Значительные деформации

Наилучшие качества при сварке имеют шлаки, если температура их плавления составляет 1100 —1200 °С. Температурный интервал затвердевания должен быть небольшим или, как говорят, шлак должен быть «коротким». Шлаки, у которых переход от жидкого к твердому состоянию растянут на значительный температурный интервал (так называемые длинные шлаки), при прочих равных условиях хуже обеспечивают формирование шва.

При нагреве образцов без дополнительной экранировки возникает значительный температурный градиент в поперечном сечении образца.

Значительный температурный перепад по сечению центра шва в случае нагрева под закалку (АГ = 110° С вместо ДГ = 40° С при нагреве под нормализацию) объяснялся тем, что нагрев шел при одновременном охлаждении ранее нагретых участков, вследствие чего возникал дополнительный теплоотвод к охлаждаемой зоне, особенно сильно тормозящий нагрев внутренних слоев пластины.

В качестве термометрического вещества применяются главным образом чистые металлы и в первую очередь платина как вещество, наиболее отвечающее всем требованиям термометрического материала: химическая стойкость, значительный температурный коэффициент электросопротивления, сравнительно простая закономерность зависимости электросопротивления от температуры, воспроизводимость с неизменными свойствами.

В качестве термометрического вещества применяются главным образом чистые металлы и в первую очередь платина как вещество, наиболее отвечающее всем требованиям термометрического материала: химическая стойкость, значительный температурный коэффициент электросопротивления, сравнительно простая закономерность зависимости электросопротивления от температуры, воспроизводимость с неизменными свойствами.

Наоборот, в теплообмене высокотемпературного псевдоожиженного слоя с погруженным в него телом или ограничивающими слой стенками лучистая составляющая может быть существенной (Л. 109], если температура слоя или поверхности достаточно высока [Л. 302]. В отличие от ньютоновских жидкостей и даже от гравитационно движущегося слоя для развитого псевдоожиженного слоя с интенсивно перемешивающимися частицами существует значительный температурный перепад между поверхностью омываемого тела (стенки) и ближайшим к ней рядом частиц. Даже в худшем случае, если около поверхности тела будет задерживаться некоторая прослойка прилипших к ней частиц, теплообмен излучением не будет исключен, а только перенесен на границу раздела между неподвижными и перемеши-7—1421 97

Серьезной проблемой является различие в тепловом расширении при высоких температурах втулки и вала, если они выполнены из неодинаковых материалов или между ними существует значительный температурный градиент. Например, коэффициент линейного расширения обычно применяемых марок графита составляет от V3 до V. коэффициента линейного расширения для стали. Это обстоятельство необходимо учитывать при конструировании графитовых уплотнений.

В роторе и корпусе внутреннего цилиндра турбины СКР-100 аустенитные лопатки совместно с проставками между ступенями образуют как бы сплошное покрытие, в пределах которого предусмотрены каналы охлаждающего пара [294, 295]. Большая часть тепла, поступающего в ротор и корпус от рабочего пара, отводится к охлаждающему пару в области этого покрытия, благодаря чему и достигается разрыв прямой зависимости между температурой рабочего тела и температурой омываемых рабочим телом элементов турбины. Низкий коэффициент теплопроводности ау-стенитной стали позволяет реализовать в покрытии значительный температурный перепад и тем самым понизить температурный уровень металла под покрытием.

В соответствии с характером температурной зависимости вязкости шлака различают «длинные» и «короткие» шлаки. Первые, у которых переход от жидкого состояния к твердому растянут на значительный температурный интервал, при прочих равных условиях хуже обеспечивают формирование шва. У расплавленных «коротких» шлаков возрастание вязкости с понижением температуры происходит быстро, и закристаллизовавшийся шлак препятствует стеканию жидкого металла при сварке в любом пространственном положении. «Короткие» шлаки образуются при использовании электродов с основным покрытием. Важное значение имеет также степень вязкости шлака. Чем менее вязок шлак, тем больше его подвижность, а также физическая и химическая активность, тем быстрее протекают в нем химические реакции и физические процессы растворения оксидов, сульфидов и т. п. Кислые шлаки обычно бывают очень вязкими и «длинными», причем вязкость возрастает с повышением кислотности.

Наилучшие качества при сварке имеют шлаки, если температура их плавления составляет 1100 ... 1200 °С. Температурный интервал затвердевания должен быть небольшим или, как говорят, шпак должен быть "коротким". Шлаки, у которых переход от жидкого к твердому состоянию растянут на значительный температурный интервал (так называемые "длинные" шлаки), при прочих равных условиях хуже обеспечивают формирование шва в различных пространственных положениях.

В соответствии с характером температурной зависимости вязкости шлака различают «длинные» и «короткие» шлаки. Первые, у которых переход от жидкого состояния к твердому растянут на значительный температурный интервал, при прочих равных условиях хуже обеспечивают формирование шва. У расплавленных «коротких» шлаков возрастание вязкости с понижением температуры происходит быстро, и закристаллизовавшийся шлак препятствует стеканию жидкого металла при сварке в любом пространственном положении. «Короткие» шлаки образуются при использовании электродов с основным покрытием. Важное значение имеет также степень вязкости шлака. Чем менее вязок шлак, тем больше его подвижность, а также физическая и химическая активность, тем быстрее протекают в нем химические реакции и физические процессы растворения оксидов, сульфидов и т. п. Кислые шлаки обычно бывают очень вязкими и «длинными», причем вязкость возрастает с повышением кислотности.

При нагреве образцов без дополнительной экранировки возникает значительный температурный градиент в поперечном сечении образца. ! Поперечные градиенты являются источниками ошибок при определении предела прочности испытуемого материала, а продольные искажают характеристики пластичности и определяемые по обычной методике значения пределов упругости и текучести. В случае длительных статических испытаний пластичных материалов результаты нельзя считать достоверными вследствие изменения сечения образца на отдельных участках и возникающих локальных тепловых концентраций. Метод целесообразен при испытаниях металлокерамических материалов типа карбида кремния, а также хрупких жаропрочных материалов с высоким электросопротивлением при условии соблюдения мер для выравнивания температуры по всему объему образца.

Конструкционные материалы на основе резины по своим свойствам существенно отличаются от металлов и других материалов. Они характеризуются способностью выдержать значительные деформации без разрушения, высокой сопротивляемостью к изнашиванию, газе-, водонепроницаемостью и диэлектрическими свойствами.

Мягкая резина обладает высокой эластичностью, позволяющей выдерживать без разрушения значительные деформации; способностью смягчать удары, противостоять истиранию и другими ценными свойствами. Коэффициент расширения мягкой резины весьма значителен, по вследствие эластичности она при повышении температуры не изменяет формы и не дает трещин. Коррозионные среды в связи с высокой химической стойкостью мягкой резины лишь в незначительной степени изменяют ее механические свойства.

Пластинки графита уменьшают сопротивление отрыву, временное сопротивление и особенно сильно пластичность чугуна. Относительное удлинение при растяжении серого чугуна независимо от свойств металлической основы практически равно нулю «0,5 %). Графитные включении мало влияют на снижение временного сопротивления при сжатии и твердости, величина которых определяется главным образом структурой металлической основы чугуна. При сжатии чугун претерпевает значительные деформации и разрушение имеет характер среза под углом 45°. Разрушающая нагрузка при сжатии в зависимости от качества чугуна и его структуры в 3—5 раз больше, чем при растяжении. Поэтому чугун рекомендуется использовать преимущественно для изделий, работающих на сжатие.

Уравнение Журкова отражает температурно-временную зависимость прочности твердых тел при простом одноосном нагружении (растяжении). В то же время в процессе трения поверхностные слои трущихся тел испытывают напряжения различного вида и значительные деформации (особенно полимерные тела), приводящие к возникновению и накоплению микродефектов и к структурно-фазовым превращениям, которые сопровождаются изменением внутренней энергии, энтропии и других термодинамических параметров. Изменение названных термодинамических характеристик твердых тел (систем) наблюдается также при сжатии и растяжении тел. Подтверждение этому получено в ряде работ. Так, накопительный характер разрушения, наблюдаемый при объемной усталости, отмечен при изнашивании полимерных материалов [41]. Убедительным доказательством общности природы и механизма разрушения при фрикционном и одноосном нагружении являются полученная параллельность кривых фрикционной и объемной усталостей резин [42] и снижение сопротивления фрикционной усталости образцов полимерного материала, предварительно подвергнутых воздействию циклически изменяющейся осевой нагрузки или изгибу 43].

Рассмотрим консольно закрепленный вал с массивным диском (рис. 14.11). При колебаниях этой системы напряжения и деформации диска ничтожно малы, поэтому его можно считать абсолютно жестким. С другой стороны, вал имеет значительные деформации, но его масса много меньше массы диска. В результате таких упрощений мы приходим к одномассовой системе из недеформируемого массивного диска и вала в виде невесомой упругой связи.

§ 1. Подшипники По направлению воспринимаемых нагрузок скольжения подшипники скольжения разделяют на радиальные, воспринимающие радиальные нагрузки,— подшипники и упорные, воспринимающие осевые нагрузки, — подпятники. Основным элементом подшипника является вкладыш, который устанавливают или непосредственно в корпусе машины (рис. 288), или в специальном корпусе подшипника. Последний может быть неразъемным (рис. 289) или разъемным. Разъемный подшипник (рис. 290) состоит из корпуса /, вкладыша 2, крышки J и стяжных болтов 4. Такой подшипник облегчает монтаж валов. В тех случаях, когда возможны значительные деформации вала или монтаж выполняется неточно, применяют самоустанавливающиеся подшипники (рис. 291). Простейшие подпятники показаны на рис. 292.

Как известно, титановые сплавы обладают значительной анизотропией сопротивления сдвигу по различным плоскостям кристаллической решетки. Количество плоскостей легкого скольжения в кристаллической решетке титана (г.п.у) значительно меньше, чем у металлов с кубической решеткой (о.ц.к., г.ц.к). В связи с этим при испытании образца во внутренних объемах металла возникновение скольжения в благоприятно ориентированных по отношению к действующему усилию элементах структуры (зернах, фрагментах) будет затрудняться окружающими неблагоприятно ориентированными структурными составляющими. В поверхностных слоях в благоприятно ориентированных элементах структуры нет препятствий для возникновения скольжения и появления на поверхности ступени сдвига. В связи с этим при одной и той же суммарной деформации на поверхности и во внутренних объемах образца соотношение между упругой и пластической составляющими может быть различным. В этих условиях требуются значительные деформации, чтобы и во внутренних слоях образца доля пластических деформаций стали близка к величине пластической деформации на поверхности. Это положение и определяет, по нашему мнению, что степень повреждаемости поверхностных слоев металла при малоцикловом нагружении зависит не только от размеров элементов структуры, но и от внутрикристал-лического строения металла (в частности, от количества плоскостей лег-

лы) экспериментальные точки располагаются выше параметрической кривой средних долговечностей (линии 4 и 5 на рис. 3.27), а кривая металла с пониженным сопротивлением разрушению (феррито-карбидная структура, балл 6, 7) близка к границе 5%-ной вероятности разрушения (линия 8 на рис. 3.27); при а> 100 МПа некоторые точки располагаются даже ниже этой границы, что, вероятно, следует отнести за счет методики испытаний на длительную прочность (постоянная нагрузка, а не напряжение) — разрушению предшествуют значительные деформации, из-за этого происходит уменьшение поперечного сечения образца и соответствующее увеличение истинных напряжений и уменьшение долговечности.

Таким образом, сущность высокой эластичности состоит в распрямлении свернутых длинных гибких цепей под действием приложенной нагрузки и в возвращении их к первоначальной форме после снятия нагрузки. Этим объясняется, во-первых, обратимость высокоэластической деформации; во-вторых, исключительно большая величина удлинений, которая при этом может достигаться. Так как при высокоэластической деформации не происходит изменения валентных углов и расстояний между атомами в цепи, то уже незначительные внешние силы способны вызывать значительные деформации. Этим объясняется малость эластического модуля упругости ?8Л. Расчеты, основанные на этих представлениях, приводят к следующему приближенному выражению:

Деление на вязкую и хрупкую трещину условно: разрушение считают вязким, если ему предшествуют значительные деформации и велика работа трещинообразования.

Аморфные материалы хрупко разрушаются при растяжении, хотя при сжатии, изгибе и ударном изгибе выдерживают значительные деформации без разрушения. Поэтому эти материалы, классифицируемые как упругопластичные тела, иногда называют «металлическими стеклами».