Коэффициентах термического

При выборе сварочных материалов для сварки ферритных высокохромистых сталей необходимо учитывать возможное отрицательное проявление различия в коэффициентах теплового расширения основного металла и металла швов. Заметное различие коэффициентов теплового расширения основного металла и металла швов приводит к накоплению локальных деформаций после каждого цикла нагрева и охлаждения.

Из-за большой разницы коэффициентов теплового расширения алюминиевых сплавов и стали или чугуна монометаллические вкладыши из алюминиевого сплава, установленные в стальной или чугунный корпус (наиболее распространенная конструкция подшипника), при рабочих температурах могут иметь высокие внутренние напряжения сжатия, тем большие, чем выше температура (см. табл. 77—78). При некоторой критической температуре внутренние напряжения могут достигать предела текучести материала (при условиях, зависящих от посадки, геометрических размеров, прочности сплава и разницы в коэффициентах теплового расширения корпуса и вкладыша) и вкладыши начнут деформироваться пластически. Вследствие этого при последующем охлаждении вкладышей внутренний диаметр их уменьшается против начального, что приводит к опасному уменьшению или исчезновению зазора между валом и вкладышами. Величина критической температуры, как показали расчеты и экспериментальная прогерка, обратно пропорциональна пределу текучести материала, что и привело к распространению наиболее прочных алюминиевых сплавов в начальный период промышленного применения алюминиевых антифрикционных сплавов.

гут быть вызваны изменениями нагрузки котла, пульсацией факела в процессе горения, колебаниями соотношения вода — топливо в допускаемых пределах и пр. Тепловые напряжения при возмущении со стороны факела имеют весьма большие значения в поверхностных слоях, но быстро затухают по глубине. В первом приближении можно считать, что при резком возмущении они имеют существенную величину на глубине до 1 мм. Особенно они велики на границе раздела металл — окисел из-за различия в коэффициентах теплового расширения и плотностей. При окислении стали на ее поверхности образуется окисная пленка, имеющая меньшую плотность по отношению к металлу, из которого она образовалась. Поэтому вследствие того, что она прочно сцеплена с металлом, пленка находится в сжатом состоянии, а металл в поверхностном слое растянут. При увеличении теплового потока в окисной пленке возникают дополнительные напряжения сжатия, а при уменьшении потока эти напряжения снижаются. Пластичность окисной пленки весьма невелика. Так, она разрушается в интервале температур 500—600°С при деформации на 0,65—0,85%.

При нагревании стали до 600° скорость роста окисной пленки подчиняется степенному закону с показателем степени больше двух. При этой температуре на поверхности стали образуются все три окисла: FezOz, FesC^ и FeO. Толстые многослойные пленки имеют много дефектов в строении, вызванных различием в линейных и объемных коэффициентах теплового расширения. Наличие на поверхности надрывов и трещин облегчает процесс диффузии и способствует повышению скорости роста пленки. Разные окислы слабо сцеплены между собой, поэтому иногда наблюдается откалывание окалины даже без воздействия абразива. Этот процесс особенно заметен на углеродистых сталях при температуре выше 575°, когда на границе металл — пленка начинает образовываться закись железа, имеющая плохое сцепление с основным металлом [20]. Кроме того, толстые пленки очень хрупки, что приводит к возрастанию роли ударного износа, •так как даже малоабразивные и мелкие частицы будут пробивать окалину, тогда как при ее отсутствии они практически не влияют на износ. Образованию рыхлых пленок спо-

величины зазоров, рабочего давления, твердости и других физических свойств материала О-образного кольца. Зазоры следует выполнять столь малыми, как это позволяют сделать технологические возможности (табл. 3), однако с учетом различия в коэффициентах теплового расширения материалов сопряженных деталей.

Разность температур диафрагмы и обоймы в месте установки диафрагмы можно ожидать еще меньшую, чем разность температур обоймы и цилиндра, так как обе они нагреваются или охлаждаются с двух сторон. Диафрагма будет изменять свою температуру несколько быстрее, так как она обогревается паром еще из рабочих каналов. При подвеске диафрагмы аналогично обойме смещения их центров будут складываться. Но так как размер а у диафрагмы меньше, да и величина А/ тоже может быть меньше, ее расцентровку относительно обоймы можем принять равной 0,02 мм, а всего расцентровку диафрагмы относительно цилиндра 0,03+0,02=0,05 мм (при мало отличающихся коэффициентах теплового расширения материалов рассматриваемых деталей). Это изменение положения оси может быть направлено как вверх (при увеличении нагрузки), так и вниз (при ее снижении).

Для предупреждения выдавливания кольца в зазор размер последнего должен быть столь малым, как это позволяют технологические возможности, однако с учетом различия в коэффициентах теплового расширения материалов сопряженных деталей.

д. Следует избегать применения колец и соединительных фланцев из материалов со значительной разницей в коэффициентах теплового расширения.

маемости и коэффициентах теплового расширения этих фаз. Вычисления

Теплоемкости а- и р-фаз при постоянном объеме сг можно вычислить из приведенных в табл. 3 величин гр и представленных ниже данных о сжимаемости и коэффициентах теплового расширения этих фаз. Вычисления дали следующие величины:

Стандартные искатели можно свободно применять в диапазоне-температур от —20 до +60°С. При более высоких постоянно-действующих температурах встречаются различные трудности,, которые в лучшем случае допускают лишь кратковременное акустическое подключение с последующим охлаждением. Наряду с температуростойкостью излучателя, демпфера и клея трудности создаются различиями в коэффициентах теплового расширения материалов, применяемых в искателях. Поэтому при длительно» действующих высоких температурах или температурах поверхности нужно применять специальные искатели. '. [

Опыт эксплуатации аппаратуры из кислотоупорной эмали на химических заводах показал, что в большинстве случаев аппаратура выходит из строя вследствие различия в коэффициентах термического расширения металла и покровного слоя, приводящего к возникновению в эмали больших внутренних напряжений. Если коэффициент термического расширения эмали аэ больше такового у металла ам, то в эмали возникают растягивающие напряжения и она растрескивается, а при ам > а3 возникают

Основные недостатки эмалевых покрытий те же, что и у стекля: легкая повреждаемость при механических и тепловых ударах. Но имеющемся данным f около 97$ эмалированной аппаратуры выходит из строя при деформациях из-за разницы в коэффициентах термического расширения металла и покровного слоя. Качество етеклоэмалевых покрытий 3 нас в стране постоянно совершенствуется. С помощью кислоюуяор-ной эмали защищают резерву яры, реакторы, вакуум-аппараты, звто-илйвы, дистилляторные и ректификационные установки, теплообменные аппярвты, мешалки, трубы, детали их соединений и запорные механизмы, холодильники и др.

Образующаяся на поверхности труб поверхностей нагрева оксидная пленка имеет, как правило, хорошие защитные свойства, прочно связана с трубой и способна изолировать металл от прямого действия пара, а также относительно стойка к внешним химическим и механическим воздействиям. Внешние химические воздействия на оксидный слой связаны со свойствами водяного пара, например содержанием кислорода, разнородных солей и других компонентов. Причинами механического воздействия являются колебания температуры, вибрация труб, различия в линейных коэффициентах термического расширения металла и его оксида и т. д. Определенное влияние на защитные свойства оксидной пленки имеет и критерий Пиллинга — Бедуорта.

Остаточные напряжения в волокнистых композитах в основном двоякого происхождения — термического и механического. Термические напряжения возникают из-за различия в коэффициентах термического расширения компонентов; они распространены наиболее широко. Поскольку температуры эксплуатации композитов всегда отличаются от температур изготовления, различное термическое расширение или сжатие волокна и матрицы приводит к возникновению термических напряжений при охлаждении от температур изготовления. В частности, композиты с [металлической матрицей изготавливают при температурах гораздо выше комнатной, и поэтому вероятность возникновения очень высоких уровней термических напряжений растет.

В процессе изготовления волокнистых композитов в компонентах и на границе раздела неизбежно возникают остаточные микронапряжения. Возникновение остаточных микронапряжений обусловлено двумя основными причинами: (1) различием в коэффициентах термического расширения компонентов и (2) повышенной температурой, необходимой для отверждения композита. Для исследования остаточных микронапряжений развиты и экспериментальные, и теоретические методы [10]. В настоящем разделе мы будем интересоваться величиной этих напряжений в связи с их возможным влиянием как на свойства матрицы в композите, так и на истинное напряженное состояние, вызванное приложенной механической нагрузкой.

укладываются в пакет (в соответствии с заданной схемой армирования и последовательностью укладки слоев с различной ориентацией), подвергаются вакуумной обработке и помещаются в формующее оборудование (пресс или автоклав). В этом оборудовании материал подвергается действию внешнего давления и температуры, обеспечивающих по возможности более полное протекание химических реакций, связанных с образованием пространственно сшитой структуры полимерного связующего. Предположительно на этом этапе уровень усадочных напряжений очень низок1), После завершения процесса отверждения давление и температура снижаются, готовая деталь извлекается из камеры автоклава или прессформы и охлаждается до комнатной температуры для окончательной отделки и сборки. Полное отверждение матрицы происходит еще до охлаждения изделия. Поэтому различие в коэффициентах термического расширения арматуры и полимерной матрицы приводит к. возникновению в слоистом композите термических усадочных напряжений. Этот процесс происходит в композите с любой схемой армирования, хотя в большинстве случаев наблюдается искривление, скручивание или другое изменение формы плоских деталей, которое приводит в конечном итоге к снижению усадочных напряжений. (Здесь автор имеет в виду, конечно, макронапряжения. — Прим. перев.)

Теперь рассмотрим применение описанных методов для расчета термических напряжений в компонентах композита, возникших после некоторого температурного воздействия в результате различия в коэффициентах термического расширения волокна и матрицы. Пока не будем принимать во внимание возможное влияние ползучести матрицы.

К недостаткам керамических покрытий относятся: пористость, плохое сцепление с основой, изменение внутреннего строения материала покрытия при изменениях температуры, большое различие в коэффициентах термического расширения покрываемого материала и керамического покрытия.

К числу лучших жаропрочных материалов относятся молибден и вольфрам. Для защиты их от окисления никель, к сожалению, неприемлем из-за большой разницы этих металлов в коэффициентах термического расширения и плохого сцепления. К тому же молибден обладает способностью быстрой диффузии в никель, что приводит к образованию хрупких интерметаллидов. В данном случае эффективной защиты не обеспечивает и хромовое покрытие, так как оно часто пронизано сеткой трещин, а при высоких температурах на нем образуется осыпающаяся окалина. Для защиты молибдену и вольфрама от окисления при 900—1000° можно использовать двойное хромо-никелевое покрытие. Оно характеризуется высокими пластичностью и сопротивляемостью механическим повреждениям.

Полипропиленовые и полиэтиленовые листовые материалы можно крепить полиуретановыми (ВК-11, ВИЛАД-1) и эпоксиднокаучуко-выми клеями механохимическим методом. Для фторопластовых клеев при том же методе используют эпоксиднофторкаучуковый клей,, отверждаемый фторамином. Однако из-за большого различия в коэффициентах термического линейного расширения металла и полимера такая защита неэффективна при значительных перепадах температур. Этот недостаток можно преодолеть, используя биматериалы типа полипропилен — бутилкаучуковая резина, фторопласт ЧМБ-полихлоропреновая резина. Наиболее экономичны листы профилированного полиэтилена (РТУ 251—73), выпускаемые в виде бесшовных профилированных (ребристых) рукавов диаметром 600 мм, которые разрезают на листы длиной до 50 м; толщина листов 1,5—1,7, высота ребер 8, расстояние между ребрами 40 мм.

материалов к необратимому формоизменению под действием внутренних напряжений. В частности, Н. Н. Давиденковым и В. А. Лихачевым рассмотрена общая теория этого явления применительно к металлам, находящимся в условиях циклического изменения температуры [44]. Среди возможных причин появления внутренних напряжений были рассмотрены такие, как наличие градиента температуры по сечению образца, анизотропия коэффициента термического расширения, разница в коэффициентах термического расширения соседних фаз в многофазных материалах и другие.