Конструкционная прочность.

Конструкционные материалы – стали, сплавы, чугуны, цветные металлы, и их сплавы – предназначены для изготовления деталей машин, приборов, инженерных сооружений и т.д. В ходе эксплуатации они подвергаются различным механическим нагрузкам, воздействию низких и высоких температур, агрессивных сред, работают при статистических, ударных и циклических нагрузках. Поэтому различные стандартные испытания, при которых определяют предел текучести, временное сопротивление, относительное удлинение, относительное сужение, ударную вязкость, твёрдость и т.д., не позволяют судить о поведении данного материала в реальных условиях эксплуатации, не характеризуют их работоспособности, прочности в конкретных конструкциях, т.е. не определяют их конструкционной прочности.

Конструкционная прочность материалов представляет собой комплекс механических, жаропрочных, коррозионностойких и др. свойств, обеспечивающих надёжную и длительную их работоспособность в конкретных условиях эксплуатации. Следовательно, констр. прочность материалов – это комплексная характеристика, включающая сочетание таких критериев, как прочность, надёжность, долговечность. Эти критерии должны наиболее полно характеризовать работоспособность данной детали при её эксплуатации.

Для оценки конструкционной прочности металлов необходимо выбрать комплекс тех прочностных и других параметров, которые должны находиться в наибольшем соответствии с эксплуатационными свойствами деталей машин и конструкций. Особенность определения конструкционной прочности металлов заключается в том, что кри­терии ее оценки относятся к данному материалу, выбранному для изготовления изделий определенного назначения, которые будут работать в конкретных силовых, температурных и иных условиях.

Критерии прочности металла выбирают в зависимости от условий его работы. Если работа предстоит в условиях стати­ческой нагрузки, то критерием прочности являются предел те­кучести, временное сопротивление или твердость НВ; если деталь испытывает длительные циклические нагрузки, то критерием прочности является предел выносливости. По величине выбранных критериев прочности рассчитывают допустимые рабочие напряжения в условиях эксплуатации.

Критерий надежности характеризует способность металла противостоять хрупкому разрушению, вызывающего внезапный отказ детали в условиях эксплуатации (например, разрушение ферм мостов, трубопроводов и т. д.). В этом случае критерием надежности служат показатели относительного удлинения, относительного сужения, ударной вязкости KCU с учетом масштабного фактора, температурных условий, динамических нагрузок, концентраторов напряжений (надрезов) и т. д.

Наконец, критерий долговечности характеризует свойство металла сопротивляться постепенному накоплению поврежде­ний и разрушению детали ввиду развития процессов усталости в условиях знакопеременных нагрузок (и появляющихся зна­копеременных напряжений от мах до min в течение определенного периода времени), изнашивания и коррозии деталей, ползучести при службе в условиях высоких температур и на­пряжений и др. Во многих случаях долговечность деталей или конструкций определяется главным образом сопротивлением металла усталостным разрушениям при циклических нагрузках и изнашиванием при трении.

Высокая конструкционная прочность деталей достигается прежде всего металлургическими и технологическими методами, к которым относят легирование, термическую, химико-терми­ческую, термомеханическую и другие виды обработок металла.

На конструкционную прочность металлов оказывает влия­ние также плотность дислокации (дефектов кристаллического строения). Идеальные кристаллы без дефектов («усы») имеют прочность, близкую к теоретической, которая на два-три по­рядка больше технической прочности металлических материалов после их отжига. Дислокации служат местом концентра­ции напряжений и упрочняют металл. При значительном уве­личении плотности дислокации и уменьшении их подвижности (блокирования дислокации) техническая прочность, металла по сравнению с отожженным состоянием увеличивается.

Для повышения технической прочности металлов применяют увеличение плотности дислокации путем легирования (внедре­ния в решетку данного металла чужеродных атомов и созда­ния искажения кристаллической решетки металла-матрицы. препятствующего свободному перемещению дислокации), ме­ханического наклепа, измельчения зерен, термической и термо­механической обработки и т. д. Так, при наклепе путем холод­ной пластической деформации металла плотность дислокаций достигает 10¹¹.. 10¹² см^-2, что значительно повышает его проч­ность.

Дата добавления: 2015-07-25