Конструктивной прочности

обладать конструктивной прочностью и надежностью при минимальных весе, себестоимости и высокой производительности;

Детали современных маншн и конструкций работают в условиях высоких динамических нагрузок, больших концентраций напряжений н низких температур. Вес это способствует хрупкому разрушению и снижает надежность работы машин. Поэтому конструкционные стали кроме высоких механических свойств, определяемых при стандартных испытаниях (ов, ап>2, 6, \з, я„, НВ) должны обладать высокой конструктивной прочностью, т. е. прочностью, которая проявляется в условиях их реального применения (в виде деталей, конструкций и т. д.) и характеризует их способность противостоять внезапным разрушениям при наличии пиковых напряжений.

Аналогичный характер разрушений наблюдается и для других типов отвалов бульдозеров. Основная особенность всех типов отвалов — существенное увеличение частоты их разрушений в интервале температур от 0 до —20°С, что указывает на применение неудовлетворительного по хладостой-кости материала (см. рис. 36, а — г). Для отвала на тракторе ДЭТ-250 высокая частота разрушений наблюдается также при температуре 20°С, что вероятно, связано с общей низкой конструктивной прочностью.

подвергается. Работоспособность ее определяется только конструктивной прочностью и низкой хла-достойкостью применяемых материалов.

Особые задачи стоят по повышению конструктивной прочности сварных изделий, которые во многих случаях отличаются от номинальной прочности образцов при статических испытаниях в условиях одноосных напряжений. В течение последних лет в СССР и за рубежом большое внимание уделялось исследованиям конструктивной прочности сварных тонколистовых конструкций. Особенно четкие различия между конструктивной прочностью и номинальной при одноосных напряжениях были получены в процессе испытаний конструкций баков небольшого объема из титановых сллавов. Опытным путем было установлено, что с повышением пластичности сплавов повышалась конструктивная прочность баков; напротив, сплавы с более высокой номинальной прочностью образцов показали худшие результаты при изучении конструктивной прочности изделий с концентраторами. Причиной этого явления оказалась высокая чувствительность к концентраторам напряжений высокопрочных титановых сплавов.

Увеличение прочности достигается созданием соответствующих композиций сплавов и технологии обработки. При этом происходит изменение состава и природы фаз, образующих сплав, их количества и размера, характера распределения дислокации и других дефектов кристаллического строения. Поэтому устанавливают связь между структурой и конструктивной прочностью металлов и сплавов.

Дисперсными частицами часто являются химические соединения. Чем сложнее кристаллическая решетка фазы упрочнителя и чем больше отличается ее состав от основного твердого раствора, тем сильнее упрочнение. Химические соединения, особенно карбиды и нитриды, имеют высокую твердость, но хрупки. Например, твердость карбида вольфрама WC составляет Н1790, карбида титана 'ПС — Н2850, нитрида титана TiN — Н3230. Таким образом, для получения сплавов с высокой конструктивной прочностью нужно, чтобы основной твердый раствор (матрица) имела мелкозернистое строение с развитой внутренней субструктурой, в которой равномерно распределены высоко-дисперснвш частицы упрочняющей фазы- Такая структура сплава обеспечивает получение полупроницаемых барьеров для движущихся дислокаций и сочетание высокой прочности (оп, от), пластичности (б, i[-), вязкости разрушения {Kic), вязкости (KCU, KCV, КСТ) и низкой температуры вязкохрупкого перехода (по-рор хладноломкости t50).

Низколегированные стали имеют более высокую конструктивную прочность в горячекатаном и нормализованном состояниях (рис. 167, НЛГК). После термической обработки низколегированных сталей от возрастает, a tb0 практически не меняется. Верхняя часть области НЛГК относится к сталям с карбидным упрочнением (14Г2АФ, 15Г2СФ и др.), а нижняя — к сталям 14Г2, 10Г2С1, 15ХСНД и др. (см. с. 262). Высокой конструктивной прочностью обладают низколегированные строительные стали после контролируемой прокатки (рис. 167, НЛКП). Машиностроительные легированные стали после закалки и низкого отпуска имеют высокую прочность сгт, но склонны к хрупкому разрушению (рис. 1§7, Лзно)- Улучшение в зависимости от температуры отпуска и состава стали обеспечивает низкий порог хладноломкости при достаточной прочности 0Т (рис. 167, ЛЗБ0). Наилучший комплекс механических свойств (сгт, Kic, tb0) легированные стали имеют после ТМО (рис. 167, Лтмо).

Выбор конструкционных материалов для изготовления соответствующих изделий (деталей машин, приборов и конструкций, а также инструментов) определяется в первую очередь совокупностью их механических свойств, называемой конструктивной прочностью.

обладают малой чувствительностью к надрезам, высоким сопротивлением хрупкому разрушению и низким порогом хладноломкости при прочности порядка а„ = 2000 МПа. Эти стали характеризуются высокой прокаливаемостью, хорошей свариваемостью, легкой деформируемостью в закаленном состоянии, малым короблением в процессе термической обработки. Мартенситно-стареющие стали представляют собой безуглеродистые (С < 0,03%) сплавы железа с 8—25% Ni, дополнительно легированные Со, Mo, Ti, Al, Cr и другими элементами. Благодаря высокому содержанию никеля, кобальта и малой концентрации углерода в результате закалки от 1220—820 °С в воде или на воздухе фиксируется высокопластичный (8 = 18—20%, v = 75—85%, KCU = 2—2,5 МДж/м2), но низкопрочный (а„ < 1100 МПа) железоникелевый мартенсит, пересыщенный легирующими элементами. Его в дальнейшем можно деформировать с большими степенями обжатия. Главное упрочнение происходит в процессе старения при температурах 450—550 °С за счет выделения из мартенситной матрицы когерентно с ней связанных мелкодисперсных фаз (NiTi, Ni3Ti, NiAl, (Ni,Fe)Al, FejMo и др.). Детали из листов и прутков малого сечения закаливают с температуры 820 °С с последующим старением при 500 °С. Детали большой толщины из стали ОЗН18К9М5Т подвергаются сложной термической обработке, включающей первую закалку с 1200 °С, последующую трехкратную закалку с 940 °С и старение при 520—540 °С (табл. 7.3). При этом закалку осуществляют в воде (до потемнения поверхности), а затем охлаждают на воздухе. Мартенситно-стареющие стали обладают высокой конструктивной прочностью в интервале температур от криогенных до 500 °С и рекомендуются для изготовления корпусов ракетных двигателей, стволов артиллерийского и стрелкового оружия, катапульт самолетов, шасси, гидрокрыльев, корпусов подводных лодок, батискафов, деталей криогенных сосудов, высоконагруженных дисков турбомашин, зубчатых колес, шпинделей, червяков и т. д.

94. Соболев Н. Д., Егоров В. И. Изучение неизотермической малоцикловой усталости в связи с конструктивной прочностью. — В кн.: Малоцикловая усталость элементов конструкций. Вильнюс: Вильнюсский инженерно-строительный институт, 1979, вып. 2, с. 4—.11:

Опыт показывает, что способность реального металла пластически деформироваться является его важнейшим и полезнейшим свойством. Это свойство используется при различных технологических процессах — при протяжке проволоки, операциях гибки, высадки, вытяжки, штамповки и т. д. Большое значение оно имеет и для обеспечения конструктивной прочности или надежности металлических .конструкций, деталей машин и других изделий из металла. Опыт показывает, что если металл находится в хрупком состоянии, т. е. если его способность к пластическому деформированию низка, то он в изделиях склонен к внезапным так называемым хрупким разрушениям, которые часто происходят даже при пониженных нагрузках на изделие.

Следует отметить, что получение высокопрочных фаз (а" и в особенности to) в результате термической обработки существенно снижает пластичность и вязкость и поэтому является малоэффективным средством повышения конструктивной прочности деталей из титановых сплавов.

Следует все же отметить, что «гнаться» за высокой прочностью не всегда целесообразно из-за снижения при этом вязкости (например, Kit), коррозии под напряжением, в общем снижения конструктивной прочности, что мы определили понятием надежности материала. Поэтому появилась тенденция не повышать прочность с помощью увеличения содержания цинка и магния, а наоборот, ограничиваться умеренной прочностью (как и у дюралюминия порядка 40 кгс/мм2), но зато иметь высокотехнологичный и надежный сплав, что достигается снижением содержания цинка и магния в сумме не более 6—6,5%. Таким сплавом является сплав 1915, содержащий 3,7% Zn, 1,5% Мп, 0,18% Zr (указано среднее содержание легирующих элементов).

Одним из факторов, способствующих снижению конструктивной прочности, является наличие в материале исходных микро- и макроскопических трещин. В хрупком теле в вершине трещины максимальное напряжение может достигать величины теоретической прочности атеоР: стте0р«(0,1...0,2)Е. Коэффициент концентрации напряжений

Рассмотрены кристаллическое строение металлов, пластическая деформация и рекристаллизация. Изложены современные методы испытания механических свойств и критерии оценки конструктивной прочности металлов, определяющие их надежность и долговечность. Описаны фазы, образующиеся в сплавах, н диаграммы фазового равновесия Большое внимание уделено теории и технологии тррмм';сс1;;;и и химико-термической обработки стали, описанию различных сталей, цветных металлов и их сплавов.

Критерии конструктивной прочности металлических материалов можно разделить на две группы:

Для решения практических задач металловедения, необходимо определять, как стандартные механические свойства, так и критерии конструктивной прочности.

Живучесть (скорость развития трещины при циклическом погружении). Важной характеристикой конструктивной прочности, характеризующей надежность материала, является живучесть при циклическом нагружении. Живучесть — это способность металла работать в поврежденном состоянии после образования трещины. Живучесть измеряется числом циклов до разрушения или скоростью развития трещины при данном напряжении.

У большинства легированных сталей распад аустепнта в промежуточной области не идет до конца. Если аустенит, не распавшийся при изотермической выдержке, не претерпевает мартенситного превращения при дальнейшем охлаждении, то сталь получает структуру бейиита и 10—20 % остаточного аустепнта, обогащенного углеродом. При такой структуре достигается высокая прочность при достаточной вязкости. Для многих сталей изотермическая закалка обеспечивает значительное повышение конструктивной прочности.

Повышение чистоты металла обеспечивает получение более высокой конструктивной прочности стали, главным образом благодаря увеличению работы развития трещины. Однако порог хладноломкости, определяемый по виду излома, в результате применения новых методов рафинирования изменяется мало. Прочность и пластичность после переплавов практически не меняются, но уменьшение неметаллических включений и их глобуляризация снижает анизотропию свойств пластичности и вязкости. При выборе режима термической обработки следует иметь в виду, что повышение чистоты приграничных объемов зерна от примесей и неметаллических включений повышает склонность стали, полученной Ш, ЭШ, ВД и ВИ, к росту зерна аустенита при нагреве. Нередко стали поставляют с регламентированными прокаливаемостью, величиной зерна, долей вязкой составляющей в изломе, ударной вязкостью при —60 °С и т. д.

- изменение структуры и механических свойств металла и сварных соединений в процессе высокотемпературной длительной эксплуатации, которые могут привести к снижению конструктивной прочности основных элементов печи.