загрузка...
загрузка...
На головну

Загальні вимоги, що пред'являються до конструкційних матеріалів

  1. HTML: Загальні відомості.
  2. I. Загальні положення
  3. I. Загальні положення
  4. I. Загальні положення
  5. I. Загальні положення
  6. I. Загальні положення
  7. I. Загальні положення

Конструкційними називають сталі і сплави, що застосовуються для виготовлення деталей машин, конструкцій і споруд. Це - один з найбільш широко використовуваних і відрізняється різноманітністю властивостей клас матеріалів.

Такі матеріали повинні володіти високими експлуатаційними властивостями, гарною технологічністю, економічністю і бути недефіцитних.

Для забезпечення надійних експлуатаційних властивостей вони повинні мати високу конструкційної міцністю.

конструкційна міцність (Міцність матеріалу в конструкції) - це комплекс властивостей, що забезпечує тривалу і надійну роботу виробу в конкретних умовах експлуатації. Отже, конструкційна міцність визначається не тільки властивостями самого матеріалу, але також і умовами його навантаження (статичні, циклічні або ударно-циклічні навантаження), температурної областю експлуатації виробу, середовищем, в якій виробу належить працювати (рідкої, газоподібної, високоагресивних тощо .).

Зокрема, при виборі конструкційних матеріалів для деталей апаратів харчового машинобудування, крім загальних вимог, що пред'являються до механічної міцності, технологічності, основними є висока корозійна стійкість при тривалій дії харчових середовищ в умовах підвищених температур і тисків, а також миючих і дезінфікуючих засобів. Ще одним обов'язковим вимогою є необхідність врахування токсичності матеріалів і продуктів їх корозії при контакті з харчовими середовищами, і дозвіл МОЗ РФ на їх застосування.

Конструкційна міцність об'єднує такі поняття як міцність (Опір матеріалу пластичної деформації), надійність(Опір крихкому руйнуванню) і довговічність (Опір матеріалу поступового руйнування, його здатність забезпечити роботу виробів протягом заданого часу).

Залежно від конкретних умов експлуатації виробів, в комплексі характеристик, що входять в поняття конструкційної міцності, превалюють ті чи інші поєднання властивостей.

Так, наприклад, якщо вироби працюють в умовах високих температур, то основні вимоги пред'являються до їх жароміцності і жаростійкості, а при експлуатації їх при низьких температурах критичною є хладноломкость. При статичних навантаженнях критеріями міцності служать межі плинності s0,2 і тимчасовий опір sВ.

Отже, при оцінці конструкційної міцності необхідно застосовувати ті критерії, які найбільш повно відображають властивості міцності в умовах експлуатації. Тому інженеру потрібно добре освоїти теоретичні основи методів впливу на міцність і пластичні властивості матеріалів, викладені в попередніх розділах.

оцінка надійності матеріалу є найважливішим етапом проектування, оскільки крихке руйнуваннявиробів призводить до небезпечних аварійним наслідків. Як характеристик, що визначають надійність конструкційних матеріалів, служать показники пластичності (d и y) І ударної в'язкості КС. Але, на жаль, ці показники, виміряні на лабораторних зразках, досить правильно відображають поведінку в експлуатації виробів, виготовлених з матеріалів з невисокою міцністю. При використанні ж більш міцних і відповідно менше пластичних матеріалів, зазначених характеристик для оцінки конструкційної міцності виявляється недостатньо і потрібно враховувати опір крихкому руйнуванню - хладноломкость і тріщиностійкість матеріалів, а саме такі параметри, як Т50 (Температуру, при якій злам зразків на 50% є в'язким) і параметр в'язкості руйнування До. На відміну від параметра хладноломкости, параметр Кможе бути використаний в розрахунках конструкційної міцності виробів з високоміцних матеріалів, так як він дозволяє оцінювати допустимі напруги при відомих розмірах тріщин, або, навпаки, допустимий розмір тріщин при даному рівні прикладених напружень. Чим вище коефіцієнт К, тим надійніше матеріал щодо опору крихкому руйнуванню.

довговічність конструкцій і виробів залежить від умов їх експлуатації і характеризується такими параметрами, як опір повзучості, втоми і зносу.

Але слід зазначити, що в багатьох випадках при оцінці конструкційної міцності можна поки дати тільки загальні рекомендації по вибору комплексу властивостей. Надійно передбачити поведінку металу в тій чи іншій конструкції на основі простої лабораторних випробувань механічних властивостей важко. Тому оцінку конструкційної міцності проводять на підставі результатів натурних і стендових випробувань. Це досить дорога операція, проте поки вона є необхідною, особливо при проектуванні відповідальних деталей і конструкцій.

У зв'язку зі зростаючими вимогами до зниження металоємності конструкцій, ростуть і вимоги до підвищення конструкційної міцності.

Для її підвищення використовують Металознавчі, технологічні та конструкторські методи. Матеріалознавчі методи спрямовані на створення матеріалів з найбільш сприятливим поєднанням міцності і пластичних характеристик. Природа високої міцності (високого опору руху дислокацій) була розглянута в гл. 3, Частина I. Для підвищення міцності застосовують легування, не тільки підвищує міцність міжатомних зв'язків, а й міняє фазовий склад. Сполучення високої міцності з пластичністю домагаються суміщенням методів пластичної деформації з термічною обробкою (методи ТМО).

З числа технологічних прийомів, спрямованих на підвищення конструкційної міцності, слід зазначити металургійні способи підвищення якості металу (зниження вмісту шкідливих домішок, неметалічних включень і ін.). Для цього використовують різні сучасні методи електрошлаковий переплав (ЕШП), електронно-променевої (ЕЛП), та вакуумно-дугового (ВДП).

Для підвищення зносостійкості і втомної довговічності використовують різні методи зміцнення поверхні (поверхневий наклеп, здійснюваний обдування дробом, обкаткою роликами, ультразвукову обробку, хіміко-термічну, лазерну термічну загартування і іонну імплантацію).

Якщо в конструкції не можна уникнути глибоких канавок і надрізів, то їх піддають локальної обробці, що знижує рівень напружень, зокрема лазерної.

В останні десятиліття все ширше використовують композиційніматеріали, що поєднують легку пластичну матрицю з жорсткими армирующими волокнами або частками.

Слід зазначити, що з безлічі конструкційних матеріалів, стали, титанові і алюмінієві сплави забезпечують критерії надійності і довговічності виробів в досить широкому діапазоні вимог і є в деякому роді універсальними.

1.2. Конструкційні стали загального призначення

Залежно від хімічного складу конструкційні стали загального призначення поділяються на вуглецеві, низьколеговані (З вмістом легуючих елементів <5%), середньолеговані(Від 5 до 10%) і високолеговані (Більше 10% легуючих елементів). Як вуглецеві, так і леговані стали поділяють на низьковуглецеві (<0,3% С), середньовуглецеві(0,3 ... 0,7% С) і високовуглецеві(Більше 0,7% С). У загальному обсязі виробництва конструкційних сталей вуглецеві становлять понад 80%.

Мал. 1. Смуги прокаливаемости для сталей 12ХН3 (1) і 12Х2Н4А (2)

Незважаючи на значно меншу частку виробництва легованих сталей, їх роль в машинобудуванні досить велика і визначається впливом легуючих елементів на їх властивості та структурні складові.

Відомості про вплив легуючих елементів на конструкційну міцність необхідні інженеру для обгрунтованого вибору марок сталі.

Більшість легуючих елементів (за винятком нікелю) при їх утриманні> 1% знижують ударну в'язкість стали. Крім прямого зміцнюючого впливу, такі елементи, як хром, молібден, нікель і бор, підвищують прокаліваемость, і тому часто проводять комплексне легування (Cr + Mn), (Cr + Mo), (Cr + Ni) (Рис. 1). При цьому слід враховувати, що марганець сприяє зростанню зерна і підвищує порігхладноломкості. Тому легування марганцем доповнюють легированием титаном, бором, ванадієм та іншими елементами, измельчающими зерно. Для зниження порогу хладноломкости використовують нікель і молібден, а молібден і вольфрам вводять так само і для зменшення схильності стали до відпускної крихкості. Кремній значно підвищує міцнісні властивості, але одночасно підвищує також порігхладноломкості, тому його зміст зазвичай не перевищує 2%.

Слід також враховувати, що такі легуючі елементи, як нікель, молібден і вольфрам, є не тільки дорогими, але і дефіцитними. Тому їх зміст, як правило, не перевищує 1 ... 5% Ni; 0,8 ... 1,2% W і 0,2 ... 0,4% Мо. У високоміцних конструкційних сталях, використовуваних в найбільш відповідальних деталях і конструкціях, зміст таких елементів визначається їх оптимальним впливом на властивості.

 



Попередня   12   13   14   15   16   17   18   19   20   21   22   23   24   25   26   27   Наступна

МАТЕРІАЛОЗНАВСТВО | Низьколеговані конструкційні стали | термомеханічної обробкою | Високоміцні метастабільні аустенітні стали | Корозія і захист металів від корозії | Корозійностійкі іжаростійкі стали | Хромисті корозійностійкі (нержавіючі) стали | Висококоррозіонностойкіе сплави на основі заліза і нікелю | Конструкційні жароміцні стали і сплави | підвищених температурах |

загрузка...
© um.co.ua - учбові матеріали та реферати