Вследствие неоднородности

Внутренние остаточные напряжения возникают в процессе быстрого нагрева или охлаждения металла вследствие неоднородного расширения (сжатия) поверхностных и внутренних слоев. Эти напряжения называют тепловыми или термическими. Кроме того, напряжения появляются в процессе кристаллизации, при неоднородной деформации, при термической обработке вследствие неоднородного протекания структурных превращений по объему и т. д. Их называют фазовыми или структурными.

Влияние температурного фактора определяется не только значением рабочей температуры, но и характером и динамикой теплового воздействия. При нестационарном тепловом нагружении возможна термическая усталость материала конструкции. Динамические тепловые нагрузки могут быть обусловлены периодическим характером технологического процесса, изменениями рабочих параметров в период пуско-наладочных и ремонтных работ, а также вследствие неоднородного распределения температуры по поверхности конструкции. Тепловые поля в той или иной степени нестационарны, и их изменение приводит к соответствующему перераспределению упругих и пластических деформаций в объеме напряженного металла. Таким образом, номинально статическое тепловое на-гружение в действительности может иметь динамическую составляющую. В микроаспекте разрушения термоусталость рассматривается как весьма сложный процесс, включающий в себя эволюцию дислокационной структуры, изменение физических и механических свойств материала [51, 52].

Многие объекты эксплуатируются при повышенных температурах. С одной стороны, этот фактор способствует уменьшению вероятности возникновения хрупкого разрушения, поскольку обычно объекты эксплуатируются при рабочих температурах, значительно превышающих порог хладноломкости. С другой стороны, интенсивное тепловое воздействие может привести к развитию различных деградационных процессов в материалах, из которых изготовлена конструкция и, как следствие, к их термическому повреждению. Влияние температурного фактора определяется не только значением рабочей температуры, но и характером и динамикой теплового воздействия. При нестационарном тепловом нагружении возможна термическая усталость материала конструкции. Динамические тепловые нагрузки могут быть обусловлены периодическим характером технологического процесса, изменениями рабочих параметров в период пуско-наладочных и ремонтных работ, а так же вследствие неоднородного распределения температур по поверхности конструкции. Тепловые поля в той или иной степени нестационарны, их изменение приводит к соответствующему перераспределению упругих и пластических деформаций в объеме напряженного металла [17, 30].

вследствие неоднородного распределения температуры по поверхности аппарата. Тепловые поля в той или иной степени нестационарны, и их изменение приводит к соответствующему перераспределению упругих и пластических деформаций в объеме напряженного металла. Таким образом, номинально статическое тепловое нз-гружение в действительности может иметь динамическую составляющую. В микроаспекте разрушения термоусталость рассматривается как весьма сложный процесс, включающий в себя эволюцию дислокационной структуры, изменение физических и механических свойств материала

Многие объекты эксплуатируются при повышенных температурах. С одной стороны, этот фактор способствует уменьшению вероятности возникновения хрупкого разрушения, поскольку обычно объекты эксплуатируются при рабочих температурах, значительно превышающих порог хладноломкости. С другой стороны, интенсивное тепловое воздействие может привести к развитию различных деградационных процессов в материалах, из которых изготовлена конструкция и, как следствие, к их термическому повреждению. Влияние температурного фактора определяется не только значением рабочей температуры, но и характером и динамикой теплового воздействия. При нестационарном тепловом нагружении возможна термическая усталость материала конструкции. Динамические тепловые нагрузки могут быть обусловлены периодическим характером технологического процесса, изменениями рабочих параметров в период пуско-наладочных и ремонтных работ, а так же вследствие неоднородного распределения температур по поверхности конструкции. Тепловые поля в той или иной степени нестационарны, их изменение приводит к соответствующему перераспределению упругих и пластических деформаций в объеме напряженного металла [17, 30].

таллургических дефектов (пор, химической неоднородности и т. д.). Это приводит к резкому снижению энергоемкости металла QMex вследствие неоднородного характера поглощения • энергии различными объемами металла, т. е. к уменьшению величин Vs и п [см. уравнение (10)].

Механизм микроскопического разрушения можно представить следующим образом. В случае вязкого разрушения образование микротрещин подготавливается в процессе пластической деформации. Пластическая деформация приводит к зарождению очагов разрушения как за счет образования разного рода дефектов, способствующих разрыхлению металла (ослабление межатомных сил связей), так и за счет высоких внутренних напряжений, возникающих вследствие неоднородного протекания пластической деформации. Таким образом, пластическая деформация повышает возможность преодоления внутренних сил связей, существующих в твердом теле, нормальными напряжениями растяжения. В случае вязкого разрушения образование микротрещин подготавливается в процессе пластической деформации действием касательных напряжений. При значительных пластических деформациях силы сцепления на площадках скольжения из-за разрыхления материала снижаются и в предельном случае можно предположить, что разрушение есть результат действия касательных напряжений.

вследствие неоднородного изменения объема при фазовых превращениях, как в твердом состоянии (закалка, старение, цементация стали твердым карбюризатором и другие физико-химические процессы), а также при неоднородном протекании фазовых превращений из жидкого в твердое состояние и наоборот (цементация в жидких ваннах, электролитическое ос-аждение металлов, усадка при кристаллизации отливки) и из твердого в газообразное состояние и наоборот (азотирование, цианирование и газовая цементация стали).

В зависимости от факторов, создающих неодинаковые линейные или объёмные изменения в смежных объёмах металлического изделия, остаточные напряжения разделяются на: а) тепловые или температурные напряжения, возникающие вследствие неоднородного охлаждения или нагревания; б) напряжения от наклёпа, возникающие вследствие неоднородного линейного или объёмного изменения при пластической деформации; в) фазовые напряжения, возникающие при фазовых и структурных превращениях и диффузионных процессах в металле.

Остаточные напряжения в зависимости от причины их образования делят на две группы: конструкционные и технологические. Технологические напряжения возникают в результате неоднородных объемных изменений вследствие: неоднородного (неравномерного) нагрева или охлаждения; фазовых или структурных превращений металла, а также происходящих в нем диффузионных процессов и пластической деформации при наклепе. Одновременное действие двух или трех причин приводит к весьма сложным эпюрам распределения остаточных напряжений по сечениям детали.

Внутренние остаточные напряжения возникают в процессе быстрого нагрева или охлаждения металла вследствие неоднородного расширения (сжатия) поверхностных и внутренних слоев. Эти напряжения называют тепловыми, или термическими. Кроме того, напряжения появляются в процессе кристаллизации, при неоднородной деформации, при термической обработке вследствие неоднородного протекания фазовых превращений по объему. Их называют фазовыми, или структурными.

3°. Правильно спроектированная с точки зрения полного уравновешивания деталь все же может иметь некоторую неуравновешенность вследствие неоднородности материала, из которого она изготовлена, неточности обработки и т. д. Поэтому все быстро вращающиеся детали проверяют опытно на специальных машинах, которые называются балансировочными машинами. Конструкции балансировочных машин очень разнообразны, но большинство из них основано на принципе установки испытуемой детали на упругое основание (люлька на пружинах, подшипники на упругом основании и т. д.) и сообщения этой детали скорости, близкой к резонансной. Тогда неуравновешенные силы создают значительные амплитуды колебаний, которые регистрируются специальными устройствами, позволяющими определить места, в которых надо установить уравновешивающие массы или удалить лишнее количество материала.

чайными причинами или действиями многих факторов, влияние которых на процесс обработки имеет случайный характер. Например, случайные погрешности возникают вследствие неоднородности и неодинаковой твердости обрабатываемого материала, колебания величины припуска и т. п. Благодаря случайным погрешностям размеры деталей в партии получаются различными, с колебаниями размеров в пределах допуска. Иначе говоря, получается рассеяние размеров деталей в партии. Часть деталей будет иметь размеры, близкие к верхнему пределу допуска, часть — близкие к нижнему пределу допуска и часть— в середине поля допуска.

в результате работы множества короткозамкнутых гальванических элементов, образующихся вследствие неоднородности металла или окружающей среды. При этом одновременно протекают два электродных процесса:

Наиболее; низкий электродный потенциал у феррита (—0,44 е), наиболее высокий-----у графита ( + 0,37 в). Таким образом, разность потенциалов вследствие неоднородности структуры может дойти до 0,8—0,9 в. Неоднородность железоуглеродистых сталей по химическому составу оказывает влияние на скорость их коррозии, не меньшее, чем структурная неоднород-

Так, при печном нагреве температура закалки стали о 0,4 % с составляет 840—860 °С, при индукционном нагреве со скоростью нагрева 250 °С/с равна 880—920 "С, а при 500 °С/с — 980—1020 "С. Вследствие неоднородности аустенита при скоростном индукционном нагреве охлаждение должно быть более интенсивным, чем при обычной закалке.

Вследствие неоднородности структуры бронз (у оловянных мягкой основой является а-твердый раствор, а твердыми включениями —• а+б -эвтектоид) смазка хорошо удерживается на поверхности вкладыша и подшипники трения — скольжения эффективно смазываются.

Напряжения второго рода возникают вследствие неоднородности кристаллического строения и различия физико-механических свойств фаз и структур сплавов. Фазы, например в черных металлах, феррит, аустенит, цементит, графит обладают различной кристаллической решеткой; их плотность, прочность и упругость, теплопроводность, теплоемкость, характеристики теплового расширения различные. Структуры, представляющие собой смесь фаз, например перлит в сталях, а также закалочные структуры, в свою очередь, обладают отличными от смежных структур свойствами. Различие кристаллической ориентации зерен металла обусловливает анизотропию физико-механических свойств микрообъемов металла. В результате совместного действия этих факторов возникают внутри-зеренные и межзеренные напряжения еще в процессе первичной кристаллизации и при последующих превращениях во время охлаждения. При высоких температурах напряжения уравновешиваются благодаря пластичности материала. Однако они проявляются в низкотемпературной области, возникая при фазовой перекристаллизации1 и выпадении вторичных и третичных фаз (фазовый наклеп), при каждом. общем или местном повышении температуры (из-за различия теплопроводности и коэффициентов линейного расширения структурных составляющих), приложении внешних нагрузок (из-за различия и анизотропии механических свойств), а также 'при наклепе, наступающем в результате общего или местного перехода напряжений за предел текучести материала.

В соединениях, подверженных действию циклических и1 динамических нагрузок, следует избегать расположения сварных швов на4 участках концентрации напряжений, например в переходах от одного сечения к другому (вид 43). Шов в этих условиях подвергается повышенным напряжениям и, кроме того, усиливает концентрацию напряжений вследствие неоднородности, своей структуры.

Кроме того, тешература оказввает влияние на процессы формирования и свойства защитных плёнок, состоящих из продуктов вторичных процессов коррозии, изменяя их адгезионную способность, плотность и сплошность. Вследствие неоднородности температурного воля на отдельных участках поверхности металлической конструкции более нагретые области становятся анодами и подвергаются интенсивной коррозии, то есть наблюдается возникновение термогальва-нических коррозионных пар.

Дрейф в неоднородном магнитном поле. Рассмотрим магнитное поле, линии индукции которого параллельны друг другу, а величина поля изменяется в направлении, перпендикулярном полю. Если бы поле было однородным, то заряженная частица двигалась бы по окружности. Однако вследствие неоднородности поля радиус кривизны траектории при движении изменяется: там,

Синусоидальное распределение амплитуд нормальных колебаний является весьма распространенным, но все же не общим законом распределения амплитуд в сплошных системах. Чтобы распределение амплитуд нормальных колебаний было синусоидально, прежде всего необходимо, чтобы сплошная система была однородна, т. е. ее плотность и упругость во всех точках были одни и те же. Если, например, мы нарушим однородность резиновой струны, насадив на нее три свинцовых грузика, то при колебаниях струна до самого конца будет сохранять форму ломаной линии (рис. 426 и 427), а не приближаться (как в случае однородной струны) к синусоидальной форме. Вследствие неоднородности распределение амплитуд нормального колебания становится несинусоидальным.