ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Материалы для упругих элементов приборостроения из "Материаловедение " Упругие элементы приборов, кроме высоких пределов упругости, выносливости и релаксационной стойкости, должны обладать высокой коррозионной стойкостью, немагнитностью, электропроводностью. [c.353] Одно из важнейших эксплуатационных требований — точная и стабильная характеристика. Характеристикой называют зависимость деформации е упругого элемента от приложенной силы Р (или напряжения) (рис. 12.3). Примером характеристики пружины является зависимость ее осадки от силы сжатия пластины реле — зависимость перемещения свободного конца от действующей на него силы. [c.353] Характеристика упругого элемента должна быть линейной, иначе нельзя обеспечить необходимую точность прибора. [c.353] Кроме того, она должна допускать возможно большее упругое перемещение. Чем оно больше при одной и той же силе, тем выше чувствительность упругого элемента. На рис. 12.3 видно, что при одинаковой силе Р2 упругое перемещение первого элемента больше, чем второго (ei 2)- В результате первый упругий элемент обеспечит большую чувствительность и меньшую относительную ошибку измерения. [c.353] Качество упругого элемента определяется также силой, необходимой для создания определенной упругой деформации. Чтобы вызвать деформацию, равную 1 (см. рис. 12.3), для первого элемента требуется меньшая сила, чем для второго, поэтому качество его выше. [c.353] Характеристика упругого элемента зависит от его конструкции (числа витков пружины, диаметра проволоки и т.п.) и упругих свойств материала модуля и предела упругости. Угол наклона характеристики к оси деформации (см. рис. 12.3) определяется модулем упругости. Чем он меньше, тем больше упругая деформация, наибольшая величина которой тах = rQ,002/-E. Стали, имея высокий модуль упругости, не обеспечивают высокой чувствительности упругих элементов приборов. Для их изготовления используют сплавы на основе меди (бериллиевые бронзы), которые при практически одинаковом со сталями пределе упругости имеют почти в 2 раза меньший модуль упругости. Различие в модуле упругости этих материалов иллюстрирует рис. 12.3 характеристика 1 соответствует бронзам, характеристика 2 — сталям. [c.353] Рабочее напряжение упругого элемента должно быть ниже предела упругости материала, так как при нагружениях, близких к пределу упругости, в сплавах проявляются неупругие эффекты, ухудшающие работу элемента и всего прибора. Чем выше предел упругости материала относительно рабочих напряжений, тем меньше неупругие эффекты и выше класс точности прибора. [c.354] К неупругим эффектам относят упругое последействие, релаксацию, гистерезис и внутреннее трение. [c.354] Упругое последействие проявляется в отставании части упругой деформации материала от напряжения. При быстром возрастании напряжения в упругом элементе до значения а (см. рис. 12.1) деформация будет соответствовать точке а и лишь спустя некоторое время достигнет своего истинного значения — точки Ь. В результате упругого последействия, которое называют прямым при нагружении и обратным при разгрузке, показания прибора, определяемые упругим элементом, будут отклоняться от истинных значений при быстрой смене нагрузки. [c.354] В результате релаксации (см. рис. 12.1) напряжение снизится до точки с. После разгрузки упругий элемент сохранит остаточную деформацию, и показания прибора не возвратятся на нуль. [c.354] Перечисленные неупругие эффекты возникают из-за неоднородности строения реальных поликристаллов, вследствие чего в отдельных микрообъемах при невысоких напряжениях развивается микропластическая деформация. [c.354] Внутреннее трение проявляется при циклических напряжениях ниже предела упругости в результате необратимой потери энергии деформирования. Энергия деформирования теряется вследствие теплообмена в окружающую среду, расходуется на изгибание дислокаций и перемещение внедренных атомов, а в ферромагнитных материалах — на магнитно-упругий эффект, связанный с механострикцией. [c.354] Для того чтобы снизить неупругие эффекты, надо повысить сопротивление малым пластическим деформациям, т.е. сформировать малоподвижную дислокационную структуру. Закрепление дислокаций в рассматриваемых сплавах осуществляется выделяющимися после закалки и старения высокодисперсными когерентными частицами вторичных фаз. [c.355] Требование стабильной дислокационной структуры реализовано в бериллиевых бронзах и железоникелевых сплавах. [c.355] Бериллиевые бронзы используют для изготовления упругих элементов ответственного назначения. Бериллиевые бронзы — это сплавы на медной основе с высоким пределом упругости и низким модулем упругости (ГОСТ 18175-78). Такое сочетание свойств обеспечивает малые неупругие эффекты при больших упругих деформациях. Кроме этого, сплавы обладают высокой коррозионной стойкостью, электрической проводимостью, немагнитностью, хорошей технологичностью. [c.355] Например, сплав БрБ2, в котором содержание бериллия составляет около 2%, после закалки и старения имеет предел упругости 7q oo2 — = 600 МПа (табл. 12.1). [c.355] Увеличение содержания бериллия до 2,5 % повышает предел упругости. Однако высокая стоимость бериллия ограничивает применение такого сплава. Широко используют сплав БрБНТ1,9, легированный титаном и никелем. По упругим свойствам он мало уступает сплаву БрБ2,5. [c.355] Дальнейшее повышение предела упругости достигается микролегированием бериллиевых бронз бором (0,01 %) или магнием (0,1 %). Введение этих поверхностно-активных элементов изменяет процессы старения в сторону увеличения объемной доли выделяющихся частиц, степени их дисперсности, а также плотности и равномерности их распределения. [c.355] Разработаны способы термомеханической обработки бериллиевых бронз, при которой сплавы подвергают холодной пластической деформации в закаленном состоянии. Это приводит к более значительному росту предела упругости при старении и сильному снижению упругого последействия. Так, сплав БрБНТ1,9, деформированный на 50 % в закаленном состоянии, после старения при 350 °С в течение 0,25 ч имеет предел упругости сго оо2 = 1000 МПа. [c.356] Железоникелевые сплавы (ГОСТ 10994-74) менее дефицитны и дешевле бериллиевых бронз. Они имеют примерно тот же предел упругости, но обладают более высоким модулем упругости, что снижает допустимые упругие деформации элемента. [c.356] Вернуться к основной статье