Влияние различных факторов на конструкционную прочность материалов
Влияние температуры
Как было сказано ранее, характер разрушения материала зависит не только от его марки (по существу, химического состава), но и от условий испытания: температуры, скорости нагружения, вида напряженного состояния, наличия концентраторов напряжений, влияния среды и многих других. Рассмотрим влияние некоторых конструктивных, технологических и эксплуатационных факторов, иллюстрируя его конкретными данными.
Влияние температуры на характер разрушения хорошо известно: как правило, при повышении температуры прочность сталей и сплавов снижается, а пластичность растет (за исключением отдельных температурных диапазонов, в которых у некоторых материалов в связи со структурно-фазовыми превращениями пластичность падает, иногда значительно).
На рис. 1.15 представлены зависимости предела текучести s 0,2, временного сопротивления s В и относительного поперечного сужения y от температуры углеродистой и легированной хромоникелевой сталей; области их применения приведены в табл.1.2.
| Марка стали | Характеристика и назначение |
| Сталь 35 | Конструкционная углеродистая качественная. Детали невысокой прочности, испытывающие небольшие напряжения: оси, цилиндры, коленчатые валы, шатуны, шпиндели, звездочки, тяги, ободы, траверсы, валы, бандажи, диски и другие детали. |
| 08Х18Н10Т | Сталь коррозионно-стойкая жаропрочная аустенитного класса. Сварная аппаратура, работающая в средах повышенной агрессивности, теплообменники, муфели, трубы, детали печной арматуры, электроды искровых зажигательных свечей. |
Таблица 1.2 Области применения Стали 35 и 08Х18Н10Т
|
|
Как видно, механические характеристики обеих сталей следуют общим тенденциям. Отметим особенность конструкционной Стали 35 – практически линейную зависимость параметра y (Т) и вместе с тем резкое падение пластичности в диапазоне 650…750°С. Характеристики нержавеющей жаропрочной стали 08Х18Н10Т при повышении температуры более стабильны; примечательно наличие своеобразного платó в диапазоне температур 300…600°С, когда они практически неизменны. При понижении температуры одновременно с ростом характеристик прочности s 0,2 и s В происходит их сближение и, соответственно, снижение характеристик пластичности (рис. 1.16). При низких климатических и, тем более, криогенных температурах наблюдаются хрупкие разрушения элементов конструкций из материалов, отличающихся в нормальных условиях хорошими пластическими свойствами. Переход к хрупкому разрушению определяется критической температурой Т kр, при этом изменение механизма разрушения может сопровождаться падением критического (разрушающего) напряжения.
Из рис. 1.17 следует, что характер изменения отношения 
при падении температуры может быть различным: у углеродистой Стали 35 это отношение приближается к единице при температуре около –260°С; у нержавеющей хромоникелевой стали оно при снижении температуры, наоборот, уменьшается. В обоих случаях при двухосном растяжении (штриховые линии) указанное отношение оказывается выше, чем при одноосном. Нетрудно сделать вывод, что для конструкций, эксплуатирующихся при низких климатических температурах, сталь Х18Н10Т – предпочтительнее, поскольку проявляет бóльшее (и увеличивающееся с падением температуры) упрочнение. К тому же в этих условиях она обладает гораздо более высокой пластичностью: при охлаждении от 20 до –200°С ее относительное поперечное сужение y изменяется от 63 до 56 %, в то время как у Стали 35 величина y снижается с 58 до 14 %, что значительно увеличивает опасность хрупкого разрушения.
|
|
Влияние скорости деформирования
ГОСТом 1497–84 предусмотрена классификация механических процессов в зависимости от скорости их протекания:
Рис. 1.18. Классификация процесса деформирования в зависимости от скорости
Увеличение скорости деформирования приводит к росту прочностных характеристик, уменьшению пластичности и, как следствие, к трансформации диаграммы деформирования (рис. 1.19), так на кривой деформирования малоуглеродистой стали исчезает площадка текучести, заметно увеличение модуля упругости. На рис. 1.20 показаны графики изменения характеристик прочности и пластичности трех разнородных материалов – мало- и высокоуглеродистых сталей двух марок и деформируемого термически упрочняемого алюминиевого сплава в отожженном состоянии, подтверждающие общую закономерность.
