строение (557054), страница 31
Текст из файла (страница 31)
е. перераспределение напряжений по сечению в сторо- 4 я ну их уменьшения у вершины надреза. чв В результате пластической деформации уменьшается острота надреза и соответственно концентрация напряжений. И, наконец, пластическая деформация в рассматриваемом объеме вызывает упрочнеиие материала.
Все это уменьшает опасность разрушения. Таким образом, для уменьшения чув- „"~,"„,',",""„щ"„'„,","'"" й Закал № 260б 129 "7' в б л и ц а 4. Влияние размеров ойрвзиа иа мехапические свойства при растямепии стали 30ХГСА (после изотермической закалки) Диаметр образца, мм Диаметр образца, 1220 1210 2520 52 2070 50 5 420 840 1О 350 780 730 1190 720 1190 20 340 ! 40 330 1950 46 1860 40 ствительности материала к действию концентраторов напряжений необходимо увеличение его пластичности. В некоторых случаях металлические материалы сильно и равномерно пластически деформируются без разрушения, степень деформации достигает нескольких сотен процентов (в обычных условиях пластичность ие превышает нескольких десятков процентов).
Это явление получило название сверхплаг ичности. Сверхпластичность наблюдается в очень мелкозерн1 гых материалах при медленном деформировании при 1 = 0,7... 0,8 Гпл. Природа сверхпластичиости связана с отсутствием скопления дислокаций при пластическом деформировании, вследствие чего материал не упрочняется. На конструкционную прочность влияет также масштабный фактор, т, е. понижение прочности и пластичности при увеличении размеров образца или детали (табл. 4). Так, результаты испытаний стали ЗОХГСА показали, что с увеличением размеров образцов механические свойства сталей ухудшаются.
Масштабный эффект при хрупком разрушении объясняется тем, что с увеличением размеров повышается вероятность нахождения в нем опасного дефекта. Существует и энергетическая трактовка масштабного эффекта при хрупком разрушении, в соответствии с которой влияние размеров тела на хрупкую прочность связано с запасом упругой энергии образца (или детали), находящегося под нагрузкой. При увеличении размеров тела запас упругой энергии больше и скорость распространения трещины увеличивается. При расчете на прочность свойства материала выбираются в виде некоторых предельных значений, указанных в соответствующих ГОСТах и технических условиях. В реальных условиях имеет место разброс свойств материала из-за колебаний химического состава (основных легирующих элементов и случайных примесей), при изменении температурных режимов плавки и т.
д. Поэтому в расчеты вводятся вероятностные характеристики прочности материалов и на их основе оценивается надежность конструкции с учетом свойств материала. Для оценки качества материала используют коэффициент вероятностного качества (К,,) — отношение разности между характеристикой, установленной ГОСТом, и величиной математического ожидания, отнесенного к величине среднего квадратичного 130 отклонения (Е>,), Так, для предела прочности коэффициент вероятностного качества равен Кв,к — — (огост — шов)/0ов. Рис. 7З. Зависимость прочности от числа дефектов (плотности дислокацийк 7 — теоретнческаи прочность; т — прочность иитеиидимк кристаллов; 3 — техннческаи прочность чистик металлов: ив прочность сплавов, упрочиеннмх летироаанием. термической об.
работкой, колодной лластнческой де4юрмацией. термомекаинческой обработкой Чем больше модуль величины К, „, тем лучше материал„так как больше вероятность того, что предел прочности взятого материала будет больше зна- у чения, ограниченного ГОСТом. Одной из наиболее важных задач 1 является проблема создания прочных материалов. Реально достигнутая проч- лрлиоеаи рл 1еректд ность металла (реальная или техническая прочность) значительно ниже теорети ческой.
Под теорети ческой прочностью понимают сопротивление разрушению идеального твердого тела, рассчитанное из условий преодоления сил межатомного сцепления. Идеальные твердые тела — это тела с бездефектной кристаллической решеткой. Низкая техническая прочность реального металла объясняется легкой подвижностью в нем дислокаций. Следовательно, для повышения прочности необходимо устранить дислокации или повысить сопротивление их движению, которое возрастает при взаимодействии дислокаций друг с другом и с другими препятствиями. Таким образом, дефекты решетки оказывают на сопротивление металла деформации двоякое действие. С одной стороны, образование в металле дислокаций ослабляет металл.
С другой стороны, дефекты кристаллического строения упрочняют его, так как препятствуют свободному перемещению дислокаций. На рис. 78 привелена схема Бочвара — Одинга, показывающая влияние количества дефектов (плотности дислокаций) на прочность металла. Из схемы Бочвара — Одинга следует, что теоретическая прочность достигается в случае отсутствия дефектов кристаллического строения. Достаточно иметь одну дислокацию в монокристалле, чтобы резко понизить прочность. Однако значительное увеличение числа дефектов повышает прочность материала, хотя на величину меньшую, чем теоретическая прочность. Применяемые в настоящее время материалы по количеству дефектов относятся к правой части графика.
Поэтому их упрочнение возможно лишь при дальнейшем усилении несовершенства строения. На практике в изделиях не удается снизить количество дефектов до уровня, соответствукицего левой ветви кривой. Однако в нитевидных кристаллах вследствие устранения дефектов прочность приближается к теоретической. Понятие прочности связано с сопротивлением пластической деформации и разрушению; с точки зрения физических представлений, сопротивление пластической деформации может быть обеспечено максимальным торможением дислокаций, а сопротивление разрушению обеспечивается высокой подвижностью дислокаций (высокой пластичностью), необходимой для уменьшения концентрации напряжений и их перераспределения. Упрочиеиие материалов за счет создания структуры, затрудняющей движение дислокаций, относится к такому воздействию на металл, при котором количество дефектов строения будет возрастать. Это достигается при наклепе, легировании и термической обработке.
Один из этих способов или их комбинация повышают прочность, которая и реализуется в большинстве конструкционных материалов. При этом основными упрочняющими факторами являются: увеличение плотности дислокаций и более равномерное их распределение по объему металла; уменьшение подвижности дислокаций из-за их закрепления легирующими добавками и термообработкой, 'создание дислокационных барьеров в виде границ зерен, субзерен и мелкодисперсных включений второй фазы.
При холодной пластической деформации вследствие размножения дислокаций количество их увеличивается в сотни и тысячи раз. В процессе холодной пластической деформации происходит дробление зерен, препятствующих движению дислокаций. Чем мельче зерна (или субзерна) в металле, тем меньше возможностей у дислокаций накапливаться в одной плоскости скольжения и тем меньше концентрация напряжений (давление дислокациИ) у головной дислокации. Другими словами, с измельчеиием структуры уменьшается возможность образования микротрещин, т.
е. начала разрушения. При некоторых видах термической обработки (например, при закалке стали) можно достигнуть очень высокой степени измельчения структуры, что в сочетании с воздействием легирующих элементов упрочняет сплав. Несколько более сложное воздействие на прочность материала оказывает легироваиие в сочетании с термической обработкой. Легироваиие способствует получению как твердых растворов, так и упрочняющих фаз. Упрочнеиие будет зависеть от количества легирующего элемента и соотношения размеров атомов легирующего элемента и атомов основного металла. При образовании твердых растворов кристаллическая решетка искажается, препятствуя движению в ией дислокаций.
Путем закалки и старения возможно получение частичек упрочиякяцей фазы. Упрочняющий эффект в этом случае будет зависеть в основном от размеров и расстояния между частицами. При этом существует критическая степень дисперсиости упрочияю- щей фазы, соответствующая максимальному упрочнению. Упрочиеиие достигает максимума при расстоянии между частицами порядка 0,1 мкм и их размере примерно 0,02 мкм. Равномерное распределение упрочияющей фазы способствует протеканию деформации без концентрации напряжений в различных зонах. Поэтому термическая обработка, включающая закалку для получения пересыщеииого раствора и старения для выделения из пересьпцеиного раствора частичек упрочняющей фазы, является наиболее эффективной обработкой, так как при этом возможно получить оптимальную степень дисперсности выделяющейся фазы.
Для высокоиапряженных деталей имеет значение чистота металла, связанная с наличием вредных примесей, таких как сера, фосфор и газовые примеси (водород„кислород, азот). Эти примеси удаляются вакуумно-дуговым переплавом (ВДП), электронно-лучевой (ЭЛП) и электрошлаковой плавкой (ЭШП). При равной прочности очистка от примесей повышает сопротивление удару и трещииостойкость. Помимо технологических и металлургических методов повышения коиструкциоииой прочности необходимо предусматривать такие конструктивные решения, которые уменьшают опасность концентрации напряжений в деталях с надрезами.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
