Нормативная. Эвтектические сплавы характеризуются малыми размерами и однородностью кристаллов и имеют высокие твердость и механическую прочность

Эвтектические сплавы характеризуются малыми размерами и однородностью кристаллов и имеют высокие твердость и механическую прочность. Поэтому сплавы свинца с оловом и сурьмой применяют в качестве типографских шрифтов и решеток аккумуляторов. Вследствие легкоплавкости сплавы свинца с оловом также применяются для припоев и подшипников.

ЛЕКЦИЯ 22. Учёт массы ударяемого тела при ударе. Снижение влияния удара. Понятие о циклическом нагружении. Предел выносливости материала. Расчёт на выносливость при линейном и плоском напряжённых состояниях

В предыдущей лекции были получены формулы для определения динамического коэффициента без учёта массы ударяемого тела, ими можно пользоваться тогда, когда масса ударяемого тела мала по сравнению с массой ударяющего. Если масса ударяемой конструкции значительна, то расчёт сильно усложняется. В этом случае можно воспользоваться приближённым расчётом, полагая, что вес конструкции сосредоточен в точке удара. Для этого вводят в расчёт безразмерный коэффициент приведения β, который меньше единицы. Для его определения рассматривают кинетическую энергию заданной системы.

(22.1)

Здесь v – скорость приведённой массы в точке удара, G ₀.- приведённый вес ударяемой конструкции.

Коэффициент динамического воздействия с учётом массы ударяемого тела определяется по формуле

(22.2)

Если высота падения груза значительно больше величины статического перемещения, то единицами в формуле можно пренебречь, и она станет несколько проще.

Для некоторых случаев коэффициент приведения β известен, и можно воспользоваться готовым решением. Так, в случае продольного удара стержня постоянного сечения β = 1/3. При поперечном ударе свободного конца консоли β = 33/140. Для шарнирно опёртой по концам балки, в случае поперечного удара сечения в середине пролёта β = 17/35.

Для снижения влияния удара можно воспользоваться введением упруго податливых связей. В результате этого будет увеличиваться статическое перемещение ударяемого сечения, что приведёт к уменьшению динамического коэффициента.

К динамическим нагрузкам, несмотря на отсутствие значительных инерционных сил, можно отнести периодические многократно повторяющиеся нагрузки (циклические). Такие нагрузки испытывают вагонные оси, валы, лопатки турбин, также к периодическим изменениям усилий приводят сезонные перепады температур. При таком нагружении усилия и напряжения в элементах изменяются со временем по величине, могут быть и знакопеременными. Это может привести к разрушению при напряжениях меньших предела текучести или временного сопротивления. Такое разрушение называют усталостным. Процесс постепенного накопления повреждений под действием переменных напряжений, приводящий к образованию трещин и разрушению называют усталостью.

Число нагружений (циклов) необходимое для разрушения зависит от величины напряжений, чем ниже напряжения, тем больше количество циклов. Способность материалов выдерживать многократно повторяющиеся нагрузки называют выносливостью. При проектировании конструкций, работающих под действием переменных нагрузок, необходимо прогнозировать их длительную прочность и долговечность. Совокупность всех значений переменных напряжений за один период процесса их изменения называют циклом напряжений. Различают симметричные (рис. 22.1 а) и ассиметричные (рис. 22.1 б) циклы.

а) б)

Рис. 22.1. Зависимость напряжения от времени

На рис. 22.1: Т – период цикла, σ _а – амплитуда цикла (всегда положительна), σ _т - среднее напряжение (может быть отрицательным или положительным), σ _max и σ _min - максимальное и минимальное напряжения.

Если максимальное или минимальное напряжение равно нулю, то цикл называется пульсирующим (σ₀). Отношение называется коэффициент асимметрии цикла (для симметричного R = - 1).

Предел выносливости (σ _R) – наибольшее напряжение цикла, которое выдерживает образец при неограниченно большом числе циклов. Наименьший предел выносливости у симметричного цикла (σ _{- 1}). Для сталей σ _{– 1}= (0,4÷0,5)σ _В.

На величину предела выносливости влияют многие факторы: концентрация напряжений, качество поверхности детали, абсолютные размеры детали, внешняя среда, температура. Эти факторы в расчётах на выносливость учитываются посредством введения соответствующих коэффициентов (k).

Расчёт на выносливость производят с помощью диаграммы предельных амплитуд (tgα). Используют коэффициент запаса n.

В случае линейного напряжённого состояния

. (22.3)

А для плоского напряжённого состояния (чистый сдвиг)

. (22.4)

Рис. 22.3. Диаграмма предельных амплитуд

Для большинства эвтектических сплавов наблюдается ограниченная растворимость компонентов. Например, растворимость олова в свинце и свинца в олове составляет соответственно атомных долей 19,5 и 2,5%.

В зависимости от числа компонентов (фаз) эвтектики могут быть двойными, тройными и т.д. Механические свойства зависят от количественных соотношений компонентов, а также от размера и формы зерен химического соединения.

Сплавы – механические смеси имеют хорошие литейные свойства.

23.3. Сплавы – химические соединения.

При благоприятных условиях в металлических системах образуются фазы с определенными стехиометрическим соотношением компонентов. Они получили название интерметаллических соединений или металлидов.

В противоположность твердым растворам интерметаллиды, как правило, имеют сложную кристаллическую структуру, отличную от структур исходных металлов. Свойства интерметаллидов также существенно отличаются от свойств исходных компонентов. Так, в обычных условиях интерметаллидуы уступают чистым металлам по электропроводности и теплопроводности, но превосходят их по твердости и температуре плавления. Например,

Все это показывает, что интерметаллиды можно рассматривать как соединения с сочетанием разных типов химической связи (металлической, ковалентной, и ионной). Относительная доля того или иного типа связи в разных металлоидах меняется при этом в широких пределах.

Разнообразие типов химической связи и кристаллических структур обуславливает у металлидов широкий спектр физико-химических, электрических, магнитных, механических и др. свойств. Так, их электрические свойства могут иногда меняться от сверхпроводимости в жидком гелии до полупроводимости при обычных условиях.

Механические свойства металлидов весьма чувствительны к воздействию температур. При обычных условиях большинство их них очень тверды и хрупки. При повышении температуры металлоиды ведут себя как пластичные тела. Основная причина этого – возрастания доли металлической связи при нагревании.

Многие металлиды отличаются высокой теплотой образования и химической стойкостью.

23.4 Сплавы – твердые растворы.

Твердые растворы – это фазы переменного состава, в которых различные атомы образуют общую кристаллическую решетку. Практически все металлы образуют твердые растворы с другими металлами и неметаллами. Однако в большинстве случае растворимость других элементов в металлах невелика, а иногда и пренебрежимо мало. Имеется несколько систем с полной взаимной растворимостью (непрерывные твердые растворы). Примерами таких твердых растворов служат сплавы серебро-золото, никель-кобальт, медь-никель, молибден-вольфрам. С точки зрения структуры твердые растворы не похожи ни на химические соединения, ни на механическую смесь.

В отличие от химических соединений твердые растворы существуют не при строго определенном соотношении компонентов.

В отличие от механической смеси твердый раствор является однофазным, имеет общую кристаллическую решетку.

В твердых растворах замещения растворение компонента B в металле A происходит путем частичного замещения атомами растворенного металла B атомов в решетке метала – растворителя A. Твердые растворы замещения образуются в сплавах железа с никелем, марганцем, хромом; меди с никелем и т.д.

Твердые растворы внедрения образуют кристаллическую решетку, в которой атомы растворенного вещества B располагаются между атомами металла – растворителя A. Твердые растворы внедрения получаются в сплавах железа с углеродом.

Рис. 4.8. Твердые растворы замещения (а) и внедрения (б).

Характерным для твердых растворов во всех случаях является сохранение типа решетки металла – растворителя, хотя атомы растворенного в них вещества ее искажают и изменяют средние размеры элементарной ячейки.

Сплавы – твердые растворы являются самыми распространенными. Их свойства отличаются от свойств составляющих компонентов. Так например твердость и электросопротивление у твердых растворов значительно выше, чем у чистых компонентов. Благодаря высокой пластичности они хорошо поддаются ковке и другим видам обработки давлением. Литейные свойства и обрабатываемость резанием у твердых растворов низкие.

Для твердых растворов характерно постепенное изменение свойств с изменением их состава. Прочность и твердость твердых растворов обычно выше, чем у каждого компонента в отдельности.

1. Конституция Российской Федерации. – М.: Юрид. лит., 1993.

2. Уголовный кодекс Российской Федерации. Официальный текст. Вступительная статья проф. А.Н. Игнатова и проф. Ю.А. Красикова. - М., 1996.

3. Закон РФ "Об основах государственной службы Российской Федерации" от 31 июля 1995 г.

4. Постановление Пленума Верховного Суда РФ от 10 февраля 2000 г. № 6 "О судебной практике по делам о взяточничестве и коммерческом подкупе".

Дата добавления: 2014-01-04