Феодосьев В.И (823545), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Легированные стали и цветные сплавы при повышении температуры обнаруживают большей частью монотонное возрастание 6 и такое же монотонное снижение <7т.р и <7в.р. На рис. 1.48 показанысоответствующие кривые для хромомарганцевой стали маркиЗОХГСА.Чем выше температура, тем труднее определить механические характеристики материала. Происходит это не толькопотому, что возрастают сложности в технике эксперимента, нотакже вследствие того, что сами характеристики становятся03менее определенными.
При статическом нагружении, начинаяс некоторых значений температур, резко сказывается факторвремени. Для одних материалов это происходит при более низких, для других - при более высоких температурах. Влияниефактора времени обнаруживается и при нормальных температурах. Однако для металлов его влиянием можно пренебречь.Для некоторых же органических материалов даже при низкихтемпературах скорость нагружения существенно сказываетсяна определяемых характеристиках.Изменение во времени деформаций и напряжений, возникающих в нагруженной детали, носит название ползучести.Частным проявлением ползучести является рост необратимых деформаций при постоянном напряжении. Это явлениеносит название последействия.
Наглядной иллюстрацией последействия может служить наблюдаемое увеличение размеров диска и лопаток газовой турбины, находящихся под воздействием больших центробежных сил и высоких температур.Это увеличение размеров необратимо и проявляется обычнопосле многих часов работы двигателя.Другим частным проявлением свойств ползучести является релаксация - самопроизвольное изменение во времени напряжений при неизменной деформации. Релаксацию можнонаблюдать, в частности, на примере ослабления затяжки болтовых соединений, работающих в условиях высоких температур.94Наиболее просто исследовать явление последействия.
Если нагрузить образец постоянно действующей силой (рис. 1.49)и следить за изменением его длины в условиях фиксированной температуры, можно получить диаграммы последействия(рис. 1.50), дающие зависимость деформации от времени приразличных значениях напряжения ст.Как видно из этих кривых, нарастание деформаций происходит вначале очень быстро. Затем процесс стабилизируетсяи деформации увеличиваются с постоянной скоростью. С течением времени на образце, как и при обычном испытании,появляется шейка.
Незадолго до разрыва имеет место быстроевозрастание местных деформаций в результате уменьшенияплощади сечения. При более высоких температурах изменение деформаций во времени происходит быстрее. Для данного материала можно при помощи методов теории ползучестиперестроить диаграммы последействия в диаграммы релаксации. Последние, впрочем, можно получить и экспериментально. Для этого, правда, требуется более сложная аппаратура,так как необходимо, сохраняя удлинение образца, замерять изменения растягивающей силы.95Вид диаграмм релаксации, дающих зависимость напряжения от времени, представлен на рис. 1.51.Основными механическими характеристиками материалав условиях ползучести являются предел длительной прочностии предел ползучести.Пределом длительной прочности называется отношениенагрузки, при которой происходит разрушение растянутогообразца через заданный промежуток времени, к первоначальной площади сечения.Таким образом, предел длительной прочности зависит отзаданного промежутка времени до момента разрушения.
Последний выбирается равным сроку службы детали и изменяется в пределах от десятков часов до сотен тысяч часов. Соответственно столь широкому диапазону изменения временименяется и предел длительной прочности. С увеличением времени он, естественно, падает.Пределом ползучести называется напряжение, при котором пластическая деформация за заданный промежуток времени достигает заданной величины.Как видим, для определения предела ползучести необходимо задать интервал времени (который определяется срокомслужбы детали) и интервал допустимых деформаций (которыйопределяется условиями эксплуатации детали).Пределы длительной прочности и ползучести сильно зависят от температуры.
С увеличением температуры они, очевидно, уменьшаются.96Среди различных типов статических нагрузок особое место занимают периодически изменяющиеся, или циклические,нагрузки. Вопросы прочности материалов в условиях такихнагрузок составляют содержание специального раздела сопротивления материалов и связываются с понятиями выносливости, или усталости, материала. Эти вопросы будут рассмотрены подробно в гл. 12.После статических рассмотрим класс быстро изменяющихся, или динамических, нагрузок.В оценке этих нагрузок существуют два подхода. С однойстороны, нагрузка считается быстро изменяющейся, если онавызывает заметные скорости деформации частиц тела, причемнастолько большие, что суммарная кинетическая энергия движущихся масс составляет уже значительную долю от общейработы внешних сил.
С другой стороны, скорость изменениянагрузки может быть связана со скоростью протекания пластических деформаций. Нагрузку может рассматривать какбыстро изменяющуюся, если за время нагружения тела пластические деформации не успевают полностью реализоваться.Это заметно сказывается на характере наблюдаемых зависимостей между деформациями и напряжениями.Первый критерий в оценке быстро изменяющихся нагрузок используют в основном при анализе вопросов колебанийупругих тел, второй - при изучении механических свойств материалов в связи с процессами быстрого деформирования.Поскольку при быстром нагружении пластические деформации не успевают полностью реализоваться, материал с увеличением скорости деформации становится более хрупким и 6уменьшается.
Так как скольжение частиц образца по наклонным площадкам затруднено, должна несколько увеличитьсяразрушающая нагрузка. Сказанное можно проиллюстрировать, сопоставив диаграммы растяжения при медленно и быстро изменяющихся нагрузках (рис. 1.52).Поскольку при быстром нагружении развитие пластических деформаций затруднено, главенствующим механизмомразрушения оказывается развитие трещин.
В этом случае материал очень чувствителен к местному повышению напряжения. Это позволяет создать специальный метод испытания4 В. И. Феодосьев97материала на чувствительность к хрупкому разрушению - такназываемое испытание на ударную вязкость.Под вязкостью понимается свойство структуры твердоготела задерживать, затруднять, противостоять развитию трещин.Испытание на ударную вязкость заключается в следующем. На образце квадратного сечения 10 X 10 делают надрезглубиной 2 мм.
Образец укладывают на опоры (рис. 1.53) ипо нему со стороны, обратной надрезу, с помощью маятникового копра наносят удар. Разность высот маятника до и послеудара позволяет определить энергию, затраченную на разрушение образца. Эта энергия тем больше, чем больше вязкостьматериала. Сравнительной мерой вязкости служит энергия,отнесенная к площади ослабленного сечения.Важно отметить, что ударная вязкость с уменьшениемтемпературы падает, что кажется естественным.
Но коварство заключается в неравномерности этого падения. Для многих материалов существуют критические низкие температуры, при переходе через которые ударная вязкость скачкомуменьшается в несколько раз. Некоторые стали, например,проявляют свойство хладоломкости, на которое приходитсяобращать особое внимание, в частности, при выборе материалов для сооружений и транспортных средств, работающих варктических условиях.Последним из трех рассматриваемых видов нагрузок являются весьма быстро изменяющиеся во времени нагрузки.
Скорость их изменения настолько велика, что работа внешних сил98почти полностью переходит в кинетическую энергию движущихся частиц тела, а энергия упругих и пластических деформаций оказывается сравнительно малой.Весьма быстро изменяющиеся нагрузки возникают приударе тел, движущихся со скоростями в несколько сотен метров в секунду и выше. С этими нагрузками приходится иметьдело при изучении вопросов бронепробиваемости, при оценкеразрушающего действия взрывной волны, при исследованиипробивной способности межпланетной пыли, встречающейсяна пути космического корабля.Так как энергия деформации материала в условиях весьмабольших скоростей нагружения оказывается сравнительно малой, то свойства материала как твердого тела имеют в данномслучае второстепенное значение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
