Материалов параметры

Непрерывный научно-технический прогресс невозможен без создания новых материалов, отвечающих современным требованиям, которые предъявляются к их эксплуатационным свойствам и параметрам. Так, производство машин немыслимо без использования особо чистых металлов, высокопрочных сплавов, металлокерамики, пластмасс и других неметаллических материалов. При этом большое значение приобретает прочность и надежность металлов и других материалов, используемых в условиях сверхвысоких давлений, температур, скоростей, глубокого вакуума.

Обоснованный выбор материалов, отвечающих требованиям технологичности и эксплуатационной надежности. Основные показатели свариваемости металла, как одного из главных критериев технологичности, следующие: чувствительность к окислению при сварке; реакция на термодеформационный цикл сварки, выражающаяся в склонности к перегреву, росту зерна, структурно-фазовым превращениям, степени разупрочнения; сопротивляемость образованию горячих трещин; сопротивляемость замедленному разрушению (трещины «холодные», повторного нагрева); чувствительность к порообразованию; эксплуатационные показатели. Свариваемость, являясь технико-экономическим показателем, предопределяет выбор вида и технологии сварки. Одним из главных эксплуатационных показателей, наряду с обеспечением равнопрочности металла сварного соединения и основного металла, являются достаточные коррозионно-механическая прочность и долговечность.

С увеличением скоростей и мощностей двигателей и энергомашин все большее значение приобретает усталостная прочность деталей и узлов, воспринимающих переменную нагрузку высокой частоты. Поскольку детали в реальных конструкциях подвержены воздействию высокочастотного циклического нагружения, а ресурс и надежность их работы в большинстве случаев определяются усталостной прочностью, то возникает необходимость проведения усталостных испытаний в широком интервале частот нагружения. Такие испытания необходимы как для получения характеристик усталости конструкционных материалов, отвечающих реальным условиям их работы, так и для различных технологических исследований с целью обоснования выбора методов и установления оптимальных режимов обработки силовых деталей двигателей.

Данная глава посвящена двум формам разрушения материалов, связанным с воздействием среды, а именно—-коррозионному растрескиванию под напряжением (КР) и водородному охрупчиванию. Будет рассмотрена связь этих видов коррозии с различными металлургическими факторами. В число последних входят: химический состав; компоненты микроструктуры (такие как тип и структура выделений, размеры и форма зерен); кристаллографическая текстура; термообработка и ее влияние на уже перечисленные факторы и, наконец, некоторые технологические процессы, в частности термомеханическая обработка (ТМО), которая привлекает возрастающее внимание как метод оптимизации свойств материалов. Все названные переменные, несомненно, очень важны с точки зрения разработки новых материалов, отвечающих постоянно усложняющимся условиям эксплуатации.

ности, новых методов производства и передачи энергии), и развитие автоматизации невозможно без использования новых материалов, отвечающих сложным и комплексным требованиям.

Проектирование, монтаж, ремонт трубопроводов и их элементов предусматривает применение материалов, отвечающих стандартам и техническим условиям на марку стали, сортамент труб и отливок, виды прочностных испытаний в зависимости от давления и температуры среды [54].

ксимальная коррозионная стойкость лопастей, длительная фазовая и структурная стабильность, высокая (более 10000 циклов) или незначительная (менее 100 циклов) циклическая долговечность дисков, высокая прочность на растяжение для дисков, минимальная скорость роста трещин в дисках, минимальная стоимость деталей и максимальное сопротивление термомеханической усталости. Так как многие из этих требований несовместимы между собой, то для удовлетворения всех специфических требований детали для турбин разных классов необходимо изготавливать из разных суперсплавов с применением различных покрытий и технологических приемов. Будущее суперсплавов связано с созданием материалов, отвечающих всем этим требованиям.

Обоснованный выбор материалов, отвечающих как требованиям технологичности, так и эксплуатационной прочности. Основными показателями свариваемости, как одного из главных показателей технологичности, являются следующие: а) чувствительность металла к окислению при сварке и примесям внедрения; б) реакция металла к термодеформационному циклу сварки, выражающаяся в склонности к перегреву, росту зерна, структурных и фазовых превращениях при сварочном нагреве, степени разупрочнения и т.д.; в) сопротивляемость образованию горячих трещин; г) сопротивляемость замедленному разрушению трещины «холодные», повторного нагрева и др.; д) чувствительность к порообразованию; е) эксплуатационные показатели. Свариваемость, являясь технико-экономическим показателем, предопределяет выбор вида сварки и технологии сварки (сварочные материалы, режимы сварки, технику сварки). Одним из главных эксплуатационных показателей, наряду с обеспечением равнопрочное™ сварного соединения с основным металлом, является обеспечение близких значений коррозионно-механической прочности (при работе изделия в коррозионных средах).

При проектировании, монтаже, ремонте трубопроводов и их элементов предусматриваются применение материалов, отвечающих стандартам и техническим условиям на марку стали, сортамент труб и отливок, виды прочностных испытаний в зависимости от давления и температуры среды [45].

Требования по экологии создают самые большие сложности при разработке прогрессивного ассортимента лакокрасочных материалов. По данным зарубежных фирм газовые выбросы, включающие растворители, составляют 100-185 г/м2 окрашиваемой поверхности. В 1991 г. на автомобильных производствах Европы этот показатель составлял 90г/м2. В 1993 г. он снизился до 50г/м2. Этому способствовало создание новых прогрессивных лакокрасочных материалов, отвечающих современным экологическим требованиям: с высоким сухим остатком (ВСО), водоразбавляемые и порошковые. В табл. 9.2 показана общая тенденция к переходу на использование экологически благоприятных лакокрасочных материалов в трех основных регионах мира.

Внутренняя упаковка может быть изготовлена из полимерных и комбинированных материалов, металла, картона, ткани, фольги, древесины и других материалов, отвечающих требованиям защиты конкретных видов изделий.

По электрическим характеристикам материала, полученным расчетным или экспериментальным путем, могут быть определены другие характеристики состава и структуры материала, из которых в первую очередь представляет интерес определение содержания компонентов гетерогенной среды, в частности коэффициент армирования композитных материалов. Параметры таких гетерогенных систем вычисляют с помощью формул, определяющих средние значения диэлектрической проницаемости *• через диэлектрические проницаемости компонентов и их объемную или массовую концентрацию (табл. 3). Эти формулы могут быть использованы и для обратной задачи — определения характеристик состава материала, например коэффициента армирования, пористости, влажности по диэлектрической проницаемости всей композиции и отдельных ее компонентов, а также для определения диэлектрической проницаемости одного из компонентов, если известны остальные параметры. Для более удобного и оперативного получения результатов контроля могут быть составлены номограммы. На рис. 9 приведены номограммы, предназначенные для определения объемного содержания сферических включений (алгоритм нахождения этого параметра — слева) и диэлектрической проницаемости включений (алгоритм справа). При

При использовании зависимости (1.1.8) следует, однако, иметь в виду, что некоторые материалы обладают существенно отличающимся от (1.1.7) соотношением a-j_/ab, и это влечет за собой значительную погрешность при выражении данных в виде (1.1.8). Примером таких материалов является аустенитная нержавеющая сталь типа Х18Н9Т и низколегированная малоуглеродистая сталь 22К при нормальных и повышенных температурах, когда для описания результатов может быть рекомендовано уравнение (1.1.5). Для этих материалов параметры уравнения (1.1.5) могут быть приняты равными аь = 80 и 60 кгс/мм2; о"_х = 20 и 25 кгс/мм2; Nb = 30 и 50; Na-i = 108 и 107 соответственно для сталей 1Х18Н9Т и 22К.

У данных материалов параметры аир обобщенной диаграммы циклического деформирования зависят от степени исходного деформирования. Аналитически это может быть выражено (рис. 2.3.4) в виде

Эксплуатационные показатели физически связаны с определенными конструктивными и технологическими параметрами, называемыми обычно функциональными параметрами. К функциональным параметрам относятся параметры качества применяемых материалов, параметры механических свойств поверхностного слоя деталей, геометрические параметры точности и качества изготовления. К числу последних относятся, в частности, параметры неровностей поверхности деталей изделий.

Параметры материала (исходные данные для расчета) по сути своей — случайные величины. При наличии достаточной информации о законах их распределения алгоритм модели может быть использован для статистического моделирования деформативности и прочности реальных материалов [27].

По электрическим характеристикам материала, полученным расчетным или экспериментальным путем, могут быть определены другие характеристики состава и структуры материала, из которых в первую очередь представляет интерес определение содержания компонентов гетерогенной среды, в частности, коэффициент армирования композитных материалов. Параметры таких гетерогенных систем вычисляют с помощью формул, определяющих средние значения диэлектрической проницаемости* через диэлектрические проницаемости компонентов и их объемную или массовую концентрацию (табл. 3). Эти формулы могут быть использованы и для обратной задачи - определения характеристик состава материала, например, коэффициента армирования, пористости, влажности по диэлектрической проницаемости всей композиции и отдельных ее компонентов, а также для определения диэлектрической проницаемости одного из компонентов, если известны остальные параметры. Для более удобного и оперативного получения результатов контроля могут быть составлены номограммы. На рис. 6 приведены номограммы, предназначенные для определения объемного содержания сферических включений (алгоритм нахождения этого параметра - слева) и диэлектрической проницаемости включений (алгоритм справа). При контроле параметров структуры и состава сыпучих материалов, в частности, влажности, основными мешающими факторами являются следующие: плотность заполнения ЭП (см. рис. 3), химический состав отдельных частиц, проводимость (минерализованность) воды, степень дисперсности материала, формы связи воды с материалами. Наиболее радикальным средством устранения влияния этих мешающих факторов является применение многопараметровых методов контроля, в основном многочастотных методов и амплитудно-фазового разделения.

Параметры материала (исходные данные для расчета) по сути своей — случайные величины. При наличии достаточной информации о законах их распределения алгоритм модели может быть использован для статистического моделирования деформативности и прочности реальных материалов [27].