ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Влияние различных факторов на механические свойства материалов из "Сопротивление материалов 1986 " Механические характеристики матсри .юв зависят от многих факторов. На свойства металлов и спланов существенное влияние оказывают химический состав, технология их получения, термическая и механическая обработки, условия эксплуатации — температура, среда, характер нагрузки и др. [c.120] Ниже рассматривается влияние некоторых факторов на механические характеристики наиболее важных в машиностроении материалов — сталей, чугуна, алюминия, различных сплавов. [c.121] Влияние скорости деформации. При увеличении скорости нарастания нагрузки, и следовательно скорости роста напряжения и деформации, все материалы, находящиеся в пластическом состоянии, обнаруживают общую тенденцию к увеличению сопротивляемости деформированию. Чем выше скорость деформирования, тем выше предел текучести и временное сопротивление. Особенно сильно зависят от скорости нагружения механические свойства пластмасс и других органических материалов. У металлов влияние скорости нагружения заметно проявляется лишь при значительной разнице в скоростях. [c.121] Влияние технологических факторов. Конструкционные стали, из которых изготовляют элементы конструкций, можно получить литьем пли прокаткой, ковкой, штамповкой и волочением. Механические свойства стали одного и того же состава весьма сильно изменяются в зависимости от способа ее получения и обработки. [c.121] При литье заготовок возможно образование различных внутренних дефектов в виде пустот, раковин и включений, снижающих прочность изготовленных из заготовок деталей. В связи с этим требуется тщательный контроль качества таких деталей рентгеновским, ультразвуковым или каким-либо другим способом. [c.121] Прокатка делает сталь анизотропной. Прокатанная сталь имеет характерную структуру, у которой зерна, вытянутые в направлении прокатки, образуют своего рода волокна. Механические свойства стали в направлении прокатки существенно отличаются от таковых в направлении, перпендикулярном к ней. Образцы, вырезанные таким образом, что их ось совпадает с направлением прокатки, оказываются более прочными, чем те из них, ось которых перпендикулярна к направлению прокатки. [c.121] Предварительная вытяжка в холодном состоянии за предел текучести (наклеп) очень сильно повышает предел текучести и прочности, но снижает остаточное удлинение после разрыва. Материал становится более упругим и прочным, но менее пластичным. [c.121] Волочение в холодном состоянии, представляющее собой вытяжку с обжатием, еще сильнее влияет на механические свойства стали. Стальная проволока и стальные ленты, полученные волочением, весьма прочны. [c.122] Токарная обработка, обработка поверхности роликами, обдувка дробью, хромирование, никелирование, алитирование, азотирование и другие виды поверхностной обработки могут оказать существенное влияние на прочность деталей, особенно работающих при переменных напряжениях. [c.122] Влияние tepMHMe Kofi обработки. Закалка стали значительно повышает ее твердость, предел текучести и предел прочности, но сильно снижает пластичность. Модуль упругости стали закалка практически не меняет. Если нужна высокая поверхностная твердость с сохранением других свойств стали, используют поверхностную закалку токами высокой частоты. Для малоуглеродистых сталей с этой целью применяют цементацию — увеличение в поверхностном слое углерода — с последующей закалкой. При этом закаливается только науглероженный поверхностный слой, а основная часть материала сохраняет свойства малоуглеродистой стали. [c.122] Для устранения наклепа используют отжиг. Чтобы выровнять и улучшить структуру, а также улучшить механические свойства стали, применяют нормализацию. Подробно эти виды термической обработки рассматриваются в металловедении. [c.122] Влияние температуры. Многие детали современных машин (например, паровых и газовых турбин, реактивных двигателей й др.) работают при высоких температурах, достигающих 800—1000 С. Испытания показали, что все механические характеристики металлов существенно изменяются в зависимости от температуры. [c.122] При повышении температуры также существенно уменьшается модуль упругости Е (рис. 124), а коэффициент Пуассона несколько возрастает. Так, при возрастании температуры от комнатной до 500 С коэффициент Пуассона увеличивается с 0,28 до 0,33. [c.123] Углеродистые стали при высоких температурах сильно окисляются, на их поверхности образуется окалина. В связи с этим применяют специальные жаростойкие и жаропрочные стали, содер-жаш,ие различные легирующие добавки. Жаростойкостью называется свойство материала противостоять при высоких температурах химическому разрушению поверхности, а жаропрочностью — способность сохранять при высоких температурах механические свойства. В настоящее время созданы специальные сплавы, а также металлокерамические материалы, надежно работающие при температурах до 1000 С. [c.123] Ползучесть. При высоких температурах существенное значение имеет явление ползучести материалов (крип), заключающееся в росте пластической деформации с течением времени при постоянном напряжении, не вызывающем пластических деформаций при кратковременном действии нагрузки. В зависимости от величины напряжения и температуры деформация, происходящая в результате ползучести, может либо прекратиться, либо продолжаться до разрушения материала. [c.123] На рис. 125, а приведены кривые ползучести стали при постоянной температуре для различных напряжений ai а2 аз а4 а5, а на рис. 125, б — кривые ползучести при постоянном напряжении, но различных температур ах, причем 7 1 7 2 7 з 7 4 7 5. Как видно из сравнения графиков, увеличение напряжения при постоянной температуре и повышение температуры при постоянном напряжении оказывают одинаковое влияние на ползучесть материала, а именно — скорость ползучести увеличивается. [c.123] Отдельные участки кривых рис. 125 характеризуют различные скорости нарастания деформации. Рассмотрим, например, кривую 4. Вертикальный отрезок Оа изображает удлинение, полученное тотчас после нагружения. Участок аЬ — это участок неустановившейся ползучести, так как скорость ее здесь со временем убывает. Прямолинейный участок Ьс называется участком установившейся ползучести, характеризующейся ее постоянной скоростью. Участок d характеризует возрастание скорости ползучести, заканчивающееся разрушением образца (точка d). [c.124] Остальные кривые ползучести отличаются от кривой 4 тем, что у них отсутствует тот или иной участок. Так, кривые I, 2 ц 3 изображают случаи, когда ползучесть не вызывает разрушения (на них отсутствует участок d). Кривая 5 не имеет участка установившейся ползучести (точки hue слились). Эта кривая соответствует случаю, когда период неустановившейся ползучести сменяется сразу периодом с возрастающей ее скоростью, который заканчивается разрушением. Граница между этими двумя периодами определяется точкой перегиба Ь. [c.124] В случае определения предела ползучести по скорости ползучести его следует обозначать буквой о с двумя числовыми индексами одним верхним и одним нижним. Нижний индекс отражает заданную скорость ползучести, %/ч верхний — температуру испытания, °С. Например, а q-s — это предел ползучести при скорости ее 1 X ХЮ %/ч при температуре 600 °С. При этом необходимо дополнительно указать время испытания, за которое была достигнута заданная скорость ползучести. [c.125] Детали, работающие при высоких температурах, рассчитывают на ползучесть специальными методами с использованием экспериментальных данных, характеризующих ползучесть материала. Целью таких расчетов является определение пределов ползучести. [c.125] Вернуться к основной статье