Прочности поверхности

Существует также способ повышения прочности сталей со структурой среднеуглеродистого мартенсита — это небольшая пластическая деформация уже термически обработанной стали, при этом, как правило, прочность (ав) не изменяется, а предел текучести возрастает, достигая практически значения предела прочности (при ТМО предел текучести все же значительно уступает пределу прочности, повышение предела текучести, как правило, важнее, чем предела прочности, так как предел текучести является обычно расчетной характеристикой).

На 1 и II стадиях старения достигается наибольшее упрочнение сплавов; III стадия приводит к потере прочности. Повышение температуры систем А1—Си до 300° С и выше приводит к коагуляции (слиянию) выделившихся частиц СиА12 и полному выделению избыточного Си из перенасыщенного твердого раствора А1, что соответствует максимальной потере прочности сплава.

Работа экскаватора очень интенсивна, нагрузки имеют сильный динамический и переменный характер. Современный экскаватор проектируется на срок службы 7—12 лет в зависимости от его общей массы. При средних условиях работы, принимая 1600 ч работы экскаватора в год и время реализации рабочего цикла 20 с, получаем 2 • 10е—3,5 • 106 циклов за общий срок службы. Это количество циклов должна успешно выдержать несущая конструкция рабочего органа. В настоящее время ее делают из стали повышенной прочности с пределом текучести 0Т = 350^450 МПа. Здесь существует четкая тенденция — применение для телескопических стрел стали высокой прочности; например, финские экскаваторы «Локоло», французские «Поклен», советские экскаваторы, специально предназначенные к эксплуатации в Сибири. Главная цель применения стали высокой прочности — повышение параметров рабочего оборудования (грузоподъемность, вылет), а также повышение стойкости против хрупкого разрушения в условиях отрицательных температур.

печить существенное повышение прочности конструкционных материалов. Известно, что теоретическая прочность кристаллических тел может достигать нескольких десятков тысяч мегапаскалей на 1 мм2 (~10% от модуля упругости), реализовать которую можно только в тонких сечениях — «усах», волокнах, проволоках. Композиционные материалы, включающие в себя такие высокопрочные элементы, соединенные пластичной и вязкой матрицей, дают возможность резка повысить удельную прочность изделий. Наряду с прочностью открываются новые возможности в увеличении модуля упругости, жаропрочности и живучести материала.

Повышение прочности, особенно при высоких температурах, достигается созданием литейных эвтектических композиционных материалов на основе железа, никеля и кобальта с кремнием и другими добавками с обеспечением направленной кристаллизации. На-

Прочность деталей также зависит от шероховатости поверхности. Разрушение детали, особенно при переменных нагрузках, в большой степени объясняется концентрацией напряжений вследствие наличия неровностей. Чем чище поверхность, тем меньше возможность возникновения поверхностных трещин от усталости металла. Чистовая отделка деталей (доводка, полирование и т. п.) обеспечивает значительное повышение предела их усталостной прочности.

Большая твёрдость, хрупкость и наличие значительных напряжений в закалённой стали делают её в большинстве случаев непосредственно после закалки не пригодной для экс-плоатации. Поэтому необходима дальнейшая термообработка, имеющая целью уменьшение твёрдости и прочности, повышение вязкости закалённой стали, а также уменьшение внутренних напряжений. Это достигается отпуском, т. е. нагревом закалённой стали до некоторой температуры, лежащей ниже точки А,, выдержкой при этой температуре и последующим охлаждением. При такой обработке меняется структура стали, которая из менее устойчивого состояния переходит в более устойчивое. В отличие от закалки при отпуске стали определяющим моментом является не скорость охлаждения, а температура нагрева.

Снижение стоимости углеродных, борных волокон, разработка термостойких органических волокон делают экономически целесообразным внедрение волокнистых ПКМ в машино- автомобиле- и судостроение, медицину и т.д. Из этих ПКМ изготавливают однослойные изделия или их используют в качестве одного из слоев в многослойных конструкциях. Комбинированные конструкции обеспечивают снижение массы до 50% по сравнению с массой металлической конструкции равной прочности, повышение жесткости, демпфирующей способности и увеличение срока службы. Более четверти полимерных композиций идет на цели строительства, широкое применение ПКМ находят в производстве товаров народного потребления и др.

Существует также способ повышения прочности сталей со структурой среднеуглеродистого мартенсита — это небольшая пластическая деформация уже термически обработанной стали, при этом, как правило, прочность (ав) не изменяется, а предел текучести возрастает, достигая практически значения предела прочности (при ТМО предел текучести все же значительно уступает пределу прочности, повышение предела текучести, как правило, важнее, чем предела прочности, так как предел текучести является обычно расчетной характеристикой).

Прочность деталей также зависит от шероховатости поверхности. Разрушение детали, особенно при переменных нагрузках, в большой степени объясняется концентрацией напряжений, являющихся следствием наличия неровностей. Чем чище поверхность, тем меньше возможность возникновения поверхностных трещин от усталости металла. Чистовая отделка деталей (доводка, полирование и т. п) обеспечивает значительное повышение предела их усталостной прочности.

этого теплота, выделяющаяся в точках контакта отдельных неровностей, вызывает перегревание микрообъемов на трущихся поверхностях и приваривание частиц более слабого материала к более прочному. Эти частицы отрываются и оставляют глубокие борозды (задиры) на поверхности зуба колеса в направлении скольжения. Заедание очень быстро приводит к разрушению зацепления. О прочности зуба по отношению к излому судят по напряжению изгиба а у корня зуба, а о прочности поверхности по отношению к выкрашиванию и заеданию — по величине контактного напряжения ан. При этом исходят из сходства формы и условий нагружения зубьев червячного и косозубого цилиндрического колес. Основываясь на этом, напряжение изгиба у корня зуба червячного колеса определяют по формуле

Следует отметить, что наряду с указанными напряжениями в зоне контактирования возникают силы трения, которые, действуя одновременно с касательными напряжениями, усиливают последние,, приводя к образованию питтингов. Склонность к образованию пит-тингов определяется многими факторами. Прежде всего необходимо стремиться к понижению контактных нагрузок и увеличению прочности приповерхностных объемов. Повышение скорости качения и скорости течения смазывающей жидкости, исключение проскальзывания, уменьшение температуры в зоне контактирования приводят к увеличению усталостной прочности поверхности трения [74],

Аналогичные теории и представления о прочности поверхности раздела при растяжении и сдвиге были развиты применительно к композитам первого класса. Приведенные Купером и Келли примеры композитов (таких, как медь — вольфрам) подтверждают справедливость выполненного ими анализа поведения систем с металлической матрицей. В системах второго и третьего классов на границе волокно — матрица появляется зона конечной ширины, отличающаяся по свойствам как от матрицы, так и от волокна. Анализ систем второго класса был начат Эбертом и др. [16]. Они использовали дифференциальные методы для оценки влияния диффузии в зоне раздела на механические свойства компонентов. Эта работа является одновременно и первым анализом немодельных систем, хотя она и была ограничена лишь системами с химическим континуумом, т. е. непрерывным изменением состава (см. гл. 2). В системах третьего класса наличие продукта реакции приводит к химическому дисконтинууму — прерывистому измене-

,ла; оно зависит от относительной прочности поверхности раздела

под действием различных напряжений и их сочетаний (рис. 3).. Напряженное состояние поверхности раздела может оказаться наиболее жестким при таких условиях внешнего нагружения, которые сводят к минимуму пластическую деформацию, снижающую концентрацию напряжений. Наиболее жесткими условиями испытания прочности поверхности раздела могут быть и растяжение образцов с надрезом, и знакопеременное нагружение при усталостных испытаниях, и условия, возникающие в окрестности концов разрушенных волокон. Распределение напряжений у поверхности раздела для некоторых случаев, упомянутых выше, подробно рассмотрено в гл. 2.

IV. Методы определения прочности поверхности раздела..... 69-

Рассматривая значение поверхностей раздела как фактора, определяющего механические свойства волокнистых композитов, необходимо иметь в виду два возможных подхода. Анализ проблемы может быть сведен либо к исследованию влияния состояния и прочности поверхности раздела на свойства композита в целом, либо, напротив, к исследованию влияния свойств композита в целом на поведение поверхности раздела. Ни один из этих подходов не является исчерпывающим; они взаимосвязаны, так как поведение поверхности раздела влияет на характеристики композита, а последние, в свою очередь, влияют на поведение поверхности раздела. Поскольку в большинстве глав этой книги, в основном, принят первый подход, здесь целесообразно рассмотреть поведение поверхности раздела, главным образом, с другой точки зрения.

IV. Методы определения прочности поверхности раздела

С учетом упомянутых ограничений, существующих при экспериментальном воспроизведении напряженного состояния на поверхности раздела для различных геометрий композита и условий нагружения, рассмотрим различные методы, применявшиеся для определения прочности поверхности раздела. Разные исследователи использовали три основных типа испытаний — испытания слоистых образцов, вытягивание прутков или волокон и испытания образцов с одиночным волокном.

Рис. 18. Слоистый образец для . определения прочности поверхности раздела при сдвиге или растяжении.

Келли и Тайсон [33, 34] широко применяли испытания по вытягиванию для определения передачи нагрузки от матрицы к волокну у его концов. С помощью простого метода запаздывания сдвига они получили выражение для прочности поверхности раздела при сдвиге (для идеально пластичной матрицы) в виде