Прочность, упругость я термическое расширение

Приведенные выше соотношения справедливы при температурах примерно до 200° С, когда показатели прочности, упругости, линейного расширения и теплопроводности для обычных конструкционных материалов изменяются сравнительно мало. Эти соотношения теряют силу при переходе в область высоких температур. Здесь на первый план выступает жаропрочность, т. е. свойство длительно выдерживать напряжения в условиях высоких температур. К жаропрочным материалам относятся стали, легированные N1, Ш, Мо, Та. сплавы на никелевой основе, титановые сплавы и др. В области высоких температур качественные соотношения между материалами становятся иными. С повышением температуры большинство рассмотренных выше материалов (например стали обычного состава) теряет прочность некоторые из них вообще не способны выдерживать высокие температуры (легкие сплавы). Титановые сплавы, которые в условиях умеренных температур являются едва ли не самыми худшими по величине термических напряжений, здесь в силу своей жаропрочности выдвигаются на одно из первых мест. [c.350]

Стекло значительно лучше работает на сжатие, чем на растяжение и резкое охлаждение скорее вызывает разрушение (растрескивание), че.м резкий нагрев Термостойкость стекла прямо пропорциональна пределу прочности и обратно пропорциональна коэффициенту линейного термического расширения и модулю упругости при растяжении. Механическая прочность и термостойкость стекла могут быть повышены путем закалки, при нагреве выше температуры стеклования (425., .600 С) и быстрым охлаждении в потоке воздуха или в масле. [c.134]

Было показано, что энергия разрушения зависит от размера частицы, объемного содержания частиц и прочности связей по границам фаз. Модуль упругости зависит преимущественно от объемного содержания и отношения модулей, но косвенно он также зависит от размера частиц, прочности связей по границам и различия в термическом расширении из-за возможности образования трещин при охлаждении. Как показано в последнем разделе, размер трещины зависит от всех приведенных выше параметров композитов. [c.43]

Указанные в заголовке два свойства композитов будут обсуждаться совместно, так как имеются данные по энергии разрушения и модулю упругости трех композитных систем, в которых заданным образом изменялись как размер частиц, так и объемное содержание дисперсной фазы. В каждой из этих систем отношение модулей фаз, различие в термическом расширении и прочность связи по границам определялись свойствами двух фаз и условиями изготовления. [c.44]

На рис. 20 показано влияние различных термических расширений на, прочность композитов с объемным содержанием дисперсных частиц наибольшего размера 180 мкм, равным 0,20. Наибольшая прочность была получена при одинаковых термических расширениях матрицы и дисперсной фазы. Любое значительное различие в термическом расширении двух фаз приводило к более низким модулю упругости (см. рис. 11) и прочности. [c.53]

Автор использовал основы механики разрушения для исследования влияния второй дисперсной фазы на прочность композитов с хрупкой матрицей при помощи трех факторов, определяющих прочность, а именно энергии разрушения, модуля упругости и размера трещины. Указанные факторы зависят от пяти параметров композитов, связанных с выбором фаз композитов и методом их изготовления 1) размера частиц дисперсной фазы 2) объемного содержания дисперсной фазы 3) степени связи по поверхностям раздела 4) отношения модулей упругости фаз и 5) различия в термическом расширении фаз. [c.55]

ПРОЧНОСТЬ, УПРУГОСТЬ и ТЕРМИЧЕСКОЕ РАСШИРЕНИЕ [c.119]

Титан и его сплавы. Титан и его сплавы широко применяются во мно гих областях техники, в частности в химической аппаратуре, судостроении, авиации и ракетостроении, вследствие весьма удачного сочетания свойств высокой удельной прочности, исключительно высокой коррозионной стойкости, значительной прочности при высоких температурах. Чистый титан весьма пластичен. К числу свойств, создающих некоторые затруднения в применении титана в качестве конструкционного материала, относится низкая теплопроводность (в 13 раз меньше, чем у А1, и в 4 раза меньше, чем у Fe), нежелательная в условиях больших термических градиентов, в особенности при тепловом ударе, вследствие опасности возникновения высоких термических напряжений, и в условиях высокочастотных периодических термических колебаний этот недостаток отчасти компенсируется малостью коэффициента термического расширения. Титан имеет низкий, по сравнению со сталью, модуль продольной упругости, затрудняющий получение жестких и вместе с тем легких конструкций, несмотря на высокую удельную прочность. [c.323]

Наконец, третья группа (увы, пока еще слишком немногочисленная) — это люди, хорошо знающие, что, хотя пластмассы и уступают металлам в прочности, хотя у них высокий коэффициент термического расширения, низкий модуль упругости и досадная склонность насыщаться влагой, однако, будучи правильно применены, они могут не только заменить металл, но и во всех отношениях превзойти его. Ибо по легкости, дешевизне, коррозионной стойкости и простоте обработки пластмассы не имеют конкурентов. [c.12]

Наряд> с химической совместимостью гфи создании композита важно обеспечить механическую совместимость, т.е. соответствие упругих констант, коэффициентов термического расширения и показателей пластичности компонентов, позволяющих достигнуть прочности связи для передачи напряжений через границу. [c.69]

Керамика характеризуется низкой прочностью при растяжении в сочетании с высоким модулем Юнга, низкой ударной вязкостью. При высоких температурах одной из причин вь[хода из строя изделий из керамики является растрескивание. Это создает большие трудности при армировании ее волокнами, поскольку недостаточное удлинение матрицы препятствует передаче нафузки на волокно. Поэтому волокна должны иметь более высокий модуль упругости, чем матрица. Ассортимент таких волокон ограничен. Обычно используют металлические волокна. При этом сопротивление растяжению растет незначительно, но существенно повышается сопротивление тепловым ударам. В зависимости от соотношения коэффициента термического расширения матрицы и волокна возможны случаи, когда прочность падает. [c.158]

Первая формула применяется для вычисления коэффициента термического расширения, механической прочности и упругости, а вторая — для вычисления удельного веса, теплоемкости и теплопроводности стекла (глазури). [c.20]

Характеристики углеродных волокон приведены в табл. 2.3. Они обладают низкой плотностью и высокими прочностью при растяжении и модулем упругости. Следовательно, углеродные волокна имеют высокую прочность и удельный модуль упругости. Наиболее характерной особенностью углеродных волокон является их высокий удельный модуль упругости. Это позволяет с успехом использовать углеродные волокна для армирования материалов конструкционного назначения. Углеродные волокна имеют также низкий коэффициент трения, высокую электропроводность и отрицательный коэффициент термического расширения (вдоль волокон). Они нестойки к окислению в воздушной среде. При [c.39]

Выбор метода получения КМ основан на анализе межфазного взаимодействия компонентов, их химической и механической совместимости. Химическая совместимость — это способность компонентов в условиях эксплуатации не образовывать хрупких химических соединений, которые разрушаются под действием внешней нагрузки. Металлы в КМ могут образовывать твердые растворы, механические смеси или хрупкие химические соединения. Если в зоне соединения компонентов КМ не образуется хрупких интерметаллидных соединений, а формируется пластичный переходный слой, то такой КМ обладает высокими эксплуатационными свойствами. Прочность связи компонентов определяется их химической и механической совместимостью по модулям упругости, коэффициентам термического расширения, пределам прочности и показателям пластичности. [c.122]

Компоненты Плотность Модуль упругости Прочность л н и о Е с — <и. ни са о а с 2 л - 52 Коэффициент термического расширения (20—150° С) За-10 а> о Р о О я, X <и ё Н 1) ° СЧ к Сид л 5 1 3 к 3 Сеж [c.472]

Плотность Модуль упругости Прочность л 1 40 с — <и н J 03 о а с <у О. Ь Х<< Коэффициент термического расширения (20-150° С) за-10 О О 1. п, X 4 Я п щ 5 та к и к № йр и щ к 5 а Сев [c.473]

Компо- ненты Плотность Модуль упругости Прочность >0 н а О 0) ЬО Ом э Ь в Коэффициент термического расширения (20-150°) За-107 О) к ёй О. О К ё1 С К к из 5 Ч К <и 1) н III [c.520]

Термическая устойчивость стекла как материала зависит от ряда физических свойств его коэффициента термического расширения, модуля упругости, предела прочности при растяжении и т. д. Термическая устойчивость изделия зависит от крупности и формы, толщины и равномерности стенок, от способа выработки. [c.10]

Термической стойкостью называется способность стекла противостоять резким изменениям температуры. Вследствие его низкой теплопроводности температура его внешних и внутренних слоев становится различной, что вызывает в результате термического расширения возникновение напряжений в стекле. Таким образом, термостойкость стекла зависит от теплопроводности, температурного коэффициента линейного расширения и теплоемкости. Кроме того, термостойкость зависит от предела прочности стекла при растяжении и модуля упругости. [c.420]

Из формулы следует, что термостойкость стекол повышается при снижении значения их коэффициента термического расширения и модуля упругости и повышении прочности на разрыв. В формулу не входит толщина эмалевого покрытия. На рис. 1 показана зависимость между толщиной эмалевого покрытия и термостойкостью. Из этих данных следует, что значения Р могут быть сопоставимы лишь при одинаковой толщине эмалевых покрытий. Увеличение толщины металла повышает термостойкость, хотя и незначительно. [c.19]

Титан—тугоплавкий (Г д = 1668° С), легкий (y = 4,5 г/см ) металл, обладает редким сочетанием физико-химических и механических свойств [175—178]. Отличается малой теплопроводностью [0,045 кал/(см с°С)], небольшим коэффициентом термического расширения (а 10 = 8,15 град" ), высоким электросопротивлением (0,45 Ом/мм -м), более низким модулем упругости, чем у железа и никеля (11250 кгс/мм ), высокой удельной прочностью (в 1,8 раза выше стали), коррозионной стойкостью в атмосферных условиях и во многих агрессивных средах. [c.182]

Как и следует из теоретических предположений, дисперсная фаза увеличивает энергию разрушения хрупкого материала, причем в наибольшей степени при дисперсии частиц большого размера. Модуль упругости композита обычно определяется упругими свойствами составляющих его фаз. Когда существует либо большое различие в термическом расширении отдельных фаз, либо фазы плохо соединены друг с другом, модуль упругости композита значительно ниже предсказанного теорией из-за возникновения либо трещин в процессе изготовления, либо дефектов типа пор (псевдопор) в процессе приложения напряжений. Для получения высокой прочности необходимы большая энергия разрушения и высокий модуль упругости. [c.12]

В предыдущих трех разделах показано, что каждый из трех факторов, определяющих прочность, а именно энергия разрушения, модуль упругости и размер трещины, связан с дисперсной фазой. В связи с этими определяющими факторами обсуждены пять параметров композитов 1) размер частиц, 2) объемное содержание, 3) связи по границам, 4) отношение модулей и 5) остаточные терлшческие напряжения, т. е. различие в термическом расширении. Последний из них важен только в том случае, когда композит применяется или испытывается на прочность при температуре, отличной от температуры его изготовления. [c.43]

В заключение отметим, что прочность связи может существенно влиять на прочность композитов с частицами. В композитных системах с > р, к которым относятся все системы полимер — неорганические частицы, последние испытывают сжатие при охлаждении ниже температуры их изготовления, что помогает нести приложенную силу при низком уровне напряжений независимо от степени связи по поверхностям раздела. При более высоких уровнях напряжений у каждой частицы со слабыми связями но поверхностям раздела образуются псевдопоры, которые существенно уменьшают модуль упругости композита. Таким образом, оптимальная прочность композита может быть получена при достаточно прочной связи между поверхностями раздела двух фаз. Подход механики разрушения также подтверждает, что в тех случаях, когда не представляется возможным получить прочные связи по поверхностям раздела и а , > р, более высокая температура изготовления будет увеличивать уровень напряжений, при котором образуются псевдопоры, повышая таким образом прочность этих композитов. Как будет показано ниже, остаточные напряжения, возникающие вследствие различных термических расширений, могут быть также и вредными, особенно для композитов с дисперсными частицами большого размера. [c.52]

Биннс показал также, что хотя дисперсия цаетиц большего размера вызывает существенное уменьшение как модуля упругости, так и прочности при различии в термическом расширении матрицы и дисперсной фазы, дисперсия частиц меньшего размера не обязательно приводит к тому же эффекту. На рис. 21 приведены плотность, модули упругости и прочность различных стекол, содержащих 20% (по объему) частиц различного размера дисперсной [c.53]

Для построения поверхности прочности слоистого композита на основании рассмотренного метода составлена вычислительная программа иод шифром SQ-5 [18]. Она позволяет исследовать несимметричный (Btj ф 0) композит, нагруженный изгибающими нагрузками и силами в плоскости. В качестве исходных данных в программе используются предельные значения продольных, поперечных и сдвиговых деформаций слоя, определенных при растяжении и сжатии, и средние значения уиругих констант Ей Ei, vi2, Gn- Нагрузки могут иметь как механическое, так и термическое ироисхождение. Программа SQ-5 обеспечивает расчет полного напряженного и деформированного состояний слоя и композита в целом упругих констант композита Е х, Еуу, Vxy, Gxy, А, В, D коэффициентов термического расширения коэффициентов кривизны межслойных сдвиговых напряжений координат вершин углов предельной кривой композита. Кроме того, программа позволяет идентифицировать слои, в которых достигнуто предельное состояние, и соответствующие этому компоненты напряжения. [c.149]

Весьма перспективными для криогенной техники являются композиционные материалы. Их отношение предела прочности к теплопроводности на несколько порядков выше, чем у материалов других классов. Результаты работ, проведенных по программам ВВС и НАСА, содержатся в обзорах [12—14]. Настоящая программа предусматривает определение упругих констант, термического расширения и теплопроводности композиционных материалов пяти классов стеклопластиков, материалов на эпоксидной основе с синтетическим волокном, бороиластиков, угле- и боралю-миния. В табл. 3 сопоставлены повышенные значения ряда расчетных параметров этих материалов (теплопроводность/модуль Юнга теплопроводность/иредел текучести предел текучести/плотность и модуль Юнга/плотность) со свойствами некоторых конструкционных сплавов. Все дан- [c.35]

В этих условиях длительная прочность материала стенки бланкета при 1000° С и ресурсе не ме-нее 10 000 ч должна быть также не менее 4—5 кгс/мм . Кроме того, к материалу стенки предъявляются и другие жесткие требования максимальный предел прочности при 1000° С материала стенки должен быть не менее 40—50 кгс/мм стенка должна иметь близкую к меди высокую теплопроводность (не менее 100—300 Вт/(м град)) минимальный коэффициент термического расширения (менее 4—5-10 1/град) высокий модуль упругости минимальный коэффициент Пуассона (менее 0,3) минимальную упругость пара в рабочих условиях (менее 10 мм рт. ст.) высокую совместимость с теплоносителем и достаточно высокие технологичность и свариваемость. К этим разнообразным требованиям присоединяются еще и ядерно-физические материал стенкн бланкета должен иметь минимальные сечения ядерных реакций, не должен подвергаться радиационному охрупчиванию и распуханию, должен оказывать максимальное сопротивление ионному распылению и эрозии вследствие блистерообразова-ния. [c.14]

Известно, например, что наружная поверхность изделий охлаждается быстрее ядра, независимо от природы веш,ества. Однако, если теплопроводность веш,ества (например, металла) достаточно велика, то разность температур практически настолько ничтожна, что изделие небольшой толш,ины не испытывает су-ш,ественных напряжений при охлаждении. Наоборот, стекло (глазурь), обладающее очень малой теплопроводн остью, испытывает при резком охлаждении настолько значительные напряжения, что оно разрывается на куски. Результаты возникающих напряжений сказываются даже спустя длительное время. Не всегда цек на глазури появляется сразу по выгрузке изделий из печи, иногда только с течением времени. Если керамика сама по себе в значительной степени чувствительна к резким изменениям температуры, то такая сложная резко разнородная система, как глазурь—керамика, обладает еще большей чувствительностью, особенно резко проявляющейся при разных коэффициентах термического расширения обоих слоев. Если этот коэффициент у керамики меньше, чем у глазури, то последняя при охлаждении находится в растянутом состоянии и претерпевает напряжение разрыва. Так как свободное смещение вдоль поверхности контакта невозможно, а застывшая глазурь (стекло) значительно слабее сопротивляется разрыву, чем сжатию, то при достижении напряжений, превышающих допустимые пределы упругости и прочности, неэластичная корка лопается. [c.50]

Присадка в глазурь кремнезема в виде песка заметно повышает термическую стойкость фарфора. Это, очевидно, также связано с тем, что ЗЮг понижает коэффициент термического расширения глазури и повышает механическую прочность изделий. Незначительные добавки MgO также заметно повышают термическую стойкость образцов, хотя коэффициент термического расширения при этом практически не изменяется. Здесь, очевидно, сказывается повышение механической прочности и упругих свойств глазури, которые ей сообш,ает окись магния. [c.73]

Полистирол выпускают в виде тонкого порошка или в виде гранул. Изготавливают полистирол двумя способами эмульсионным и блочным. Блочный полистирол отличается от эмульсионного более высокими диэлектрическими свойствами, но и несколько худшими показателями механической прочности. Полистирол — аморфный прозрачный бесцветный полимер, легко окрашиваемый в различные цвета. При обычной температуре полистирол тверд и стекловиден, выше 80° С в нем начинают преобладать эластические деформации, постепенно сменяющиеся пластичностью. Максимальная пластичность проявляется при 200—220° С, выше 260° С начинается термическая деструкция полимера. Кислород воздуха не оказывает на полистирол заметного окислительного действия. Изделия формуют при 200—210° С литьем нри удельном давлении 700—1500 кПсм в зависимости от типа изделий. Существенные затруднения при литье изделий из полистирола, особенно крупногабаритных, вызваны сочетанием сравнительно низкой упругости материала с высоким коэффициентом термического расширения его и малой теплопроводностью. Нагретый до пластического состояпия полистирол продавливается в холодную форму, касается ее стенок, и поверхность изделия, быстро охлаждаясь, фиксирует контуры формы. Вследствие малой теплопроводности внутри изделия еще сохраняется высокая температура. Это вызывает большие внутренние напряжения, что при недостаточной упругости материала приводит к растрескиванию толстостенного или крупногабаритного изделия. Поэтому из полистирола обычно изготавливают сложные и сложноармированные, но мелкие детали приборов общего, электро- и радиотехнического назначения. Для снятия внутренних напряжений детали рекомендуется подвергать отжигу. Отжиг проводят при 65—70° С с постепенным охлаждением изделий до нормальной температуры. [c.40]

Из этого следует, что путем изменения состава практических стекол можно значительно улучшить их термомеханические свойства. За последнее время ведутся широкие работы по синтезу и внедрению в производство новых видов технических стекол, отличающихся от обычных промышленно распространенных стекол высокими показателями прочности, упругости и термостойкости. Разрабатываются новые типы малощелочных или бесщелочных силикатных и боросиликатных стекол, которые обладают пониженным коэффициентом термического расширения, устойчивы к действию повышенных температур и отличаются высокой термической стойкостью. Так, например, в СССР широко и эффективно используются промышленные термостойкие и тугоплавкие стекла МКР, мазда , стекло 13-в и стекло №31 (табл. И. 2, 8). Вновь рекомендованы для применения в промышленности высокотермостойкие стекла КС-16, КС-18 и ппрексил и стекла с повышенными упругими свойствами (табл. II. 7), обладающие сравнительно невысоким коэффициентод расширения (а 10 = 52,6 - 54 V С) и пониженной хрупкостью. Такие стекла не дают хрупкого разрушения при определении микротвердости (на приборе ПМТ-3) во время нагрузки на алмазную пирамиду в 200 г их эффективно применяют для создания механически прочных переходных спаев между различными по тепловому расширению и температуре размягчения видами электровакуумных стекол в производстве изделий радиоэлектроники одно такое стекло при спаивании деталей заменяет 8—10 переходных стекол. [c.182]

Аналогичная зависимость наблюдается и при растяжении, где предел прочности линейно зависит от плотности графита в интервале 1,56—1,84 г см и изменяется от 200 до 360 кГ1см [28]. Температурная зависимость предела прочности показывает, что с повышением температуры до 2400—2500° С величина его возрастает, а при более высоких температурах — резко падает. Различные исследователи выдвигают свои гипотезы, объясняющие такое аномальное поведение графита (и некоторых других материалов) при повышении температуры. Мрозовский [108] объясняет эту зависимость тем, что снимаются остаточные напряжения, возникшие вследствие анизотропного изменения размеров отдельных кристаллитов при охлаждении графита после графитизации. Эта теория была дополнена Хо-вом, который, основываясь на различных величинах коэффициента термического расширения по осям сна, показывает возможность заклинивания кристаллитов при повышении температуры. В этом случае структура становится более жесткой. По мнению авторов работ [89, 90], повышение прочности может быть обусловлено дегазацией графита (удалением сорбированных газов) при повышенных температурах. Мартенс и др. [91] связывают повышение прочности с проявлением ресурса пластичности графита при повышении температуры, в связи с чем снижается влияние внутренних напряжений, возникающих в местах структурных неоднородностей, в том числе в порах. Грин [92] объясняет изменение механических свойств графита по аналогии с полимерными материалами, у которых таким же образом возрастает модуль упругости и кривая напряже- [c.47]

Марка Плотность, e M Предел прочности, кГ1см Модуль упругости при сжатии Ю кГ/см Твердость по Шору Коэффи- циент теплопро- водности (20°С), ккалЦмх ХЧ-ераЭ) Коэффициент термического расширения (20— 200°С), 10-е град—1 Допустимая рабочая температура в газовой среде, °С [c.60]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...