Вся электронная библиотека      Поиск по сайту

 

Строительная энциклопедия

М

МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ПРИ ПОВТОРНЫХ НАГРУЗКАХ

 

Раздел: Дом. Быт. Техника. Строительство. Сельское и приусадебное хозяйство

Сопротивление повторным нагрузкам уменьшается с увеличением числа перемен нагрузки. Темп и характер снижения прочности зависят при этом от многих факторов: особенностей материала (его состава, структуры, термич. обработки), условий нагружения, величины концентрации напряжений, размеров детали или образца, состояния поверхности, агрессивности окружающей среды (см. Усталость коррозионная), темп-ры испытания и др. Нек-рые из этих факторов (напр., поверхностный наклеп, уменьшение размеров зерна) влияют на выносливость в области ограниченного числа циклов и высоких уровней повторной нагрузки (выносливость статическая) в том же направлении и столь же эффективно, как и на усталостную прочность при больших долговечностях и сравнительно малой амплитуде напряжения; др. факторы (напр., увеличение темп-ры испытания, наличие мягкого плакирующего слоя в алюминиевых сплавах) обычно в большей мере снижают пределы выносливости

При термич. обработке на заданный предел прочности значит, влияние на пределы выносливости могут оказать внутр. напряжения, вызванные термич. обработкой, размер зерна, чистота металла по примесям и неметаллич. включениям. Показано, что ступенчатая закалка, при к-рой выдержка над мартенситной точкой в зоне наибольшей устойчивости аустенита приводит к выравниванию темп-ры в центре и на поверхности образца и тем самым к одновременному превращению во всем его объеме, сообщает стали большую выносливость, чем закалка в воде и низкий отпуск, когда при той же твердости сталь имеет более высокие внутр. растягивающие напряжения. По этой же причине повышение темп-ры отпуска конструкционной стали с 200 до 400°, сопровождающееся значит. снижением предела прочности, часто не только не приводит к заметному понижению предела усталости, но у нек-рых марок стали, напротив, обусловливает увеличение предела выносливости. Большое значение имеет технология выплавки сплавов. Приводятся данные, показывающие, что высокопрочная сталь, выплавленная в вакууме, имеет на 30—40% более высокий предел выносливости по сравнению с выплавленной в атмосфере. Присутствие в структуре стали неметаллич. включений приводит к снижению предела выносливости, тем большему, чем выше уровень статич. прочности. У многих сплавов усталостная прочность повышается с уменьшением размеров зерна, хотя предел прочности и твердость могут при этом практически не меняться. Для неск. марок латуни, бронзы, магниевых сплавов, аустенитной хромоникелевой стали, жаропрочных сплавов на Gr—Ni основе экспериментально получено повышение предела усталости с уменьшением зерна.

 

 

У латуни 70-30, напр., увеличение среднего диаметра зерна с 25 до 100 м к понижает предел усталости примерно на 20%.

Для литых магниевых сплавов наблюдалась линейная зависимость между пределом усталости и величиной 1/Д2, где Д— средний диаметр зерна. Влияние размеров зерна на усталость алюминиевых сплавов еще недостаточно выяснено: наряду с экспериментальными данными, полученными в США, об увеличении на 25—35% пределов выносливости сплавов, аналогичных по составу отечественным Д1, АК2 и АК6, имеются также результаты опытов, в к-рых не отмечается заметной связи между размером зерна и сопротивлением усталости алюминиевого сплава. Пределы усталости надрезанных образцов относительно мало снижаются при увеличении размеров зерна. Поэтому эффективный коэфф. концентрации напряжений k5 у сплавов с крупнозернистой структурой меньше, чем у мелкозернистых материалов. Аналогично изменяется и коэфф. чувствительности к надрезу При повышении темп-ры испытания характер влияния размеров зерна на выносливость сохраняется, по-видимому, до тех пор, пока процесс усталостного разрушения развивается по телу зерна; при тех темп-рах, когда разрушение от усталости начинается по границам зерен, термич. обработка на крупное зерно сообщает сплаву большую выносливость.

Деформированные сплавы в той или иной мере обладают анизотропией предела выносливости. Имеющиеся данные показывают, что для конструкционной стали пределы усталости поперек волокна на 15— 35% ниже, чем у образцов, вырезанных вдоль волокна, причем, чем выше уровень статич. прочности стали и чем менее однородна структура при данном уровне тем обычно сильнее проявляется анизотропия усталостной прочности. Во многих случаях небольшая анизотропия пределов усталости, полученных при испытании гладких образцов, резко усиливается в присутствии концентрации напряжений. Для стали, напротив, имеются данные, что при значит, анизотропии пределов выносливости у гладких образцов при наличии концентрации напряжений она не проявляется или проявляется слабее.

Наклеп, вызванный пластич. деформацией (прокаткой, волочением, растяжением, сжатием), увеличивает предел выносливости углеродистой стали, нержавеющей хромистой (13% Сг) и хромоникелевой стали 18-8, латуни 70-30 на 10—50% в зависимости от степени и способа наклепа. В отношении алюминиевых сплавов имеются данные об отрицат. влиянии наклепа на выносливость.

Показатели выносливости характеризуются большим разбросом отд. значений (см. Рассеяние механических свойств). Чем неоднороднее структура сплава, тем выше рассеяние свойств при повторных нагрузках. Как правило, высокопрочные материалы обнаруживают большее рассеяние характеристик долговечности и прочности, чем сплавы средней и невысокой прочности. Рассеяние зависит от асимметрии цикла; при данной амплитуде напряжения рассеяние при симметричном цикле обычно ниже, чем при асимметричном. Рассеяние долговечности увеличивается с уменьшением амплитуды напряжения.

При оценке усталостной прочности различных полуфабрикатов (напр., листов и штамповок) следует иметь в виду, что результаты, полученные при испытании образцов различной формы, чаще несопоставимы.

Пределы выносливости, как правило, определяются при испытаниях с частотой нагружения 25—50 гц. Материалы, обладающие в этих условиях более высокими пределами выносливости, могут оказаться менее прочными при низкочастотном на- гружении. В частности, высокопрочные стали, имеющие предел усталости на 20—40% выше, чем среднепрочные, обнаруживают по сравнению с последними пониж. долговечность при повторных статич. нагрузках. Тоже наблюдается при сопоставлении высокопрочных алюминиевых сплавов В95, В93, ВАД23 по сравнению со сред- непрочными Д16, АК6 (см. Выносливость статическая). При увеличении частоты на один-два порядка сопротивление усталости, как правило, заметно возрастает, а влияние частоты оказывается тем сильнее, чем выше уровень напряженности. В эффекте частоты проявляется временная зависимость прочности при повторных нагрузках. Для нек-рых сплавов эта зависимость в известной мере обусловлена тем, что атмосфера воздуха является для них слабой коррозионной средой.

В связи с увеличением ресурса совр. двигателей, различного рода машин и сооружений для нежелезных сплавов, не имеющих подлинного предела усталости (см. Усталость), особое значение имеют ограниченные пределы выносливости, определяемые на большой базе. Для нек-рых алюминиевых и титановых сплавов получены данные, показывающие, что увеличение базы испытания после 10—100 млн. циклов не приводит к сколько-нибудь значит. снижению.

Конструкционные малолегированные стали невысокой и средней прочности мало чувствительны к асимметрии цикла. У хрупких материалов (напр., чугунов, литых сплавов) с увеличением среднего напряжения цикла амплитуда безопасных напряжений значительно уменьшается.

Усталостная прочность понижается при наличии мягкого поверхностного слоя—обез- углероженного у стали, из чистого алюминия—у плакированных алюминиевых сплавов. Присутствие литейной корки снижает предел выносливости литых сплавов на 25—30%. Наносимые для защиты от коррозии алюминиевых сплавов анодные пленки по-разному влияют на выносливость в зависимости от толщины покрытия, состава электролита, природы сплава, подготовки поверхности, наличия концентраторов напряжения, уровня действующих повторных напряжений.

Хрупкие и содержащие внутр. растягивающие напряжения анодные пленки, полученные в растворах H2S04, при толщине пленки 15 мк и выше значительно снижают предел выносливости деформируемых алюминиевых сплавов. Наибольшее снижение наблюдается у сплавов системы Al—Mg—Си—Zn, причем присутствие плакирующего слоя уменьшает отрицат. влияние анодной пленки. Толстая анодная пленка не снижает или мало снижает выносливость литых алюминиевых сплавов. В отношении влияния тонких (5—8 мк) сернокислотных анодных пленок приводятся данные о снижении усталостной прочности сплавов 7075 (аналог В95) и дуралюмина лишь в области высоких повторных напряжений. Отмечается, что анодированные образцы обнаруживают значительно большее рассеяние долговечности, чем неанодированные. Анодирование в хромовокислотном электролите при толщине пленки до 5 мк по нек-рым данным не только не снижает усталостной прочности алюминиевых сплавов, но даже несколько повышает ее. Хромовокислотные пленки толщиной 10—12 мк на 10—15% снижают выносливость гладких образцов сплавов типа В95. По нек-рым данным, анодирование не усиливает действия острых надрезов на пределы выносливости при N = 107—108 циклов. Гальванич. покрытия, применяющиеся для увеличения стойкости против износа и коррозии, большей частью снижают усталостную прочность. В зависимости от состава ванны и толщины слоя, никелирование может понизить предел выносливости гладких образцов углеродистой и малолегированной стали до 40—50%. Столь же отрицательно влияет хромирование. Электролитич. хромирование снижает предел выносливости алюминиевых сплавов АК4, АК6 на 25—30%. В присутствии концентрации напряжений неблагоприятный эффект никелирования и хромирования проявляется намного слабее. Повышение темп-ры испытания до 200° не устраняет вредного влияния ацодиро-

вания и хромирования на выносливость сплавов АК4, ВД17,АК6. Покрытия оловом и цинком понижают усталостную прочность стали, тогда как кадмирование мало сказывается на ходе кривой усталости.

Имеются данные о благоприятном влиянии пленок определенных полярных органич. соединений (додециалкоголя, додециамина и др.) на выносливость углеродистой и малолегированной стали, бериллиевой бронзы, магниевых сплавов. Некоторые из них оказывают такое же влияние при испытании в воде, как и на воздухе. Олеофобные пленки не оказывают влияния на выносливость сплавов титана и нержавеющей стареющей стали 17-7.

Прочность конструкционной стали при повторных нагрузках можно значительно (на 10—50% для гладких образцов) увеличить путем химико-термич. обработки поверхности — цементации, азотирования, цианирования. При отсутствии концентрации напряжений цементация и цианирование дают больший прирост усталостной прочности, однако азотирование, проводимое при темп-рах ниже критич. точек стали, приводит к значительно меньшему короблению детали. Кроме того, сопротивление усталости цементированной или цианированной стали зависит не только от режима цементации, но и от последующей термич. и механич. обработки, тогда как азотируемые детали подвергаются лишь окончат, шлифовке и притирке, и их св-ва в основном определяются режимом азотирования. Эффективность упрочнения при данном виде химико-термич. обработки зависит от глубины упрочненного слоя, величины концентрации напряжений, условий нагружения.

Коррозионноусталостная прочность значительно понижается даже при сравнительно небольшом уменьшении частоты, к-рое не отражается на выносливости при испытании на воздухе. При наличии концентрации напряжений пределы выносливости конструкционных малолегированных сталей и алюминиевых сплавов под влиянием коррозионной среды снижаются в меньшей мере, чем у гладких образцов, так что по нек-рым данным при большом числе циклов (невысоких напряжениях) усталостная прочность надрезанного образца в коррозионной среде может оказаться выше прочности гладкого образца. Масштабный эффект при одновременном воздействии коррозионной среды и усталости4 изучен недостаточно, но имеющиеся данные позволяют полагать, что влияние абс. размеров образца будет зависеть от уровня действующих напряжений. При сравнительно малых амплитудах напряжений (в области больших долговечностей) в нек-рых опытах наблюдался определенный рост усталостной прочности малолегированной стали при увеличении диаметра образца. У коррозионностойких материалов с увеличением размеров сопротивление усталости в коррозионных средах понижается. Менее резкое, но все же значит, снижение предела выносливости наблюдается также при испытаниях на усталость в обычных условиях образцов, подвергшихся предварит. коррозии. 

Нек-рые методы поверхностного упрочнения могут быть использованы для увеличения усталостной прочности при высоких темп-рах. Имеются, напр., данные о том, что эффект поверхностного наклепа в значит. мере сохраняется при испытании на усталость алюминиевых сплавов АК4 и ВД17 при темп-рах 150—200°.

 

Лит.: Серенсен С. В., Гиацинтов Е. В., КогаевВ. П., Степнов Н. Н., Конструкционная прочность авиационных сплавов, М., 1962 (Тр. МАТИ, вып.54); Одинг А.И., Допускаемые напряжения в машиностроении и циклическая прочность металлов, 4 изд., М., 1962; Гликман JI. А., Коррозионно-механическая прочность металлов, М., 1955; Рябченков А. В., Коррозионно-усталостная прочность стали, М., 1953; Ратнер С. И., Разрушение при повторных нагрузках, М., 1959; Усталость и выносливость металлов. Сб. статей, пер. с англ., под ред. Г. В. Ужика, М., 1963; Усталость в самолетных конструкциях. [Сб. статей], пер. с англ., под общ. ред. И. И. Эскина, М., 1961.

 

 

  ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ГОРНЫХ ПОРОД Абразивность горных ...

Механические свойства пород можно подразделить на прочностные, упругие и др.
Прочность характеризует сопротивляемость породы
bibliotekar.ru/spravochnik-71/10.htm

 

  механические свойства заполнителя. Заполнители

Представляют интерес и некоторые другие механические свойства заполнителя,
особенно в тех случаях, когда бетон на этом
bibliotekar.ru/beton-5/39.htm

 

  ФИЗИЧЕСКИЕ И МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ДРЕВЕСИНЫ. Строительные материалы

Исследования образцов древесины сосновых свай из сооружений Бакинского порта,
пробывших в воде около 30 лет, показали, что ее механические свойства сильно ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-32/33.htm

 

  МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА. Строительные материалы

Свойство материала сопротивляться разрушениям под действием напряжений,
возникающих от нагрузок, влияния температуры,
www.bibliotekar.ru/spravochnik-32/5.htm

 

  МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА СТАЛИ И АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВОВ. Сталь и ...

Механические свойства алюминиевых сплавов зависят от химического состава и
условий их обработки. По абсолютным величинам ( II) они близки к сталям

 

  СТРОЙМАТЕРИАЛЫ: Механические свойства стройматериалов

Механические свойства отражают способность материала сопротивляться силовым,
тепловым, усадочным или другим внутренним напряжениям без нарушения ...
bibliotekar.ru/spravochnik-33/18.htm

 

  Механические свойства твердых тел - твердые и мягкие тела, вязкие ...

При применении твердых строительных материалов, а также при их переработке
необходимо учитывать их механические свойства.

 

  Физико-механические свойства бетонов. Марки бетонов, классы

Класс бетона - численная характеристика какого-либо его свойства, принимаемая с
гарантированной обеспеченностью (обычно 0,95).

 

  ДРЕВЕСИНА. Механические свойства древесины. Прочность древесины

А. ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА · Б. СВОЙСТВА ПО ОТНОШЕНИЮ К ДЕЙСТВИЮ ВОДЫ И РАСТВОРОВ · В. СВОЙСТВА ПО ОТНОШЕНИЮ К ДЕЙСТВИЮ ТЕПЛА · Г. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-33/121.htm

 

  МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕТОНА

2.4. МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА БЕТОНА ... Придающие бетону специальные свойства · Полифункционального действия · Комплексные добавки-модификаторы ...
www.bibliotekar.ru/spravochnik-74/47.htm

 

К содержанию книги:  Энциклопедия строителя. Словарь строительных терминов

 

Смотрите также:

 

 

Последние добавления:

 

Кузнечно-штамповочное оборудование   Прокатное производство