Разрушение в металлических конструкциях

А б в

Рис. 10. Схемы цилиндрического образца на различных стадиях растяжения:

а — образец до испытания (/₀ и d₀ — начальные расчетные длина и диаметр); б — образец, растянутый до максимальной нагрузки (/_р и d_р — расчетные длина и диаметр образца в области равномерной деформации); в — образец после разрыва (l_К — конечная расчетная длина; d_k — минимальный диаметр в месте

разрыва)

Прочность при статических нагрузках оценивается временным сопротивлением s _в и пределом текучести s _т; s _в - это ус­ловное напряжение, соответствующее наибольшей нагрузке, предшествующей разрушению образца (предел прочности на растяжение); s _т - напряжение, при котором начинается пластическое те­чение металла.

Рис.11. Схема испытаний ударной вязкости

Прочность при динамических нагруз­ках определяют по данным испытаний:

а) на ударную вязкость (разрушение ударом стандартного образца на копре)

Основным динамическим испытанием является метод испытания на ударный изгиб (ГОСТ 9454-78) с определением ударной вязкости ме­талла. Метод основан на разрушении образца с надрезом одним ударом маятникового копра (рис. 11).

Образец устанавливают на опорах копра и наносят удар по стороне образца, противоположной надрезу. Ударная вяз­кость Дж/ м²:

КС = AIF,

где А - работа, затраченная на разрушение образца, Дж; F - площадь образца в месте надреза, м².

б) на уста­лостную прочность (определение способ­ности материала выдерживать, не разру­шаясь, большое число повторно-перемен­ных нагрузок),

Большинство разрушений деталей и конструкций при эксплуатации происходит в результате циклического нагружения. Металл, подверженный такому нагружению, может разрушаться при более низких напряжениях, чем при однократном плавном нагружении.

Процесс постепенного накопления повреждений в материале при дейст­вии циклических нагрузок, приводящий к образованию трещин и разруше­нию, называют усталостью. Свойство материалов противостоять усталости называют выносливостью.

в) на ползучесть (определе­ние способности нагретого материала медленно и непрерывно деформироваться при постоянных нагрузках).

2) Пластичность - это способность ма­териала получать остаточное изменение формы и размера без разрушения. Пла­стичность характеризуется относительным удлинением d при разрыве, %:

d = (/_к - /₀) 100% / /_к,

где /_к - длина образца после разрыва, мм; /₀ - первоначальная длина образца, мм (рис.19).

3)Твердость - это способность мате­риала сопротивляться внедрению в него другого, не получающего остаточных де­формаций тела.

Рис. 12. Методы определения твердости: а — по Бринеллю; б — по Виккерсу; в —по Роквеллу;

Значения твердости, опреде­ленные различными методами, пересчи­тывают по таблицам и эмпирическим формулам. Например, твердость по Бринеллю (НВ, МПа) (ГОСТ 9012-59) определяют из отноше­ния нагрузки Р, приложенной к шарику, к площади поверхности полученного отпе­чатка шарика F_отп (рис. 12, а)

HB=PI F_отп

По методу Роквелла (рис. 12,в) (ГОСТ 9013-59)в испытуемую поверхность вдавливают алмазный конус с углом при вершине 120° или стальной шарик малого диаметра. Число твердости HR обратно пропорциональ­но глубине внедрения алмазного конуса. В зависимости от шкалы прибора введены следующие обозначения чисел твердости: HRA, HRB и HRC. При нагрузках на алмазный конус по шкале С и шкале А проводят измерения просто твердых или очень твердых и тонких материалов. Шкала В предназначена для ис­пытания мягких материалов.

Метод Виккерса (рис. 12, б) (ГОСТ 2999-75) позволяет измерять твердость как мягких, так и очень твердых материалов и сплавов. Твердость HV определяется по диагонали от­печатка d₁ от вдавливаемой алмазной пирамиды.

К физическим с войствам металлов и сплавов относятся температура плавления, плотность, температурные коэффициенты линейного и объемного расширения, электросопротивление и электропроводи­мость.

Физические свойства сплавов обуслов­лены их составом и структурой.

К химическим свойствам относятся способность к химическому взаимодейст­вию с агрессивными средами, а также ан­тикоррозионные свойства. Способность материала подвергаться различным методам горячей и холодной обработки определяют по его технологи­ческим свойствам.

К технологическим свойствам металлов и сплавов относятся литейные свойства, деформируемость (ковкость), свариваемость и обрабатываемость режу­щим инструментом. Эти свойства позво­ляют производить формоизменяющую обработку и получать заготовки и детали машин.

К эксплуатационным свойствам в за­висимости от условия работы машины или конструкции относят износостойкость, коррозионную стойкость, хладостойкость, жаропрочность, жаростойкость, антифрикционность материала и др.

Износостойкость - способность ма­териала сопротивляться поверхностному разрушению под действием внешнего тре­ния. Коррозионная стойкость - сопро­тивление сплава действию агрессивных кислотных и щелочных сред. Хладостойкость - способность сплава сохранять пластические свойства при температурах ниже О °С. Жаропрочность - способность спла­ва сохранять механические свойства при высоких температурах. Жаростойкость - способность спла­ва сопротивляться окислению в газовой среде при высоких температурах. Антифрикционность - способность сплава прирабатываться к другому сплаву. Эти свойства определяются в зависи­мости от условия работы машин или кон­струкций специальными испытаниями.

При выборе материала для создания технологической конструкции необходи­мо комплексно учитывать его прочност­ные, технологические и эксплуатационные характеристики.

СХЕМА ПРЕВРАЩЕНИЙ КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ В ИЗДЕЛИЯ МАШИНОСТРОЕНИЯ

1. Упругая деформация,вызванная действием внешних нагрузок или температуры;

2. Текучесть;

3. Бринелирование;

4. Вязкое разрушение;

5. Хрупкое разрушение;

6. Усталость: многоцикловая, малоцикловая, термическая, ударная, коррозионная;

7. коррозия: химическая, электрохимическая, щелевая,, точечная, межкристаллическая, биологическая, эрозионная;

8. Износ: адгезионный, абразивный, коррозионный, поверхностный усталостный и т.д.

9. Ползучесть;

10. тепловой удар;

11. Радиационное повреждение;

12. Выпучивание (локальное или потеря общей устойчивости).

Дата добавления: 2014-01-05