lekcii (774103), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Плотность, ρ (т/м3 )2. Модуль упругости (жѐсткость), E,G (МПа)3. Температурный коэффициент линейногорасширения, tα (м/°С)4. Теплопроводность, ТQ(Дж/м·сек)5.Температура плавления,Тпл (°С)6.Электропроводность, Sm (ом-1)7.Температура фазового перехода, типкристаллической решѐтки4Все участники жизненного цикла машин (проектировщики,производители материала, потребители материала и пользователимашин) заинтересованы вприменении единых методикопределенияхарактеристик.Какправило,методикирегламентированыГОСТом. Это позволяет, поддерживатьстабильность характеристик материала и ТУ на всех этапахжизненного цикла.1.1.
Физико-химические свойстваПеречень свойств весьма широк и определяетсяназначением материала. Он включает такие показатели какплотность, модуль упругости, температуру плавления, магнитные иэлектрическиепараметры,термодинамическиевеличины.Значения величин приведены в нормативной документации наматериал и справочной литературе [1,3,4].51.1.1.Плотность материала(удельнаямасса)–характеристика, определяющая массу детали и основу сплава,например – сталь, алюминий, бериллий, композиционныйматериал. Значения плотности приводятся в нормативной исправочной литературе [1].1.1.2.
Жѐсткость (модуль упругости) – характеристика,определяющая деформативность деталей (валов, осей, зубьевзацепления, плит, силовых штоков). В приборах модульупругости определяет частоту собственных колебаний, входитв расчѐтные формулы ряда других характеристик. Зависит оттемпературы. В ряде ТУ применяют сплавы с низкимтемпературным коэффициентом модуля упругости, табл.1 [1].6Табл.1.1.3.
Температурный коэффициент линейного расширения(ТКЛР)Востребованы сплавы со стабильными размерами в рабочейобласти температур, что обеспечивается низким ТКЛР. Примерприведен в табл. (выборка) [1]7Конструкционная прочность – комплексная характеристикавключающаяПрочностьЖѐсткостьНадѐжностьДолговечностьПрочность в зависимости от условий работы может бытьпредставлена пределам текучести или прочности, определѐннымипри испытании на растяжение или на кручение (сдвиг).82. Прочность.2.1. Характеристики прочности (расчѐтные)Основной характеристикой конструкционного материалаявляется прочность.Прочность материала определяетсянапряжениями, фиксируемыми в характерных точках диаграммыпри испытании на растяжение, рис.1,-ζпц, ζ0,002 , ζТ , ζ0,2 ,-ηпц, η0,002 , ηТ , η0,2 , ηвр – при кручении.Различают предел прочности (временное сопротивление)- ζвр , ηвр ипределы текучести, физический - ζТ , ηТ и условный - ζ0,2 , η0,2.9а)б)Рис.1.
Диаграммы испытания материала на растяжение поГОСТ 1497-98*а) – условный предел текучести; б) –физический пределтекучести10Механические свойства1. Предел прочности, ζвр (МПа )2. Предел текучести, ζ0,2 , ζТ (МПа )3. Пределы упругости,пропорциональности ζ0,001 , ζпц (МПа )4.Твѐрдость11Механические свойства1. Предел прочности, ηвр (МПа )2.
Предел текучести, η0,2 , ηТ (МПа )3. Пределы упругости,пропорциональности η0,001 , ηпц (МПа )12В зависимости от условий работы детали могут бытьвостребованы и другие характерные напряжения- ζпц, ζ0,002 , ηпц,η0,002 с ограничениями на пластическую деформацию.Прочностные характеристики занимаютособое место т.к.являются расчѐтными величинами.Условия работы могут строго исключать пластическиедеформации (для пружин) - ζпц, ζ0,002 , ηпц, η0,002 или частично – ζТ ,ζ0,2 , ηТ , η0,2 . В некоторых случаях принимают пределы прочности- ζвр , ηвр .Значенияпрочностных характеристик приводятся внормативной документации на материал или справочнойлитературе.Методы испытания регламентированы ГОСТом 1497-98* длякруглых образцов,рис.2 или 1111-11 для плоских (листовыхматериалов), что обеспечивает единую методическую основудля всех участников жизненного цикла ТУ.13Рис.2.Образец для испытания на растяжение по ГОСТ 1497-98*14Твѐрдость – наиболее простая, воспроизводимая ималозатратнаядля контроля характеристика.Широкомуприменению способствует чувствительность твѐрдости кструктурным и фазовым изменениям в составе материала.Твѐрдость коррелирует с пределом прочности, что позволяетвыполнять экспресс-контроль или контроль без вырезкиобразцов в труднодоступных местах детали.15а)б)с)Рис.3.
Инденторы в методах определения твѐрдостиа)- Бринеля; б) – Роквелла;с) -Виккерса2Psin2 1,854 PHV22ddРис.4. Схема приложения нагрузки при измерениитвѐрдости по методу Роквелла16Рис.5. Приборы для контроля твѐрдости методами Бринелля,Роквелла, Виккерса17Твѐрдость – не расчѐтная характеристика, не чувствительна кпотере пластичности, что ограничивает еѐ ценность. Существуетнесколько методов определения твѐрдости – по Бринеллю,Роквеллу, Виккерсу, Шору (вышел из употребления).Всеоснованы на внедрении под нагрузкой в испытуемый материалинденторов разной формы и последующем измерении глубиныили диаметра (диагонали) отпечатка.Все методы представлены ГОСТами. Подробно практика контролятвѐрдостиизложенавкурсах«Материаловедение»и«Механические свойства материалов».Численные значениятвѐрдости для различных материалов и обработки приведены внормативной и справочной литературе [1].183.
Жѐсткость. Высокий модуль упругости материала определяетмалую величину упругой деформации при приложении нагрузки,например в зубчатых передачах, что сохраняет расчѐтныеразмеры детали. Высокий модуль также ограничивает упругиепрогибы валов, осей, оснований, упоров, опор. Это тем болееактуально при постоянно возрастающих удельных нагрузках надетали машин, прирастущем применении высокопрочныхматериалов.Значение модуля упругости для основного материала машин –для стали Е=2,04 105 МПа. Модуль мало зависит от химическогосостава стали и типа структуры. С ростом температурыснижается. Для напряжений близких к предельным упругаядеформация конструкционной стали Ст45 не превыситε=0,2/Е= 360/2,06 105=1,8 10-3.Сочетаниепрочностиижѐсткости–сталопреимуществом стали как конструкционного материала.важным19Практическую ценность имеют деформативные характеристикидетали, определяемые модулем. Так, из курса сопротивленияматериалов известно, что прогиб валов и осей от изгибныхнагрузок обратно пропорционален изгибной жѐсткости ~1/EJ;удлинение- линейной жѐсткости ~1/EА, углы поворота прикручении стержней ~1/GJк.
Ограничения прогибов, линейных иугловых перемещений достигают, ограничивая соотношения l/d[3].204. Надѐжность – свойство объекта выполнять в течение заданноговременисвои функции, сохраняя в заданных пределахэксплуатационные показатели, ГОСТ 27.002-89. НадѐжностьобуславливаетсяБезотказностьДолговечностьРемонтопригодностьСохраняемость21Применительно к материалу существует два подхода к понятиюнадѐжности.Первый связан с физикой процессов разрушения металлическогосплава, имеющего поли- или моно- кристаллическое строение.
Онтрактуется как отсутствие или снижение опасности хрупкого(внезапного) разрушения.Вероятность хрупкого разрушенияснижается для пластичных материалов. Очевидно, для обеспечениянадѐжности конструкционных сплавов необходимо поддерживатьпластичность на некотором гарантированном уровне.Мерой пластичности являются:- ударная вязкость КСU; относительное удлинение,сужение, получаемые при испытании на растяжение стандартныхгладких образцов, а также- температура снижения ударной вязкости на 50% отзначений при комнатной температуре t50. Для высокопрочных сталейсозданы специальные показатели трещиностойкости – К1с и другие.22Второй подход к понятию надѐжности связан с вероятностнойприродой характеристик материала и самих воздействий – срассеванием их значений при многократных наблюдениях.
Дляоценки надѐжности работы материалов в этом случае применяютметоды математической статистики.Таким образом надѐжность работы конструкционного материала испособа его упрочнения будет обеспечена если :1.Его сопротивление разрушению имеет значение не менеенекоторого установленного уровня;2.Вероятность случайного превышения характеристики обеспеченане менее заданного уровня.Первое обеспечивается уровнем пластичности. Дляматериалов низкой и средней прочности, например, ударнаявязкость не менее 0,8-0,6 МДж. Для высокопрочных и хрупкихматериалов – требуются показатели трещиностойкости – К1с иподобные.Условие вероятности будет рассмотрено в следующих лекциях.23Показатели надѐжностиматериалаОтносительное удлинение, δ (%)Относительное сужение, ψ (%)Ударная вязкость КСU, КСV, КСТ (Дж/м2)Трещиностойкость К1С , КС , (Н м3/2)Jс (Дж/м2)2.Вероятность работоспособногосостояния, Р<1244.
1. Характеристики пластичностиПри растяжении образцов определяются характеристики,пластичности, - относительные удлинение и сужение (δ, ψ). Неявляясь расчѐтными, они тем не менее, играют важную роль . Так,как пластичныематериалы не склонны к внезапномуразрушению,этипоказателиопределяютнадѐжностьматериала. Так же, как и прочность они приведены в нормативнойи справочной документации [1].4.2.Ударная вязкостьИнформативны показатели ударной вязкости – КСU.
Ихпоявление восходит ко времени становления материаловедения,анализа качестваметалла по излому. ИспытаниерегламентированоГОСТом9654-98*.Предусмотреноопределение ударной вязкости (при необходимости) для трѐхразличных радиусов надреза r =1мм (КСU); r =0,1мм (КСV) ипредельно острый – трещина (КСТ).
Это позволяет оценитьсопротивление разрушению материала в условиях различной, вт.ч. предельной степени локализации напряжений - при наличиитрещины.25ОбразецРис.6. Схема работы копра для определения ударной вязкости26Рис.7.Образцы для испытаний на ударный изгибдля определенияа) КСU; б) – КСV; в)- КСТ27Ударная вязкость обладает чувствительностью к температуреиспытания и используется для оценки сопротивления разрушениюматериала при пониженных температурах - КСUt, t°50. Значенияударной вязкости приведены в нормативной документации наматериал (ГОСТ, ТУ) и справочной литературе [1].285.ТрещиностойкостьТенденция к использованию высокопрочных материаловввела в практику материалы с ограниченными показателямипластичности, ударной вязкости. Участились случаи внезапных,непредсказуемых разрушений, катастроф.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
