Урок 19. ТЕХНИЧЕСКАЯ ПРОЧНОСТЬ МЕТАЛЛОВ И ПУТИ ЕЕ ПОВЫШЕНИЯ (продолжение)

Вопросы для повторения:

1. Дайте характеристику технической прочности металлов.

2. Расскажите о теоретической прочности металлов.

3. Объясните влияние концентраторов напряжений на прочность конструкций.

Хладноломкость. Железо (сталь), хром, молибден, вольфрам, цинк и др., склонны к хрупкому разрушению при понижении температуры. Это явление получило название хладноломкости. Понижение температуры без изменения сопротивления отрыву повышает сопротивление пластической деформации. Поэтому металлы, вязкие при сравнительно высоких температурах, могут при низких температурах разрушаться хрупко. В указанных условиях сопротивление отрыву достигается при напряжениях меньших, чем предел текучести. Точка пересечения кривых сопротивления отрыву и предела текучести, соответствующая температуре перехода металла от вязкого разрушения к хрупкому, и наоборот, получила, название критической температуры хрупкости, или порога хладноломкости.

По порогу хладноломкости оценивают запас вязкости стали. Запас вязкости - это интервал между рабочей температурой изделия и температурой порога хладноломкости. Чем меньше запас вязкости, тем больше опасность хрупкого разрушения не только при понижении температуры, но и при увеличении скорости нагружения, наличии концентратов напряжений и т.д.

Порог хладноломкости определяется путем испытания ударным изгибом образцов с надрезом при разных температурах. В результате этих испытаний строят кривую зависимости ударной вязкости от температуры испытания. Чаще на кривой наблюдается постепенный переход от вязкого к хрупкому состояния, т.е. имеется критический температурный интервал хрупкости. Поэтому различают верхнюю и нижнюю границы порога хладноломкости. В этом интервале температур происходит переход от вязких волокнистых к хрупким кристаллическим изломам с низким значением пластичности и вязкости. Чем выше порог хладноломкости, тем больше склонность металла к хрупкому разрушению. Часто порог хладноломкости определяют по температуре испытания, когда в изломе 505 вязкой волокнистой составляющей.

Для ответственных деталей из стали, испытывающих в работе значительные динамические нагрузки, за критическую температуру хрупкости принимают температуру, при которой в изломе появляются кристаллические участки, хотя ударная вязкость сохраняет еще высокое значение.

Металл следует эксплуатировать при температурах выше порога хладноломкости, желательно при таких температурах, когда разрушение полностью вязкое.

Порог хладноломкости повышается с увеличением размера зерна и при выделении по границам зерна хрупких составляющих. Taк, порог хладноломкости для крупнозернистого железа будет при температуре 0°С и для мелкозернистого при - 40°С. Следовательно, температурный запас вязкости (относительно температуры 20°С) у крупнозернистого железа всего 20°С, а у мелкозернистого - 60°С.

Кроме внезапного (хрупкого) разрушения, обычно связанного с быстрым распространением трещины, детали машин подвергаются постепенному разрушению благодаря другим явлениям и процессам усталости, износа, ползучести, коррозии и т.д. Сопротивление этим видам разрушения определяет долговечность деталей машин и конструкций в соответствующих условиях их службы.

Предел выносливости в сильной степени зависит от размеров образца, концентраторов напряжений, шероховатости его поверхности, коррозии и т.д.

С увеличением размера образца величина предела выносливости уменьшается. Резко снижают предел выносливости концентраторы напряжений. Чем тщательнее обработана поверхность образца (детали), тем выше предел выносливости. По сравнению с полированными образцами стали (σ_l) предел выносливости шлифованных образцов снижается на 10 - 15%, а фрезерованных на 45 - 50%. Коррозия сильно понижает предел выносливости.

При относительном движении сочлененных деталей машин между контактирующими поверхностями обязательно возникает трение. Вследствие этого детали машин подвергаются износу. Процесс, ведущий к износу, называют изнашиванием, в результате которого изменяются размеры деталей, увеличиваются зазоры между трущимися поверхностями, вызывающие и стук. Более точно под изнашиванием понимают процесс постепенного изменения размеров тела при трении, проявляющийся в отделении с поверхности трения материала и(или) его остаточной деформации.

Изнашивание происходит в результате механического, коррозионно-механического, эрозионного (под воздействием потока жидкости или газа), кавитационного или усталостного воздействий. Интенсивность изнашивания определяют как отношение величины к обусловленному пути, на котором происходило изнашивание, скорость изнашивания - ко времени, в течение которого оно возникло, материала оказывать сопротивление изнашиванию, которое величиной, обратной скорости изнашивания, или интенсивного изнашивания, принято называть износостойкостью.

Износостойкость приходится учитывать при выборе материала для поршневых колец, зубчатых колес, коленчатых валов, ползунов станков и т.д.

Особый вед изнашивания - абразивный - возникает вследствие режущего или царапающего действия твердых тел или частиц чаще минерального происхождения.

С повышением упрочнения (твердости) изделия сопротивление всем видам износа обычно повышается.

У многих изделий (тяжелонагруженные зубчатые колеса, подшипники, рельсы, железнодорожные колеса и т.д.) наблюдается контактная усталость. Контактная усталость вызывает усталостное выкрашивание, образование так называемых питтингов или ямок.

Процесс разрушения в данном случае заключается в зарождении усталостной трещины, как правило, на поверхности и постоянном разве в глубь детали. Контактная выносливость характеризуется пределом усталостного выкрашивания, представляющего собой величину контактного давления при заданном числе циклов, не приводящим к образованию питтингов.

Прочность металла в конструкции (конструктивная прочность определяется не только свойствами материала, но и характером конструкции, уровнем технологии и условиями эксплуатации. На конструктивную прочность большое влияние оказывают: габаритные размеры (масштабный фактор), сложность формы конструкции (характер концентратов напряжений), наличие остаточных технологических напряжений, состояние поверхности (шероховатость поверхности, тип гальванического покрытия, обезуглероживание стали и т.д.), а также среды, в которой работает конструкция. Поэтому конструктивная прочность может быть повышена только совокупностью металлургических, технических и конструкторских мероприятий.

Контрольные вопросы:

1. Что называется порогом хладноломкости?

2. Как определяется хладноломкость металла и как влияет на прочность конструкций?

3. Расскажите о долговечности деталей машин и конструкции.

4. Какие факторы влияют на конструктивную прочность?

Поиск по сайту: