Вследствие усталости

Легирование серой и фосфором заметно интенсифицирует растворение в кислотах. Эти элементы образуют соединения с низким водородным перенапряжением; к тому же они уменьшают анодную поляризацию, так что коррозия железа увеличивается вследствие ускорения и катодного, и анодного процессов. Скорости коррозии сплавов в растворах кислот представлены в та,бл. 6.4.

при содержании хрома выше 12% электродный потенциал в системе Fe—Сг становится положительным. При этом на поверхности возникает плотная защитная окисная пленка типа шпинели (Сг2О3), предохраняющая поверхность сплава от окисления при 20° С и высоких температурах. Титан вводят для предотвращения цнтеркристал-литной коррозии, обычно возникающей у закаленной стали, не содержащей титана после нагрева до 500—700° С. Механизм возникновения интеркристаллитной коррозии состоит в том, что при нагреве стали, вследствие ускорения процессов диффузии, на границах зерен твердого раствора выделяется богатая хромом карбидная фаза состава (Сг, Fe)23Ce. В результате концентрация хрома в пограничных слоях зерен оказывается ниже 12% (граница кислотоупорности), что сопровождается резким уменьшением величины Электродного потенциала у границ зерен твердого раствора и приводит к интеркристалЛИТНОЙ КОррО-зии. Введение в сталь более сильного, чем хром, карбидо-образователя — титана позволяет частично избежать карбидов хрома и, тем самым, обеднения хромом твердого раствора. Сталь Х18Н9Т хорошо сваривается. Она немагнитна, коррозионноустойчива в морской воде, азотнокислой и органических средах, жаростойка до 800° С. В приборостроении применяют для изготовления мембран, монометрических пружин, сильфонов, волноводов и деталей, работающих при высоких температурах (до 700° С).

Итак, в случае наноструктурных материалов важным является проявление сверхпластичности при температурах существенно ниже, чем это наблюдается в микрокристаллических сплавах, а также возможность реализации сверхпластичности при высоких скоростях деформации. Природа этих эффектов недавно обсуждалась в работе [319], где показано, что неравновесные состояния границ зерен в наноструктурных материалах, приводя к ускорению динамических процессов на границах, могут вести к существенному уменьшению температуры сверхпластической деформации. Более того, искаженные дислокациями границы зерен могут быть также ответственны за ожидаемое проявление высокоскоростной сверхпластичности в наноструктурных материалах вследствие ускорения по ним зернограничного проскальзывания [111].

Высокотемпературный нагрев при получении биметалла обусловливает взаимную диффузию составляющих сплавов, в данном случае молибдена в сталь и углерода из стали в молибден, что подтверждается результатами металлографического анализа. Из рис. 89 видно, что поверхностные слои стали обезуглерожены, а феррит имеет столбчатое строение. Первое объясняется диффузией углерода в молибден, второе — диффузией молибдена в сталь. Когда в стали достигается такое содержание молибдена, при котором а -» 7, превращения не происходит, феррит приобретает столбчатое строение. Темная прослойка между молибденом и железом— карбид (Мо, Fe)6C. Толщина этой прослойки, как и зоны обезуглероживания, тем больше, чем выше температура прокатки, вследствие ускорения диффузионных процессов при повышении температуры. Увеличение толщины хрупкой карбидной прослойки приводит к уменьшению прочности сцепления, что видно из рис. 91 (повышение температуры прокатки снижает прочность сцепления). В дальнейшем перераспределение элементов между слоями будет рассмотрено дополнительно — при описании результатов исследования необходимости (целесообразности) проведения после прокатки термической обработки.

В процессе эксплуатации импульсно-предохранительных устройств самое серьезное внимание следует уделять проверке работоспособности импульсных клапанов. При контроле их работоспособности следует проверять срабатывание в автоматическом режиме от повышения давления в системе и от электромагнитов. При этом срабатывание от электромагнитов рекомендуется проверять как по команде от электроконтактных манометров, так и по команде с пульта управления электромагнитами. При обратной посадке проверяется степень герметичности запорного органа импульсного клапана. Следует помнить, что значительное увеличение протечек свидетельствует о большом износе уплотнительных поверхностей. При этом с увеличением протечки ускоряется износ деталей запорного органа вследствие ускорения эрозионного износа при увеличении расхода через зазор в закрытом состоянии. Резкое увеличение протечек через импульсный клапан может привести к срабатыванию главного клапана при рабочем давлении в сосуде. Поэтому при значительном увеличении протечек импульсный клапан должен быть снят с системы и отремонтирован либо заменен новым.

Если допустить, что осевая составляющая скорости cz остаётся одинаковой при входе потока в рабочее колесо и при выходе из него, то разность давленийр^—^вызовет ускорение потока только в направлении, обратном окружной скорости. В лопаточном аппарате, как в сосуде, из которого вытекает струя жидкости, вследствие ускорения потока возникает сила реакции. Так как ускорение происходит в направлении, обратном окружной скорости, то в направлении окружной скорости возникает сила реакции, дающая момент вращения. Таким образом в данном случае вращающий момент, вычисляемый также по формуле (5j, возникает

При движении рабочей среды в трубном элементе различают потери давления на трение, нивелирный напор, потери давления в местных сопротивлениях, потери напора вследствие ускорения потока и т. п. Фактически проектировщиков интересует величина полного перепада давления, а не отдельных его составляющих.

В дальнейшем ограничимся рассмотрением таких видов потерь давления в двухфазном потоке, которые вызываются только наличием сил трения и объемных сил тяжести. Для этого проанализируем стационарное, стабилизированное, одномерное течение адиабатического, несжимаемого двухфазного потока кольцевого типа без волнообразования на границе раздела фаз в плоском канале постоянного сечения (рис. 1). В этих условиях потерями напора вследствие ускорения потока, наличия местных сопротивлений и прочими видами потерь напора можно пренебречь, за исключением потерь давления на трение и нивелирного напора. При движении этого потока в условиях отсутствия сил тяжести (g=0, ближе всего к этим условиям приближается течение двухфазного потока в горизонтальной трубе) полный перепад давления связан в основном только с диссипацией энергии потока вследствие трения. При подъемном (против сил тяжести) движении того же потока в вертикальном канале (g > 0) в дополнение к этим потерям добавляются потери напора, вызываемые необходимостью совершения работы против сил тяжести. Эти дополнительные потери давления обычно принято учитывать с помощью так называемого нивелирного напора. На ранних стадиях изучения двухфазного потока, когда он рассматривался как некоторый гомогенный поток с постоянной по сечению приведенной плотностью рсм.= р' (1 — Р) + 4-р" Р, где индексы ' и " обозначают соответственно жидкую и газовую фазу; 3 — объемное расходное газосодержание, рекомендовалось [3, 4] вычислять величину удельного нивелирного напора по следующей формуле:

Упрощенная схема решения задачи следующая. По исходным данным, варьируя задаваемые давление торможения и критический показатель изоэнтропы &*, определяем критические параметры потока. Рассчитанный для каждого заданного значения давления ?* сравнивается с первоначально выбранным и при расхождении подставляется на его место с повторением расчета до достижения заданной точности в определении fr*. После этого находится критический расход. Расчетную длину трубопровода (полная длина без гидравлической части) разбиваем на п участков и, зная расход, постоянный на всем протяжении, определяем параметры потока на каждом участке последовательно от первого до /-го, на котором число Маха становится равным единице с заданной точностью. На оставшейся части расчетной длины статическое давление изменяется вследствие ускорения потока, а так как потери давления на трение малы, то давление торможения слабо меняется вплоть до выходного сечения, обеспечивая условие М * 1 до конца трубы с заданной степенью точности (см. § 6.1). Таким образом, полученное на /-м участке трубопровода полное давление можно считать конечным давлением торможения. Сравнивая его (или давление, рассчитанное на последнем участке, если М не достигло единицы до конца трубы) с заданным в начале задачи, повторяем (в случае расхождения) весь расчет с новым значением давления до достижения заданной точности по давлению. Полученные в последней итерации, при которой закончен расчет, параметры потока принимаем как решение задачи для данных начальных условий.

где aiApL — падение давления на участке трубопровода от бака / до места измерения; рДрв — падение давления вследствие ускорения на том же участке. Учитывая сказанное в разделе 3.1.1, перепишем выражение (3.28) для малых отклонений

Обработку воды флотацией рекомендуется применять при ее мутности до 150 мг/л и цветности до 200 град. Это позволяет уменьшить объем водоочистных сооружений вследствие ускорения в 3 ... 5 раз, процесса выделения взвеси из воды, отказаться от микрофильтров, улучшить санитарное состояние очистных сооружений.

При действии переменных нагрузок (например, в поршневых двигателях) поверхность вкладыша может выкрашиваться вследствие усталости. Усталостное выкрашивание свойственно подшипникам с малым износом и наблюдается сравнительно редко. В случае действия больших кратковременных перегрузок ударного характера вкладыши подшипников могут хрупко разрушаться. Хрупкому разрушению подвержены малопрочные антифрикционные материалы, такие, как баббиты и некоторые пластмассы.

Разрушение металла, вызываемое одновременным воздействием агрессивной среды и переменных растягивающих напряжений, называется коррозионной усталостью. В химической промышленности нередки случаи такого разрушения деталей аппаратов и машин. Разрушение вследствие усталости обычно сопровождается образованием меж- и транскристаллитных трещин, развитие которых идет главным образом в период приложения растягивающих напряжений. В условиях переменных напряжений разрушение металлов и сплавов происходит при напряжениях, меньших чем напряжения, необходимые для возникновения коррозионного растрескивания при растягивающих нагрузках.

В некоторых грунтах (например, содержащих органические кислоты) скорость коррозии свинца может превышать скорость коррозии стали, однако в почвах с высоким содержанием сульфатов коррозия незначительна. Растворимые силикаты, которые присутствуют во многих грунтах и природных водах, также действуют как эффективные ингибиторы коррозии. Если свинец используют в условиях с периодическим колебанием температуры, то из-за высокого коэффициента расширения (30-10~VC) металл может подвергаться межкристаллитному растрескиванию вследствие усталости или коррозионной усталости.

Наличие трещин, образующихся на стадии изготовления элементов конструкций или в процессе их эксплуатации вследствие усталости материалов, нередко становится причиной хрупкого разрушения, носящего катастрофический характер. Предполагается, что разрушение конструкции с трещиной происходит тогда, когда длина трещины достигнет критической величины. Если определяющей является герметичность конструкции, то длина трещины, которая приводит к потере герметичности, может быть использована в качестве критерия разрушения. Если конструкция с трещиной предназначена для работы при сравнительно низких температурах, то в качестве критерия разрушения необходимо использовать показатели трещиностойкости, определенные при соответствующих условиях. Критерием разрушения может служить также критическая величина остаточной статической прочности, при достижении которой элемент конструкции будет разрушаться.

Трещины представляют собой частичное местное разрушение металла в виде разрыва. Это наиболее опасный дефект. Трещины подразделяют на холодные (закалочные), горячие (кристаллизационные) и эксплуатационные. Холодные трещины образуются при неблагоприятном сочетании таких факторов, как высокая скорость охлаждения сварного соединения при сварке, способствующая образования малопластичных структур закалки, остаточные сварочные напряжения, насыщенность шва водородом, нерациональная форма шва и др. Горячие трещины образуются при кристаллизации сварочной ванны вследствие высокого содержания серы в металле шва, образования крупнозернистой структуры металла и наличия температурных деформаций. Эксплуатационные трещины возникают вследствие усталости, старения И исчерпания ресурса пластичности металла свар-

Наличие трещин, образующихся на стадии изготовления элементов конструкций или в процессе их эксплуатации вследствие усталости материалов, нередко становится причиной хрупкого разрушения, носящего катастрофический характер. Предполагается, что разрушение конструкции с трещиной происходит тогда, когда длина трещины достигнет критической величины. Если определяющей является герметичность конструкции, то длина трещины, которая приводит к потере герметичности, может быть использована в качестве критерия разрушения. Если конструкция с трещиной предназначена для работы при сравнительно низких температурах, то в качестве критерия разрушения необходимо использовать показатели трешиностойкости, определенные при соответствующих условиях. Критерием разрушения может служить также критическая величина остаточной статической прочности, при достижении которой элемент конструкции будет разрушаться.

Если луч Og пересекает линию BD, то сооружение теряет работоспособность не вследствие усталости, а в результате пластической деформации. В этом случае коэффициент запаса должен определяться так же, как и при расчете на статическую прочность.

Полученная на основании проведенного расчета форма изношенной поверхности зуба (эпюра / на рис. 100, б) показывает, что в полюсе зацепления, где нет относительного скольжения, износ отсутствует. Здесь возможно смятие поверхностей при недостаточной твердости материалов или выкрашивание вследствие усталости. Наблюдения за износом профилей зубчатых передач показывают, что на форму изношенной поверхности в ряде случаев влияют дополнительные факторы, неучтенные в принятой схеме расчета.

Трещины представляют собой частичное местное разрушение металла в виде разрыва. Это наиболее опасный дефект. Трещины подразделяют на холодные (закалочные), горячие (кристаллизационные) и эксплуатационные. Холодные трещины образуются при неблагоприятном сочетании таких факторов, как высокая скорость охлаждения сварного соединения при сварке, способствующая образования малопластичных структур закалки, остаточные сварочные напряжения, насыщенность шва водородом, нерациональная форма шва и др. Горячие трещины образуются при кристаллизации сварочной ванны вследствие высокого содержания серы в металле шва, образования крупнозернистой структуры металла и наличия температурных деформаций. Эксплуатационные трещины возникают вследствие усталости, старения и исчерпания ресурса пластичности металла сварного соединения.

При действии фрикционной передачи в зоне контакта катков возникают значительные циклически изменяющиеся напряжения смятия. Явления, происходящие в материале катков в зоне их контакта, усложняются в связи с износом и нагреванием поверхности при скольжении. Основным видом разрушения поверхности катков является выкрашивание наружных слоев их материала вследствие усталости. Поэтому расчет фрикционных пар производят по контактным напряжениям.

Исследования в области усталости материалов показали, что существует связь между разрушением вследствие усталости и неупругим поведением материалов [1]. На базе этого предложены критерии определения циклической долговечности, использующие рассеянную энергию в качестве основного параметра. Рассеянная энергия может быть использована и для оценки демпфирующих свойств материала. Поэтому представляет интерес разработка метода определения удельной рассеянной энергии, который применим не только при одноосном напряженном состоянии на образце материала, но и для реальной конструкции.