Минимальной прочности

Модель Слихтера не учитывает возможности раздельного изменения угла боковых плоскостей Y- Если угол боковых плоскостей будет 60°, а угол в основании 90°, то может получиться октаэдрическая укладка с предельно-минимальной пористостью 0,259 и двенадцатью точками касания шаров, как и у тетра-октаэдрической ячейки, но совершенно другой формой пространства между шарами (рис. 2.2). Таким образом, даже в пре-дельношютных укладках форма пространства между шарами, разделение и слияние отдельных струек жидкости может быть различным; это должно сказаться и на гидродинамическом сопротивлении.

Диффузионное хромирование применяется при производстве болтов, винтов, труб, фитингов, цепей, бытовых изделий, скоб, хирургических инструментов и пр. Для обеспечения высокой устойчивости покрытия необходимо, чтобы оно обладало минимальной пористостью, а также не содержало загрязняющих включений.

К каменно-керамическим материалам относится керамика, изготовленная из природных глин или глин с добавками и обладающая минимальной пористостью, большой прочностью и мелкозернистым строением (табл. 54). К каменно-керамиче-ским изделиям относятся клинкерный кирпич, плитки для полов, канализационные трубы, кислотоупорные изделия. Часть этих материалов находит либо прямое применение в химическом машиностроении (например, керамические насосы), либо вспомогательное (футеровка емкостей, облицовка фундаментов и др.).

тинга, с минимальной пористостью) получают при у = 50 ...

Повышения К]С можно ожидать для многофазных нанокомпо-зитов с нанокристаллической матрицей, когда трещина будет огибать включения и ее протяженность будет заметно превышать линейный маршрут для монокристаллов и небольшую «зубчатость» для однофазных наноматериалов. Главная трудность состоит в получении нанокомпозитов с минимальной пористостью. Некоторые положительные результаты с использованием интенсивных методов консолидации (см. гл. 4) уже получены. Например, для композиции А12О3—ZrO2 (10%) (размер зерен матрицы 40 нм, размер включений 25 нм, относительная плотность 98 %) значение К1С составило 8,38 МПа- м'/2 [53].

Самофлюсующиеся порошки получили наибольшее распространение в практике восстановительно-упрочняющих технологий. Особое преимущество материалов этого класса состоит в том, что качественное оплавление покрытия происходит без применения дополнительных флюсов или защитных сред. Химический состав сплавов обеспечивает пониженную температуру плавления, расплав хорошо смачивает наплавляемую поверхность, удаляет оксидные пленки, частично растворяет подложку, что в конечном итоге приводит к формированию высококачественного покрытия с минимальной пористостью, высокой прочностью сцепления с основой и ровной, гладкой поверхностью. Основными элементами, обеспечивающими самофлюсование сплава, являются бор и кремний. Эти элементы имеют высокое сродство к кислороду. При взаимодействии с оксидами они ведут себя как энергичные восстановители, образуя В203 и Si02 в виде стекловидного шлака на поверхности, защищая таким образом металл от окисления. Помимо флюсования бор и кремний улучшают жидкотекучесть и уменьшают поверхностное натяжение расплава. В настоящее время выпускают самофлюсующиеся порошки на основе кобальта, никеля и железа. Есть сведения о самофлюсующихся порошках на основе меди.

Исследования различных авторов показывают, что существует определенный интервал времени задержки от инициирования волны горения до приложения давления компактирования, при котором пористость минимальна. Материал с минимальной пористостью отвечает условиям неравновесности системы, при которых в процессе деформации самоорганизуются диссипативные структуры, обладающие фрактальностью. Поэтому в процессе получения беспористых материалов управляющими параметрами являются давление и температура компактирования, определяющие бифуркационную неустойчивость предыдущего состояния системы по отношению к последующему в результате образования сдвиго-неустойчивых фаз. При этом переходе движущей силой процесса является стремление системы к минимизации энтропии при самоорганизации дис-сипативных структур. Здесь полностью применима S-теорема Климонто-вича о минимуме производства энтропии при самоорганизации структур. Именно самоорганизация обеспечивает оптимизацию структуры и минимальную пористость заготовки. Обеспечение режимов турбулизации в СВС связано с управлением кинетикой реакции горения.

Контейнеры с минимальной пористостью 1...5 % очень хорошо пере-1ют давление (4,2 ГПа при 770 атм в гидросистеме). Однако эксплуа-фовать такие контейнеры нерационально, поскольку при нагружении ICTO происходят «выстрелы» (самопроизвольный выброс материала кон-;йнера между пуансонами). Надежного тирания камеры не происходит, т. к. атериал контейнера не течет и не об-азует равномерного запорного слоя ежду пуансонами. Прокладки загружался неравномерно, что является допол-ительной причиной «выстрелов». При спользовании такого контейнера твер-осплавные пуансоны преждевременно ыходят из строя, т. к. на пуансонах возникают локальные напряжения из-за оприкосновения с контейнером только отдельных местах, а также из-за «выс-

В зависимости от плотности и назначения порошковые материалы подразделяются на две группы: 1) плотные — материалы с минимальной пористостью, изготовленные на базе порошков железа, меди, никеля, титана, алюминия и их сплавов; и 2) пористые, в которых после окончательной обработки сохраняется свыше 10-15 % пор по объему. Первая группа материалов нашла широкое применение в машино- и приборостроении, автомобильной и авиационной технике и других отраслях оборонного и общегражданского производства. Высокая пористость материалов второй группы обеспечивает приобретение ими специальных свойств и позволяет применять их для изготовления специальных изделий (изделий анти-

К каменно-керамическим материалам относится керамика, изготовленная из природных глин или глин с добавками и обладающая минимальной пористостью, большой прочностью и мелкозернистым строением (табл. 54). К каменно-керамическим изделиям относятся клинкерный кирпич, плитки для полов, канализационные трубы, кислотоупорные изделия. Часть этих материалов находит либо прямое применение в химическом машиностроении (например, керамические насосы), либо вспомогательное (футеровка емкостей, облицовка фундаментов и др.).

Диффузионное хромирование применяется при производстве болтов, винтов, труб, фитингов, цепей, бытовых изделий, скоб, хирургических инструментов и пр. Для обеспечения высокой устойчивости покрытия необходимо, чтобы оно обладало минимальной пористостью, а также не содержало загрязняющих включений.

ра поперечного образца, доведенного до разрушения после предварительного отжига при 1144 К в течение 1,5 ч, показана на рис. 21; образец разрушается по поверхности раздела в области, ослабленной пористостью. Пористость у поверхности раздела возникает, вероятно, вследствие уменьшения объема при образовании из соответствующих компонентов TiB2, хотя, возможно, отчасти связана с неравенством диффузионных потоков между волокном и матрицей. Слой диборида (белая фаза) после разрушения остается на поверхности титана, ранее примыкавшей к волокну. С ростом толщины зоны взаимодействия механизм разрушения меняется, что, однако, не сказывается на поперечной прочности. Значения прочности образцов Ti—В с различной толщиной зоны взаимодействия приведены в табл. 1. Обоим типам разрушения отвечает почти одинаковая поперечная прочность; это подтверждает, что прочность близка к своему нижнему предельному значению. По-видимому, в данном случае величина напряжений, приводящих к разрушению по поверхности раздела или к расщеплению волокна, меньше минимальной прочности композита, в котором волокна не связаны с матрицей.

из этой фотографии, углеметаллопластик состоит из отдельных элементарных слоев графитизированной (угольной) ткани, пропитанной полимерным связующим, и проложенной между элементарными слоями вольфрамовой сетки. Образцы для испытаний вырезали из спресованных плит вулка-нитовыми дисками в направлении максимальной и минимальной прочности. В плане образцы имели форму прямоугольных полос шириной 20 мм. Длина их для испытаний на сжатие составляла 120 мм, для испытаний на растяжение 250 мм, а для исследования кинетики термической деструкции 20 мм. Для изучения кинетики потери массы образцы вырезали из плит вдоль и поперек укладки вольфрамовой сетки. Температуру нагреваемой поверхности образцов в процессе опыта изменяли как линейную функцию времени:

Анализируя данные гл. I, можно заключить, что при постоянстве внешней среды прочность изделия уменьшается со временем по экспоненциальному закону. Срок службы изделия до достижения минимальной прочности обратно пропорционален концентрации материала; логарифм долговечности изделия, отвечающей определенному значению прочности, обратно пропорционален энергии среды. Проведенные исследования [106] различных материалов и сред подтверждают, что прочность Л" реального изделия будет превышать приложенную нагрузку Q лишь в течение ограниченного срока службы t\, так как прочность обычно уменьшается в процессе старения. Поэтому изделия будут работать без отказов только в течение некоторого конечного периода времени t\. За время /j надежность Р изделия равна единице, а по истечении этого времени надежность равна нулю (рис. 60).

2. Приведённые выше формулы для определения допускаемых контактных напряжений сдвига дают значения последних, равные пределам усталости рабочих поверхностей на сдвиг по наиболее низким опытным данным. Так как Rcn или RcK определяются по минимальной прочности или твёрдости материала зубьев, а т определяется с учётом динамической нагрузки, подсчитываемой при наиболее неблагоприятном характере и при наибольшей величине ошибок нарезания, то можно ориентироваться на средние значения экспериментально найденных пределов контактной усталости (при обработке экспериментальных данных динамическая нагрузка и неравномерность распределения нагрузки по контактным линиям в большинстве случаев не учитывались).

Обработка результатов ускоренных испытаний ведется с помощью трех условных кривых усталости (рис. 7.1). Две из них предположительно соответствуют ожидаемой максимальной и минимальной прочности. Третья кривая отвечает сред-. ним значениям соответствующих ординат предельных кривых. На диаграмму, на которой представлены условные кривые, наносится ступенеобразная линия результатов ускоренных испытаний. Согласно результатам испытаний, подсчитывается сумма относительных повреждений, накопленных деталью до ее разрушения, по трем условным кривым усталости. Строится зависимость суммы повреждений от величины пределов усталости, характеризуемых условными кривыми, и путем графической интерполяции определяется такой уровень напряжений, для которого сумма повреждений равна единице

1. Простейший метод расчета предусматривает использование только одной механической характеристики — минимальной прочности углового шва и соответственно одного допускаемого напряжения. Обычно таковой является прочность шва на продольный срез. Для большинства видов соединений используется кинематический метод определения сил в швах. При определении касателънйгх напряжений в поясных швах балок при наличии перерезывающей силы Q используют формулу сопротивления материалов IQ = (QS)/(Jb), а при наличии сосредоточенной силы Р находят длину участка шва, передающего эту силу. Так как в этом методе не используются критерии пластичности, он может обслуживать только 1 и 2 виды разрушений соединения с пластичными и вязкими швами.

2. Несколько более сложный метод расчета предусматривает учет направления действия сил и соответственно использует помимо минимальной прочности шва еще коэффициент повышения прочности шва С, зависящий от направления передаваемых швами сил. Расчет выполняется в две стадии. Сначала определяют действующие рабочие напряжения и находят расчетные коэффициенты повышения прочности С для отдельных участков швов в зависимости от направления передаваемых ими сил. На второй стадии снова определяют рабочие напряжения с учетом коэффициентов повышения прочности швов. При данном подходе требуется знать как прочность углового шва на продольный срез, так и прочность при приложении силы перпендикулярно продольной оси шва. Прочность при произвольном направлении силы определяется по формулам, приведенным в §8.3. Этот метод, как и предыдущий, относится к косвенным. Он также предназначен только для вязкого состояния основного металла и достаточно пластичных швов.

Первый, простейший способ расчета нуждается в определении только одной механической характеристики — минимальной прочности единицы длины углового шва Т мик (табл.8.2.1). Обычно это прочность углового шва при продольном срезе. Поскольку данный метод расчета исходит из предположения, что пластичность шва достаточно велика, то, чтобы убедиться в этом, необходимо испытать швы также и в поперечном направлении. При этом прочность и пластичность шва следует оценивать по значениям Р и А (см. рис.6.7.3).

Такая форма представления данных о минимальной прочности угловых швов через тф удобна при переходах от одних катетов швов к другим при сохранении неизменными сварочных материалов и способа сварки.

Для угловых швов с наплавленным металлом, прочность которого существенно превосходит прочность основного металла, для швов с малым катетом и глубоким проплавлением, а также в случаях, когда проявляется фактор низкотемпературной хрупкости, выражать прочность угловых швов в функции катета и минимальной прочности материала на срез нецелесообразно, так как в этих случаях не наблюдается прямая пропорциональная связь между прочностью и размером катета шва. Более удобным представляется указывать прочность углового шва . в этих случаях в виде прочности единицы длины шва на срез Гф р, не выражая ее через размер катета шва. Значение прочности при других катетах следует определять экспериментально.

Эффект разупрочнения сварных соединений хромомолибдено-вых сталей имеет большое значение для работы сварных газоплотных панелей котлов, внедрение которых позволяет заметно повысить экономичность этих агрегатов и является одной из основных тенденций развития котлостроения. При изготовлении панелей из гладких труб с вваренными проставками или заплавленными перемычками (рис. 106} мягкая прослойка находится в сечении трубы, подверженном внутреннему давлению, и расположена перпендикулярно действию окружных напряжений. Проведенные испытания таких труб из стали 12Х1МФ на длительную прочность при 600° С под внутренним давлением показали, что во всех случаях разрушений проходили по прослойке. Для труб с наплавленными перемычками, где зона разупрочнения шире (рис. 106, б), снижение уровня длительной прочности по сравнению с целой трубой было больше, чем для труб с вварной проставкой (рис. 106, а). Разрушение проходило преимущественно с той стороны, где проплавление было больше. Разброс опытных точек был значительно больше в исходном состоянии после сварки, чем после проведения отпуска при 720—740° С — 2 ч. В последнем случае пластичность при разрушении примерно в два раза превышала значения, полученные для исходного состояния. Длительная прочность труб с проставками после отпуска при экстраполяции на 105 ч составляла примерно 90% от минимальной прочности труб стали 12Х1МФ, а с наплавками — около 80%.