йспытанйя прй Температуре 700'С. Испытания на длительную прочность заключаются в том, что Образцы подвергают различным изпряжениям при ОпределенноЙ температуре и узнают время до их разрыва.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
