Лекции_Матвед_Минаков (863839), страница 14
Текст из файла (страница 14)
Критерии работоспособности материала в детали приконкретных условиях эксплуатацииДля повторения некоторых механических свойств смотри часть I главу III«Формирование структуры при ПД» § 2+3предел текучести σТпредел прочности σВпредел пропорциональности (переход от упругойдеформации к пластической) σA (пр)модуль упругости E = σΤeпредел упругости с допуском на остаточнуюдеформацию σ0,01 , σ0,005 , σ0,002+ плотность P.S. 1) обозначение В - что выступает в виде критерияоценки2) рассмотрение (оценка) критериев возможна толькодля конкретных примеровПример 1.
Деталь нагружена σраб1 строкаПример 2. Деталь нагружена σраб и образует опорную поверхностьвысокоточного изделияплатформа гироскопастанина станка1 строка1 строкаПример 3. Деталь нагружена σраб и является пружинойсиловая пружина, рессораизмерительная пружина1 строка1 строкаИтог: Критерии, по которым оценивается работоспособность материала в деталиразличные: по допустимым нагрузкам, по жёсткости материала (допустимымдеформациям) и по его плотности.§ 2.
Критерии надёжности материала в детали при конкретныхусловиях эксплуатацииНадёжность материала – это свойство материала противостоять внезапномуразрушению при напряжениях ниже расчётных и при аварийных ситуациях.разрушениевязкоехрупкое6 строкусталостноеПример 1.
Использование высокопрочных материалов.Если материал высокопрочен, значит его пластичность1 слово3 строкиПример 2. Материал работает при динамических (ударных) нагрузках. =A - работа назарождение ираспространениетрещины; F – площадьсечения околоконцентратора.концентратор напряжений в форме буквы U (r=1±0,007 мм) или в форме буквы V(r=0,25±0,025 мм)Чем выше ударная вязкость KCU или KCV, тем материал надёжнее(очень надёжно, если = )Пример 3. Работа материала при пониженных температурахМатериал при понижении температуры меняет характер разрушения с вязкого нахрупкий.
Такое явление называется хладноломкостью. (т.е. сталь работает нахолоде хорошо, а если ударим...)хв - порог хладноломкостидля сталей простого состава - порог хладноломкости, температура, прикоторой в изломе 50 % хрупкой составляющей;ответственные детали - порог хладноломкости, температура, прикоторой в изломе 10 % хрупкой составляющей;для авиациидля сталей сложного составаМатериал надёжен, если экспл > (хв , 50 , 90 ). И чем разница больше, темнадёжнее.Пример 4. Работа материала при наличии в нём трещин и трещиноподобных(скопление дислокаций) дефектов1 слово + 4 словаТрещины в металле естьМатериал ответственного назначения испытывается на трещиностойкость.Трещиностойкость – это способность материала сопротивляться развитиютрещин (разрушения) при: а) ударных нагрузках; б) при статическихнагрузках.а) ударные нагрузкиконцентратор напряжений вида T (надрез с трещиной).
=A - работа на распространение трещины; F – площадь сечения целого металланад трещиной.Чем выше ударная вязкость KCT, тем материал надёжнее(сверх очень надёжно, если ≈ )б) статические нагрузкикр = 2ср , гдеl – длина трещины; r – радиус кривизны трещины, ср средние номинальные напряжения.Коэффициент интенсивности напряжений: = ср ∙ ∙ если металлпластичен, то ввершине трещиныпроисходит ПД,трещина затупляется идальше не идётесли металл не пластичен, то в вершине трещинынакапливается упругая энергия до тех пор, пока K недостигнет критической величины , тогда трещинамгновенно распространяется на весь металл, т.е.
онагонит сама себя (1,1...3) – коэф-т, учитывающий геометрию трещины; - расчётный критерий трещиностойкости = ср ∙ ∙ ∙ крЕсли const, то для каждого материала известнавзаимосвязь между ср и кркр1 = ср2Если в металле есть трещина, но < ( или < кр ), то такие трещины неопасны.Чем пластичнее металл, тем выше , тембольшие трещины для него неопасны (т.е. большиекр могут быть), тем он надёжнее.Итог: Материалы ответственного назначения всегда проверяются по критериямнадёжности, которые различны.
Но суть одна: материал более надёжен, если онменее склонен к хрупкому разрушению.§ 3. Критерии долговечности материала в детали приконкретных условиях эксплуатацииДолговечность – свойство материала сопротивляться развитию постепенногоразрушения (постепенного отказа), обеспечивая работоспособность детали втечение заданного времени (ресурса). При накапливании повреждений материалпреждевременно выходит из строя.Пример 1. Постепенное повреждение при циклическом нагружении (явлениеусталости).Усталость – постепенное накопление повреждений в металле под действиемциклических нагрузок, приводящее к образованию трещин и разрушению.Выносливость – свойство металла противостоять усталости.рельсывалы, рессоры - физический предел выносливости(−1 , 0 , ...) – только у сталей; нагружая ниже можно избежать усталости (но это оченьмаленькие величины)- условный предел выносливости длязаданного числа циклов (−1107, 0108)Испытания на усталостьпроводят на специальныхмашинах(по ГОСТ 25.502-79).
Для неменее 10 образцов при107 − 108 циклов строят кривыеусталости.Материал долговечен, если раб < ( , ). Это поверхностный взгляд, т.к.испытания проводятся на образцах, а не на деталях.Зоны: 1 – очаг разрушения (зарождение трещины,как правило, у концентратора);2 – зона распространения трещины;3 – зона долома.а) Концентратор может ускоритьразрушение. Это нужно учитывать.а – схема излома;Материал необходимо подбирать поб – макроструктура изломачувствительности к концентраторамнапряжений.Чем ближе к 1, тем материал не без концентратора > 1 (!)чувствительнее к концентраторам = с концентраторомнапряжений.б) Металл может долго работать с трещиной0Чем ближе к 1, тем больше живучесть =1−, где < 1 (!)разр(разр ≫≫≫≫ 0 ), т.е.
дольше работаетматериал.0 - время работы до появлениятрещины; разр – полное время работыРесурс работы детали можно определить по критериям, приведённым выше, приэтом при подборе материала можно учесть все особенности детали.Пример 2. Постепенное повреждение при изнашивании.Изнашивание – это процесс отделения и уноса частиц материала с поверхностидетали при трении.Результат изнашивания – износ: линейный (∆h); массовый (∆m), объёмный (∆V)Для всех материалов кривая изнашивания имеет одинаковый характер:Зоны: I – участок приработки (параболическое возрастаниескорости изнашивания);II – зона установившегося трения (уменьшениескорости изнашивания до const и удержание её такойопределённое время);III – зона задира или повреждаемости(катастрофический рост скорости изнашивания).∆hдопустимое поверхностный подход, т.к.(∆h, ∆m, ∆V)изн =раб =изнвремя может быть разное∆hИнтенсивность изнашивания =, где∆h – толщина изношенного слоя; – путь трения∆hболее точная оценка=ℐhПо ℐh установлены классы износостойкости (от 3 до 12,чем больше класс, тем ответственнее деталь)Примеры 3 (постепенное повреждение при высоких температурах и нагрузках,т.е.
при ползучести), 4 (постепенное повреждение в агрессивной среде, т.е. прикоррозии) будут рассмотрены в главе VI.Вывод: Критерии КП помогают для конкретной детали в конкретных условияхработы правильно подобрать материал.§ 4. Пути повышения характеристик КПА. Пути повышения прочностных свойствТ , А(пц) , упр [E=const, =const]1 – количество дислокаций → 0;2 – количество дислокаций → max;3 – создание твёрдых растворов;4 – создание мелких зёрен;5 – создание дисперсных частиц.Путь 2+3+4 – в1 строка1 строкаСоздание структуры, вкоторой перемещениедислокаций затруднено1 строкаПри повышении прочностных свойств необходимо использовать способы 4 или5 (а лучше сразу и 4 и 5 одновременно), при этих способах не происходитрезкого ухудшения свойств надёжности (дислокации имеют хотя быминимальную «подвижность»)Б. Улучшение характеристик надёжности ( ! без снижения прочности ! ), , , KCV, хв , , , , 1 – уменьшение содержания вредных примесей (у стали S, P, As, Sb), т.к.
примесиосаждаются на границах зёрен при кристаллизации и ухудшают «сцепление»зёрен.при выплавкеспециальные переплавычистая шихтаэлектро-лучевойэлектро-шлаковыйвакуумно-дуговойпереплав (ЭЛП)переплав (ЭШП)переплав (ВДП)Чем чище металл от примесей, тем характеристики надёжности выше и онДОРОЖЕ !2 – измельчение зерна2 строки2 строки3 – введение специальных добавок (очень мало, в микродозах)B (0,001-0,002 %)Mg (0,01-0,02 %)Такие добавки «разгоняют» примеси с границ зёренВ. Улучшение характеристик долговечности.будут рассмотрены в главе II, III и VI.II глава «Стали, обеспечивающие жесткость, статическую ициклическую прочность»Основные конструкционные материалы (~ 90 % от всех материалов)1) Сплавы на основе Fe («чёрные металлы») – сталь и чугун2) Сплавы на основе Al, Cu, Ti и т.д.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
