Материала вызванное

В табл. I.I приведены механические свойства наиболее распространенных в аппаратостроении сталей, которые позволяют судить о состоянии штампуемостн (способности материала выдерживать пластическую деформацию в заданной конфигурации без нарушения сплошности). Способы оценки штампуемости материалов описаны в разделе 3.

Штампуемость есть частный случай способности материала к пластической деформации или способность листового материала выдерживать пластическую деформацию в заданной конфигурации без нарушения сплошности и прочностных характеристик.

Величина термических напряжений в отливке (изложницы) зависит от перепада температур (А/) между отдельными ее частями или по сечению стенки, коэффициента термического сжатия (а), модуля упругости (?). Способность же выдерживать эти напряжения без разрушения характеризуется прочностью материала. Исходя из изложенного способность материала выдерживать возникающие напряжения - стойкость против образования трещин В - долж-

* Термостойкость — способность материала выдерживать резкие колебания температуры.

Испытания проволоки на перегиб проводят с целью установления способности материала выдерживать многократные деформации. Методы их проведения регламентированы: в части испытаний проволоки диаметром 0,5—10 мм из черных и цветных металлов и их сплавов — ГОСТ 1579—80, в части лент, листового и полосового проката толщиной менее 4 мм — ГОСТ 13813—68 (СТ СЭВ, 479—77). Имеются рекомендации ISO № 205.

способность материала выдерживать повторную пластическую деформацию [11/1, 3, 16, 23]. Сущность этой характеристики связана с явлением внутреннего трения, вызываемого деформацией кристаллических материалов.

Однако применение большого числа одновременно работающего инструмента имеет свой предел, который диктуется не только геометрическими возможностями расположения инструмента, но и условиями отвода стружки, способностью обрабатываемого материала выдерживать большие нагрузки и т. д.

Жаропрочность — способность материала выдерживать механические нагрузки без существенной деформации и разрушения при повышенных температурах. Жаропрочность определяется комплексом свойств, включающих сопротивление ползучести и длительному разрушению и жаростойкость. Жаропрочность характеризуют пределом длительной прочности, пределом ползучести и временем до разрушения при заданных напряжении, температуре и рабочей атмосфере. Жаропрочность отражает свойство стали сохранять прочность, пластичность и стабильность структуры при высоких температурах в условиях ползучести металла в течение расчетного срока службы в сочетании с высокой коррозионной стойкостью (при температурах эксплуатации не выше 585 °С и умеренном коррозионном воздействии среды)„

Прочность при динамических нагрузках определяют по данным испытаний: на ударную вязкость (разрушение ударом стандартного образца на копре), на усталостную прочность (определение способности материала выдерживать, не разрушаясь, большое число повторно-переменных нагрузок), на ползучесть (определение способности нагретого материала медленно и непрерывно деформироваться при постоянных нагрузках). Наиболее часто применяют испытания на ударную вязкость (рис. 1.7):

Морозостойкость — свойство насыщенного водой материала выдерживать многократное число циклов попеременного замораживания и оттаивания без видимых признаков разрушения и без значительного понижения прочности. Морозостойкость материала количественно оценивается маркой по морозостойкости (например, F 50). За марку материала по морозостойкости принимают наибольшее число циклов попеременного замораживания и оттаивания, которое выдерживают образцы материала без снижения прочности на сжатие более 15%; образцы после испытаний не должны иметь видимых повреждений — трещин, выкрашивания (потеря массы не более 5%). От морозостойкости зависит долговечность строительных материалов в конструкциях, подвергающихся действию атмосферных факторов и воды.

В предложенной США космической программе "Ориент-экспресс" наиболее трудной частью является получение супержаростойких материалов. Для решения этой проблемы в Японии был создан тематический проект для разработки ФГМ, включающий кооперацию различных исследовательских и технологических групп. Это новый класс материалов, создаваемый таким образом, чтобы они были способны, благодаря специальному конструированию материала, выдерживать длительное время высокие градиенты температур при действующем режиме и хорошо сопротивляться окислению. Была поставлена задача получения материалов, кото-

Разрушение материала, вызванное многократным действием переменных напряжений, называется усталостью.

НАКЛЁП — изменение структуры и св-в метал-лич. материала, вызванное пластической деформацией. Н. снижает пластичность и ударную вязкость, но увеличивает предел пропорциональности, предел текучести и твёрдость. Н. снижает сопротивление материала деформации противоположного знака (эффект Баушингера). При поверхностном Н. изменяется остаточное напряжённое состояние в материале и повышается его усталостная прочность. Н. возникает при обработке резанием, при обкатке роликами, валками, при спец.' обработке дробью и т. д.

Разрушение материала, вызванное циклическим действием напряжений, называется усталостью.

Изменение объема материала, вызванное внутренними напряжениями, пропорционально упругой энергии с коэффициентом пропорциональности, зависящим от констант материала [211]. В первом приближении этот коэффициент может считаться одинаковым для дисклинаций и дислокаций. Отсюда увеличение объема благодаря дисклинациям в А1 примерно в 6 раз меньше, чем в случае дислокаций [150]. Из уравнения (2.35) следует, что (ДУ/У)ДИсл ^ и 4 х 10~4 и, следовательно, (ДУ/У)ДИСкл и 0,7 х 10~4. Общая дилатация, вызванная дефектами, равна AV/V и 4,7х 10~4. Экспериментальные значения дилатации кристаллической решетки, выявленной в наноструктурном А1 сплаве с подобным размером зерен, имели порядок 10~3 [143].

Структурная модель, базирующаяся на представлениях о неравновесных границах зерен и предложенная в работах [12, 207], может быть использована для объяснения и других свойств наноструктурных материалов, по крайней мере, в качественном аспекте. Увеличение объема материала, вызванное дефектами, должно приводить к уменьшению температуры Дебая и упругих модулей. Поскольку обменная энергия в магнитных материалах очень чувствительна к межатомным расстояниям, это может вызвать уменьшение температуры Кюри. Как уже указывалось ранее [83], случайные статические смещения атомов могут влиять на свойства аналогично увеличению температуры. Например, это может вызвать уменьшение энергии активации диффузии, экспериментально наблюдаемое во многих наноструктурных металлах [61, 218], что также может быть объяснено в рамках данных представлений.

Все приведенные данные позволяют полагать с достаточным основанием, что напряженное состояние материала, вызванное наличием остаточных напряжений, остается при нормальной температуре неизменным в течение довольно длительного промежутка времени.

типа напряженного состояния [50, 57]. Некоторые из характерных видов разрушения однонаправленного материала схематично представлены на рис. 2.1: разрушение при растяжении вдоль волокон, сопровождающееся разрывом волокон (а); разрушение при сжатии вдоль волокон, вызванное «сколом», расслоением, сопровождающимися потерей устойчивости волокон или сдвиговой формой потери устойчивости (б); разрушение связующего и (или) адгезионной связи волокон и связующего при растяжении поперек волокон (в); разрушение композита, вызванное сдвиговыми напряжениями при сжатии поперек волокон (г); расслоение материала, вызванное сдвиговыми напряжениями в плоскости образца (д).

На конечном этапе деформирования заметно увеличение жесткости (касательного модуля) материала, вызванное изменением углов армирования, т. е. проявлением структурной нелинейности. Теоретические кривые деформирования на рис. 2.21, в, г получены с исполь-зованием алгоритма деформационного нагружения.

Образцы со структурой армирования q> = ±60° на первом этапе деформируются линейно упруго. Материал сохраняет свою сплошность до уровня касательных напряжений (в расчете) txy = 114 МПа, при котором во втором слое начинается растрескивание связующего, вызванное растяжением слоя поперек волокон. При т^ = 215 МПа растрескивание связующего начинается и в первом слое, но здесь причина трещинообразования — сдвиговые напряжения т!^'. Наконец, при напряжениях глу = 330 МПа происходит полное исчерпание несущей способности материала, вызванное сжатием второго слоя вдоль волокон. Все названные характерные точки отмечены крестиками на рис. 2.30.

При расчёте отсеков температурные напряжения должны быть определены для каждого расчетного случая. Но даже большие напряжения не всегда вызывают разрушение конструкции. Надо учитывать, из какого материала изготовлен тот или иной элемент. Если материал пластичен, разрушения от температурных напряжений, как правило, не происходит. Но для хрупких материалов температурные напряжения играют очень важную роль. Нужно отметить, что даже когда температурные напряжения не принимаются в расчет, всегда необходимо учитывать снижение прочностных и деформационных характеристик материала, вызванное температурным воздействием.

типа напряженного состояния [50, 57]. Некоторые из характерных видов разрушения однонаправленного материала схематично представлены на рис. 2.1: разрушение при растяжении вдоль волокон, сопровождающееся разрывом волокон (а); разрушение при сжатии вдоль волокон, вызванное «сколом», расслоением, сопровождающимися потерей устойчивости волокон или сдвиговой формой потери устойчивости (б); разрушение связующего и (или) адгезионной связи волокон и связующего при растяжении поперек волокон (в); разрушение композита, вызванное сдвиговыми напряжениями при сжатии поперек волокон (г); расслоение материала, вызванное сдвиговыми напряжениями в плоскости образца (д).