Материала прочность

Приведенные на рис. 7.19 результаты исследований подтверждают эффективность комбинированной модификации, и, как следует из представленных зависимостей, наибольший эффект повышения стойкости твердосплавного инструмента достигается в области высоких скоростей резания, т.е. в условиях активизации адгезионных и диффузионных процессов при изнашивании инструментального сплава. Комбинированная модификация твердосплавного инструментального материала, как показали исследования процесса резания, приводит к уменьшению зоны вторичных деформаций, что является следствием снижения степени адгезионного взаимодействия с обрабатываемым материалом. В результате этого снижается уровень значений составляющей силы резания Лп„ отражающей характер трения в процессе трибо-механического взаимодействия. Изнашивание модифицированного инструментального материала характеризуется повышенной сопротивляе-

ляться чувствительность материала к выдержке т под нагрузкой. Вместе с тем, систематические исследования сплава Ti—6A1—4V в области МЦУ показали отсутствие у него чувствительности к выдержке т под нагрузкой. Длительность выдержки при этих исследованиях составляла г = 6,8 с, что значительно меньше, чем в других исследованиях. Однако результаты испытаний сплава ВТЗ-1 (см. табл. 7.1) свидетельствуют о том, что уже при выдержке т = 3 с материал, обладающий чувствительностью к ней, проявляет это свойство. Поэтому противоположные результаты разных работ нельзя объяснить только различной длительностью выдержки т при испытаниях материалов. На это же указывает проведенное в работе [107] сравнение полученных кинетических кривых с данными исследований Розенфильда [108], Йена [109] и фирмы Rolls-Royce. Результаты исследований Розенфильда соответствуют выдержке т = О и охватывают широкий спектр производства, термической обработки и структурных состояний материала. Приведенные им типичные данные роста усталостных трещин в точности совпали с данными работы [107]. Результаты фирмы Rolls-Royce оказались несколько хуже, то есть отвечали большим значениям СРТ при частоте циклов нагружения с выдержкой т, равной 0,5 Гц. Исследовали материал поковок в виде шайб, изготовленных штамповкой при температуре 968 °С с разной геометрией (ot? + (З^-структуры. В процессе дальнейшего изготовления материал поковок подвергали отжигу, охлаждению в воде и старению. Испытания проводили с асимметрией цикла 0,1 в диапазоне частот 1-4 Гц без выдержки под нагрузкой. Средние значения результатов работы Йена и работы [107] совпали, причем в полосу разброса экспериментальных данных укладываются результаты работ Розенфильда и фирмы Rolls-Royce.

Гипотезы прочности и состояние материала Приведенные напряжения Приведенные моменты

Гипотезы прочности и состояние • материала Приведенные напряжения Приведенные моменты для круглого сечения при отсутствии продольной силы

циркуляция материала. Приведенные на рис. 4-4 типичные данные о меж/фазовом теплообмене указывают на значительное улучшение теплообмена при пульсации потока в области не очень высоких чисел фонтанирования, особо существенное для частиц малого диаметра. Числа Nu здесь рассчитаны по результатам опытов по сушке в период постоянной 'Скорости. Количество переданного тепла определялось как сумма его затрат на нагрев материала и испарение влаги. Расчетная разность температур взята как средняя логарифмическая психрометрическая разность до и после слоя материала,

Рассмотренные линейные зависимости отношения Е/Е0 от разности скоростей Ас справедливы для оценки модулей Юнга пористых керамик, применяемых в ядерных установках, конструкционных керамик, материалов на основе глины, сверхпроводящих керамик, а также металлоке-рамик в пределах более чем двукратного изменения Е. Расхождение теоретических результатов с экспериментальными данными обусловлено разными размерами, формой и распределением пор в объеме материала. Приведенные зависимости справедливы только для материалов, полученных методом спекания из порошка. Они не относится к материалам, полученным по пенообразующим технологиям.

12. Диск авиационного двигателя из сплава Z в течение двухчасового «типичного» полета подвергается воздействию напряжений и температур в соответствии с данными, приведенными в таблице (см. стр. 470). Предельно допустимая деформация ползучести равна 0,1. Используя кривые ползучести для этого материала, приведенные на рис. Q13.12, вычислите полную деформацию ползучести после двухчасового полета с помощью (а) правила временного упрочнения, (Ь) правила деформационного упрочнения и (с) правила относительной продолжительности.

При расчете запасов, представленных в табл. 4.3, использовали средние характеристики материала, приведенные в справочной литературе. Это частично объясняет значительное отличие результатов расчета от эксперимента. Однако очевидно, что оценка разрушающей частоты вращения по (4.30), сделанная в предположении полного перераспределения напряжений, дает завышенные результаты.

Приведенные на рис. 7.19 результаты исследований подтверждают эффективность комбинированной модификации, и, как следует из представленных зависимостей, наибольший эффект повышения стойкости твердосплавного инструмента достигается в области высоких скоростей резания, т.е. в условиях активизации адгезионных и диффузионных процессов при изнашивании инструментального сплава. Комбинированная модификация твердосплавного инструментального материала, как показали исследования процесса резания, приводит к уменьшению зоны вторичных деформаций, что является следствием снижения степени адгезионного взаимодействия с обрабатываемым материалом. В результате этого снижается уровень значений составляющей силы резания /?v>,, отражающей характер трения в процессе трибо-механического взаимодействия. Изнашивание модифицированного инструментального материала характеризуется повышенной сопротивляе-

может быть получено на основе тех же соображений, какие приводятся Я. Б. Фридманом [2] для объяснения разрушения хрупких материалов путем отрыва без участия растягивающих напряжений при одноосном и двухосном сжатии. Разрушение происходит по плоскостям, по которым напряжения равны нулю. П. Бриджмен обнаружил при двухосном сжатии разрыв по плоскости, перпендикулярно которой нет напряжений для стали. Этот эффект «перекусывания», или «пинч-эффект», можно объяснить разрушением от упругих удлинений в направлении, перпендикулярном плоскости двухосного сжатия. Как следует из рис. 3.31, направление наибольших удлинений совпадает с преимущественной ориентацией волокон в продольных слоях шпона (с осью х), и поэтому сопротивление двухосному равному сжатию в плоскости уг (см. рис. 3.30) значительно превышает все остальные показатели прочности материала, приведенные в табл. 3.12.

Влияние концентрации напряжений на прочность деталей зависит не только от геометрической формы концентратора, но и от характера нагружения материала. Прочность деталей из пластичных материалов при статическом нагружении практически не зависит от концентрации напряжений и при расчетах не учитывается. Это объясняется тем, что при увеличе-

характеру ее распределения существенно различаются. Перераспределение арматуры по направлениям армирования по-разному отражается на свойствах материала. Прочность при сжатии R1 и модуль упругости Ег, как показывает сравнение характеристик двух типов материалов,, почти не зависят от перераспределения арматуры по направлению армирования, в то время как модули упругости и сдвига в плоскости основного армирования существенно изменяются.

Кроме того, некоторые приборы, в которых использован пластик, применяют в оборудовании, предназначенном для осуществления ядерных взрывов. В течение многих лет в ядерной промышленности для производства детонаторных головок используется композиционный материал на основе диаллилфталатного пластика (ДАР) с наполнителем из асбеста (рис. 8). Типичные свойства этого материала: прочность при растяжении > 3,5 кгс/мма; сопротивление воздействию дуги > 120 с; ударная вязкость по Изоду > 0,0011 кгс-м/сма, теплостойкость > 150 °С. Детали, изготовленные из этого материала, имеют высокую точность и отличную стабильность.

Коэффициент р позволяет оценить вклад матрицы в повышение или снижение прочности пучка волокон в результате его введения в матрицу. Так, например, если матрица вносит какой-то вклад в прочность по отношению к пучку или даже если она просто принимает на себя часть нагрузки, наблюдаемый коэффициент р будет больше единицы. Если же матрица химически взаимодействует с волокнами, либо волокна ломаются в процессе изготовления материала, прочность композиции может быть ниже, чем прочность пучка волокон, в результате чего (3 будет меньше единицы.

Моделируя работу материала в конструкции, можно полагать, что, если пренебречь масштабным фактором, кривые предельных состояний должны быть подобными для модельного и реального материалов. В случае отсутствия такого подобия закономерности разрушения в конструкции и модели могут быть различными. При этом предполагается, что ответственными за разрушение будут соотношения главных напряжений, рекомендуемые известными теориями прочности. Так, например, в случае моделирования условий разрушения конструктивного элемента, изготовленного из материала, прочность которого хорошо описывает первая теория прочности, следует применять материалы, прочность которых хорошо описывается той же теорией, т. е. должно выполняться условие

Технологич. пластичность сплава МАИ при прессовании и ковке — штамповке на прессах в интервале темп-р 425—480° удовлетворительная, при прокатке — пониженная. Допустимая степень деформации за один нагрев при ковке — штамповке 50—60%. Листовая штамповка может производиться при темп-рах 350—400°. Предельный коэфф. первой вытяжки 2, минимально допустимый радиус изгиба 3iS (5 — толщина материала). Технологич. пластичность сплава ВМД1 при прессовании и ковке—штамповке в интервале темп-р 380—480° удовлетворительная. Сплав МА13 обладает наиболее высокой технологич. пластичностью при всех видах обработки давлением. Листовая штамповка сплава МА13 производится при темп-рах 300— 400°. Для листов толщиной 1,6 мм допустимый радиус изгиба составляет: (5,5—6) 5 при темп-ре 20°, (3,5—4) 5 при 300°, (2,5—3) 5 при 370°, 1,2 5 при 425°, где 5— толщина материала. Предельный коэфф. 1-й вытяжки составляет 3—3,2. Прессованные полуфабрикаты из сплава МАИ удовлетворительно свариваются аргонодуговой сваркой при толщине стенок до 5 мм. Аргоно-дуговая сварка листов затруднена ввиду большой склонности сплава к образованию трещин при сварке тонких сечений. Контактная сварка затруднений не вызывает. Сплавы МА13 и ВМД1 удовлетворительно свариваются аргонодуговой сваркой. При сварке с присадкой основного материала прочность сварных соединений при комнатной темп-ре составляет 70% для сплава МА13 и 60% для сплава ВМД1, а при повыш. темп-рах (300—400°) — 80—90% прочности основного материала. При применении в качестве присадочного материала сплава с 2,7% Zn, 0,7% Zr и 3,8% Th

нология и эксплуатационные нормы разработаны в соответствии с особенностями конструкции и параметрами материала. Отказ материальной части в этих случаях является результатом различных отклонений в изготовлении и эксплуатации от тех условий, к-рые предусмотрены как нормальные для изделия и его материала. К ним, в частности, относятся неоднородность и нестабильность использованного материала. Однако Н. не тождественна однородности и стабильности материала. Для обеспечения Н. необходимо, чтобы ни в одном участке объема материала прочность не имела значений ниже принятых при проектировании и чтобы в течение всего срока эксплуатации эти св-ва не снижались ниже определенного уровня. Весьма однородный и стабильный во времени материал, напр, стекло, разрушается при малейших перенапряжениях, выходящих за пределы расчетных, и, следовательно, имеет весьма низкую Н. Поэтому для достижения Н. необходима также небольшая чувствительность к перегрузкам.

В настоящее время требования, предъявляемые к свойствам материалов, стали крайне разнообразными ввиду того, что условия эксплуатации материалов стали более жесткими и сложными. В качестве примера можно указать следующие свойства, которые могут потребоваться от материала: прочность, жесткость, коррозионная стойкость, износостойкость, легкий вес, долговечность, термостойкость, теплопроводность, звуконепроницаемость, красивый внешний вид и т. д, Вполне естественно, что, используя простые материалы, очень трудно удовлетворить в достаточной степени указанным выше

Все это указывает на значительное повышение жесткости материала при воздействии повышенных температур. В процессе теплового старения прочность при изгибе (так же как и удельная ударная, вязкость) после упрочнения практически остается без изменения до конца испытаний в отличие от светотеплового старения, где после упрочнения наблюдается снижение прочности при изгибе, что связано с разрушением поверхностного слоя материала. Прочность при растяжении поликапролактама незначительно повышается во время теплового старения, а в процессе светотеплового старения снижается приблизительно на 20 % от исходной по тем же причинам, по которым происходит снижение удельной ударной вязкости и прочности при изгибе. Испытания, имитирующие атмосферное старение, следует проводить по методике ГОСТ 10226—62. Причем транспортные агрегаты рекомендуется испытывать в трех климатических зонах: умеренно-континентальные (Ленинград, район Среднеевропейской части страны); континентальной (район Ферганы и Ташкента) и влажных субтропиков (район Батуми). В табл. 11 представлены температурные характеристики этих зон.

Марка Краткая технологическая характеристика материала Прочность на сжатие в кГ/смг, не ниже Объемный вес в s/ см', не ниже Размеры заготовок

физико-механические свойства разрушаемого материала (прочность на сжатие сгсж, растяжение араст, модуль Юнга Е, плотность материала).