Прочности материалов

20. Степанов А.В. Основы практической прочности кристаллов.- М.: Наука, 1974,- 132 с.

Таким образом, теория дислокаций устраняет противоречие между теоретическим и реальным значениями прочности кристаллов на сдвиг.

В табл. 1 приведены максимальные значения прочности нитевидных кристаллов и непрерывных волокон тугоплавких соединений. Обращает на себя внимание тот факт, что предел прочности нитевидных кристаллов по максимальным значениям в большой степени отличается от средних значений предела прочности кристаллов, выпускаемых промышленностью. Например, средний предел прочности нитевидных кристаллов карбида кремния составляет 700 — 1000 кгс/мм2, в то время как максимальные значения предела прочности нитевидных кристаллов, полученных в лабораторных условиях, достигают 3700 кгс/мм2. Непрерывные волокна карбида кремния имеют средний предел прочности 200 — 250 кгс/мм2, а максимально достигаемый предел прочности в лабораторных условиях составляет 500 — 700 кгс/мм2.

Теория дислокаций впервые объяснила причину огромного различия теоретически рассчитанной прочности кристаллов с совершенной структурой и экспериментально определяемой прочности дефектных кристаллов. И. А. Одингом еще в конце 50-х годов была предложена гипотетическая зависимость прочности кристаллов от плотности дефектов, в частности дислокаций в кристаллах, в соответствии с которой один из путей повышения прочности, сопротивления сдвигу состоит в увеличении плотности дефектов решетки и их оптимального распределения в объеме материалов. Поскольку облучение быстрыми частицами является мощным способом создания целого комплекса дефектов решетки, оно и должно оказывать существенное влияние на механические свойства кристаллических тел.

15. Троицкий О. А., Штейнберг В. Г, Радиационная физика прочности кристаллов.— М. : Атомиздат, 1969.— 80 с.

Если во время заполнения формы на поверхности стенок каналов литниковой системы и полости формы намораживается корка, то фронт кристаллов, образующих корку, будет оплавляться и частично разрушаться потоком перегретого расплава. Разрушение кристаллов расплавом, омывающим фронт во время течения его по каналам литниковой системы и в полости формы, и, следовательно, образование обломков кристаллов будет происходить при условии, если интенсивность вынужденного движения расплава соответствует прочности кристаллов металла или сплава при температуре, близкой к температуре солидуса. В этой связи возможно указать два случая влияния условий литья на формирование кристаллического строения отливок. Первый — это случай, когда обломки кристаллов во время заполнения не образуются (либо корка не успевает намораживаться во время заполнения формы, либо расплав, омывая корку при течении его по литниковой системе и в полости формы, не разрушает фронт кристаллов). В этом случае температура заливки расплава не будет оказывать влияние на кристаллическое строение отливки до тех пор, пока перегрев при плавке не превзойдет величину, при которой активная примесь потеряет активность. На рис. 16, а приведены результаты опытов литья различных (одно- и многофазных) сплавов алюминия в нагретые формы. Температуру формы выбирали такой, чтобы во время заполнения на поверхности ее корка не намораживалась. Температура плавки не превышала температуру начала заливки. Из графиков следует, что дезактивация примеси приводит к резкому укрупнению кристаллического зерна в отливках.

Значения прочности кристаллов на сдвиг при температуре 78 К по данным [272]

Наумов и др. [270] сопоставили вычисленные ими значения максимальной прочности со значениями, полученными ранее другими авторами, использовавшими для оценки прочности термодинамические константы. Результаты этого сопоставления представлены в табл. 7. Был сделан вывод о необходимости учета упругой анизотропии при расчете максимальной прочности кристаллов по данным термодинамических констант.

Оценка достоверности расчетных данных по максимальной прочности кристаллов затруднена ввиду отсутствия надежных экспериментальных данных. Большинство опытов по определению максимальной прочности металлических кристаллов, как известно, проводили на нитевидных кристаллах. Значения прочности, близкие к расчетным, были получены лишь на ограниченном числе объектов. Это связано с трудностью проведения экспериментов на образцах микронного размера при механическом нагру-жении и наличием исходных дефектов в кристаллах.

Михайловский и др. [272] реализовали метод нагружения микрообразца пондеромоторными силами электрического поля с использованием ионного полевого электронного микроскопа с напряженностью поля 108—109 В/см. Ионно-микроскопический метод исключает возможность механического повреждения микрокристалла при монтаже образца, так как образец еще до утонения крепится одним концом к массивному держателю (другой конец, к которому прикладываются пондеромоторные силы, остается свободным). Исследовали приготовленные методом утонения бездислокационные микрокристаллы (что контролировали с помощью электронной микроскопии) ряда металлов с ГЦК- и ОЦК-регаетками. Установлена масштабная инвариантность максимальной прочности кристаллов и отсутствие дисперсии.

Движение дислокаций оказалось ключевым понятием, которое позволило успешно применить дислокационную модель для объяснения снижения прочности кристаллов в тех случаях, когда другие ранее использовавшиеся модели оказывались неудовлетворительными. Чтобы пояснить идею движения дислокаций, рассмотрим простую краевую дислокацию, изображенную на рис. 3.20. При приложении касательного напряжения т эта положительная краевая дислокация движется по кристаллу слева направо вдоль пло-

При стальной ступице [а]см= 1 10...190 Н/мм2, при чугунной ступице [а]см = 70...100 Н/мм2. Большие значения следует принимать при спокойной работе, а также при повышенной прочности материалов ступицы и шпонки (легированные марки сталей).

Эффект концентрации напряжений можно уменьшить изготовлением деталей специальной формы. Примеры специальной формы вала и втулки показаны на рис. 7.7. Значение коэффициента концентрации напряжений Ка в прессовом соединении зависит от многих факторов: характеристик механической прочности материалов, размеров деталей, давления, рода нагрузки и т. д. В качестве примера па рис. 7.6 и 7.7 указаны значения Ка при d=50 мм, ав=500 МПа, р>30 МПа.

ров (рассеивание характеристик прочности материалов, влияние региональных и климатических условий и т. п.) заставляют при определении долговечности прибегать к методам теории вероятности и математической статистики. Вследствие этого теория не дает однозначного ответа на вопрос об ожидаемой долговечности, ограничиваясь установлением функциональных зависимостей вероятности разрушения от продолжительности и режимов эксплуатации (рис. 4). Теория может только установить, что вероятная продолжительность работы машины на данном режиме будет равна, скажем, 8, 12 и 18 тыс. ч. при вероятности разрушения соответственно 90, 80 и 60%, или установить вероятное число остающихся в эксплуатации машин (процент выживания) после определенных периодов работы.

Уменьшения массы с параллельным снижением металлоемкости добиваются приданием деталям рациональных сечений и форм, целесообразным использованием прочности материалов, применением прочных материалов, рациональных конструктивных схем, устранением излишних запасов прочности, заменой металлов неметаллическими материалами.

Действенным средством снижения массы является повышение прочности материалов. В отличие от способа увеличения напряжений путем снижения фактического запаса прочности, сопряженного с риском ослабления детали, надежность в данном случае не уменьшается (если сохраняется величина запаса прочности). Другое отличие заключается в том, что этот способ применим ко всем деталям без исключения, тогда как первый способ охватывает только расчетные детали.

В машинах, линейные размеры которых зависят только от прочности материалов (например, редукторы), применение высокопрочных материалов позволяет наряду с уменьшением сечений уменьшить длину деталей и габариты конструкции в целом. В данном случае жесткость конструкции не снижается от применения высокопрочных материалов.

Большинство деталей машин испытывает напряжения, возрастающие от нейтральной оси или слоя к поверхности (изгиб, кручение). На поверхности деталей действуют концентраторы, резко увеличивающие напряжения. Известно, что повышение прочности материалов свыше некоторого предела, в частности прочности сталей свыше 1200 МПа, мало повышает предел выносливости деталей из-за роста влияния концентрации напряжений. Большинство деталей машин выходит из строя вследствие поверхностных разрушений. Поэтому одной из современных тенденций повышения прочности деталей является применение поверхностных упрочнений и покрытий.

1. Поверхностные упрочнения, юраздо более эффективные чем общее повышение прочности материалов. Применяют более 100 методов упрочнений поверхностей, в том числе новые методы концентрированными потоками энергии и другие.

Развитие энергетики, авиационной и ракетной техники привело к тому, что раннее разрушение (в некоторых случаях) допускается в условиях эксплуатации конструкционных материалов. В связи с этим, наряду с оценкой чувствительности материалов к трещинам, большое значение начинает приобретать также и теоретический анализ трещин. Наука о прочности материалов и конструкций, которая связана с изучением несущей способности тела, как с учетом начальных трещин, так и без него, а также с изучением различных закономерностей развития трещин, называется механикой разрушения.

В [50] для оценки ресурса работы оборудования предлагают экспресс-метод определения длительной прочности материалов в серовод ородсодержащих средах, который основан на функциональной зависимости их долговечности т от величины приложенных напряжений а: т = /Хст).

2. Иванова B.C. Междисциплинарный подход к решению проблемы прочности материалов// Металлы.-1996.- №6.- С.4-13.

Рекомендуем ознакомиться:

Прочности композитов

Промышленности применяются

Промышленности разработаны

Промышленности строительстве

Промышленности занимающихся

Промышленную эксплуатацию

Промывают проточной

Промывочных жидкостей

Процедура вычисления

Промежуточный резервуар

Меню:

Главная страница Термины