При работе деталей машин возможны динамические нагрузки, при которых многие металлы проявляют склонность к хрупкому разрушению. Опасность разрушения усиливают надрезы - концентраторы напряжений. Для оценки склонности металла к хрупкому разрушению под влиянием этих факторов проводят динамические испытания на ударный изгиб на маятниковых копрах (рис. 1). Стандартный образец устанавливают на две опоры и посредине наносят удар, приводящий к разрушению образца. По шкале маятникового копра определяют работу К, затраченную на разрушение, и рассчитывают основную характеристику, получаемую в результате этих испытаний - ударную вязкость:
KC= K/S'0 ,
где S '0 - площадь поперечного сечения образца в месте надреза.
Единица измерения ударной вязкости – мегаджоуль на квадратный метр (МДж/м2 ).
В соответствии с ГОСТ 9454-78 предусмотрены испытания образцов с концентратором напряжений трех видов: (U-образным (радиус надреза r = 1мм); V-образным (r = 0,25 мм) и Т-образным (трещина усталости, созданная в основании надреза). Соответственно ударную вязкость обозначают: KCU , КСТ, KCV . Основным критерием ударной вязкости является KCU . Она состоит из двух составляющих:
Возможно вы искали - Дипломная работа: Производство алюминия 2
KCU = КС3 + КСр ,
где КС3 - работа зарождения трещины; КСР ≈ КСТ - работа распространения трещины. Чем острее надрез, тем меньше КС3 . Критерий КСТ является критерием трещиностойкости, оценивающим сопротивление материала распространению трещины.
Рис. 1. Схема маятникова копра (а) и испытание под удар (б):
1 - образец; 2 - маятник; 3 - шкала; 4 - стрелка шкалы; 5 – тормоз
Похожий материал - Курсовая работа: Производство горячекатаной листовой стали 1250 2,5 по ГОСТ 19903-74
Ударная вязкость из всех характеристик механических свойств наиболее чувствительна к снижению температуры. Поэтому испытания на ударную вязкость при пониженных температурах используют для определения порога хладноломкости - температуры или интервала температур, вкотором происходит снижение ударной вязкости.
Хладноломкость - свойство металлического материала терять вязкость, хрупко разрушаться при понижении температуры. Хладноломкость проявляется у железа, стали, металлов и сплавов, имеющих ОЦК или ГП решетку. Она отсутствует у металлов с ГЦК решеткой.
Рис. 2. Влияние температуры испытания на процент вязкой составляющей в изломе (В) и ударную вязкости материала KCU , КСТ
На переход от вязкого разрушения к хрупкому указывают изменения строения излома и резкое снижение ударной вязкости (рис. 2) в интервале температур (tB – tx ) (граничные значения температур вязкого и хрупкого разрушения). Строение излома изменяется от волокнистого матового при вязком разрушении ( t ≥ tB ) до кристаллического блестящего при хрупком разрушении ( t ≤ tx ). Порог хладноломкости обозначают интервалом температур ( tB - tH ) либо одной температурой t50 при которой в изломе образца имеется 50%волокнистой составляющей и КСТ снижается наполовину.
Очень интересно - Дипломная работа: Разработка приспособления для фрезерования и сверления отверстий в держателе манометра МПЗ-У
Многие детали машин (валы, шатуны, зубчатые колеса) испытывают во время работы повторяющиеся циклические нагружения. Цикл напряжения - совокупность изменения напряжений между двумя его предельными значениями σmax и σmin в течение периода Т. При экспериментальном исследовании сопротивления усталости материала за основной принят синусоидальный цикл изменения напряжения (рис.3). Он характеризуется коэффициентом асимметрии цикла R = σmin /σmax ; амплитудой напряжения σ a = ( σmax - σmin )/2; средним напряжением цикла σ m = (σmax +σmin )/2.
Различают симметричные циклы ( R = -1) и асимметричные ( R изменяется в широких пределах). Различные виды циклов характеризуют различные режимы работы деталей машин.
Процессы постепенного накопления повреждений в материале под действием циклических нагрузок, приводящие к изменению его свойств, образованию трещин, их развитию и разрушению, называют усталостью,а свойство противостоять усталости - выносливостью (ГОСТ 23207- 78).
Разрушение от усталости по сравнению с разрушением от статической нагрузки имеет ряд особенностей.
1. Оно происходит при напряжениях, меньших, чем при статической нагрузке (меньших предела текучести или временного сопротивления).
Вам будет интересно - Курсовая работа: Разработка станочного приспособления для обработки детали Вал-шестерня
2. Разрушение начинается на поверхности (или вблизи от нее) локально, в местах концентрации напряжений (деформации). Локальную концентрацию напряжений создают повреждения поверхности в результате циклического нагружения либо надрезы в виде следов обработки, воздействия среды.
3. Разрушение протекает в несколько стадий, характеризующих процессы накопления повреждений в материале, образования трещин усталости, постепенное развитие и слияние некоторых из них в одну магистральную трещину и быстрое окончательное разрушение.
4. Разрушение имеет характерное строение излома, отражающее последовательность процессов усталости. Излом состоит из очага разрушения (места образования микротрещин) и двух зон - усталости и долома (рис.4). Очаг разрушения примыкает к поверхности и имеет небольшие размеры и гладкую поверхность.
Зону усталости формирует последовательное развитие трещины усталости.
Похожий материал - Курсовая работа: Разработка АСР температуры обжига цементного клинкера с циклонным теплообменником
Рис. 3. Синусоидальный цикл изменения напряжений
В этой зоне видны характерные бороздки, которые имеют конфигурацию колец, что свидетельствует о скачкообразном продвижении трещины усталости. Зона усталости развивается до тех пор, пока в уменьшающемся рабочем сечении напряжения возрастут настолько, что вызовут его мгновенное разрушение.
Эту последнюю стадию разрушения характеризует зона долома.
 |