Действием крутящего

Коррозионно-механическая стойкость и долговечность работы любого металлического оборудования в основном определяются изменениями, происходящими в тонкой структуре металла (плотность и конфигурация скоплений дислокаций, микродеформация кристаллической решетки) при его изготовлении и эксплуатации под воздействием механических напряжений, как правило, сопровождающихся одновременным воздействием окружающей коррозионно-активной среды. Величина и характер этих изменений существенно влияют на физико-механические и электрохимические свойства металлов, вызывая значительные отклонения параметров его исходного состояния. Это может привести к материально-техническим потерям из-за преждевременного выхода из строя металлического оборудования и необходимости его замены еще до выработки нормативного срока службы. Особенно интенсивно изменения субструктуры металла происходят при действии переменных нагрузок, причем эти изменения отличаются сложной кинетикой протекания [39], включающей в себя чередование стадий деформационного упрочнения и разупрочнения. Этот факт при общепринятой оценке усталостной долговечности не учитывается, и на макроуровне все материалы однозначно делятся на циклически упрочняющиеся, циклически стабильные и разупрочняю-щиеся. Поэтому при определении усталостной долговечности материалов различного оборудования необходим тщательный учет состояния их тонкой структуры в течение всего времени эксплуатации при заданных параметрах нагружения. Это возможно выполнить, так как существующие физические и электрохимические методы исследований (рентгенография, электронная микроскопия, микротвердость, твердость, прицельные электрохимические измерения) инструментально позволяют оценить локальные явления при усталости и коррозионной усталости. Между тем существующие нормы и методы расчета на прочность и долговечность оборудования, работающего в сложных, периодически изменяющихся, зачастую осложненных действием коррозионной среды условиях

Коррозионная усталость проявляется в разнообразных водных средах, в отличие от коррозионного растрескивания, вызываемого определенными, специфичными для каждого металла ионами. Под действием коррозионной усталости происходит разрушение стали в пресной и морской воде, в конденсатах продуктов сгорания, в других распространенных химических средах; при этом чем выше скорость общей коррозии, тем быстрее металл разрушается вследствие коррозионной усталости.

Изучение характера распространения трещин (рис. 1.3) показало, что они развивались хрупко от внешней поверхности трубы с вязким доломом. В сечении трещин часто наблюдались кх ветвления. Следует отметить, что трещины развиваю1. :я в направлении, перпендикулярном плоскости действия кольцевых растягивающих напряжений, являющихся максимальными для напряженного состояния трубы. Мик-рсструктурные исследования характера распространения трещин показали, что зарождающаяся ь. лфотрещина имеет межкристаллитный механизм развития. То же самое наблюдается и в местах их ветвлений. В процессе своего развития характер распространения трещин транс -формируется. Фрактографическими исследованиями установлено, что трещина развивается в три этапа: 1 - межкристаллитно на стадии зарождения и дискретного подрастания; 2 - коррозионное растворение металла в полости зародившейся трещины; 3 - механический долей . На первом, под во действием коррозионной среды, образуется межкристадлитная трещина, а на втором - происходит увеличение полости трещины еа счет коррозионного растворения ее стенок и воздействия ,.-.еханических растягивающих напряжений, увеличивающихся за счет уменьшения живого сечения стенок трубы. Межкристаллтаый механизм зарождения трещин связан с выявленной значительной повреждаемостью границ зерен карбонат-бикарбонатной средой (КБС). образующейся в приэлектрсдном слое катоднополяризуемои поверхности трубы. Как это было показано в результате проведенных в УГНТУ и за рубежом исследований, прямое воздействие содей угольной кислоты на сталь при наличии поляризации вызывало селективное травление на гпаницах зерен. На втором этапе, при растворении металла, трещина развивается, в основном, перпендикулярно поверхности трубы. Причем следует отметить, что первый и второй этаы обратимо чередуются, подготавливая основу для их попеременного проявления. На третьем этапе разрушение происходит по вязкому механизму под углом примерно 45° к поверхности трубы (плоскость действия максимальных касателы._и напряжений). Причем на МТ. подвергнутых переиспытаниям избыточным давлением, разрушение может происходить

Сероводородное растрескивание металла муфт насосно-компрессорных труб отечественной и импортной поставок происходит также при отсутствии эффективного ингибирования под действием коррозионной среды и высоких растягивающих напряжений, возникающих преимущественно в зоне концентраторов напряжений при затяжке муфт.

В связи с этим естественно предположить существенную роль хемомеханического эффекта, заключающегося в зарождении и движении дислокаций в металле под действием коррозионной среды, т. е. в изменении физико-механических свойств металла, 246

Согласно адсорбционно-электрохимической теории, снижение выносливости под действием коррозионной среды состоит из снижения под действием адсорбционной, водородной и собственно коррозионной усталости (рис. 29). Влияние коррозионной среды существенно влияет на ряд факторов, определяющих усталостную прочность металлов.

При проведении анализа отказов необходимо одновременно учитывать все факторы, приводящие к тому или иному виду разрушения, так как один и тот же дефект в одних случаях может вызвать разрушение, а в других — нет. Так, например, все машиностроительные материалы содержат дефекты (неоднородность структуры и состава, остаточные напряжения, трещины в сварных швах и т. п.), многие из которых настолько малы, что их трудно обнаружить обычными методами исследования материалов без разрушения образца. При неблагоприятных условиях нагружения и эксплуатации дефекты могут увеличиваться, приводя к отказам. Типичным примером этого является процесс роста микроскопической трещины при переменных нагрузках или под действием коррозионной среды.

Рис. 117. Пиггинг в медной трубе (под продуктами коррозии и вскрытий), вызванный действием коррозионной воды приблизительно при 65 "С (металлургический завод)

Коррозионное растрескивание под напряжением медных материалов вызывается растягивающими напряжениями - обычно остаточными напряжениями после холодной обработки - в сочетании с действием коррозионной среды, которая содержит аммиак и влагу, ртуть или родственные им вещества. Примерами таких сред являются паяльные флюсы, содержащие аммоний; моча, атмосфера животноводческих помещений и даже открытые атмосферы (рис. 120). Поскольку опасность растрескивания наиболее велика в сезоны высокой влажности, явление иногда называют "сезонным растрескиванием". Способностью вызывать коррозию медных сплавов под напряжением обладают и другие вещества, например нитриты. Трещины могут быть транскристаллитными или межкристаллитными в зависимости от рН среды и от величины напряжения.

По условиям протекания рассматриваемая коррозия является щелевой, т.е. происходящей в зазоре между двумя соприкасающимися^дета-лями (шток-набивка), находящимися под действием коррозионной среды. Причиной такого рода коррозии является образование кислородного

Коррозионная выносливость более крупных образцов с насадками практически не зависит от марки стали и ее статической прочности. Исследования образцов из стали 35 с насадками из нормализованной стали 45, латуни Л62, фторопласта Т4, а также с резиновыми сальниками показали [121, с. 7-10], что при всех этих насадках имеет место дополнительное снижение коррозионной выносливости образцов из стали 35. Так наличие фторопластовой втулки и резинового сальника снижает условный предел коррозионной выносливости соответственно с 95 МПа (без насадки) до 60 и 50 МПа, что примерно соответствует значению условного предела коррозионной выносливости образцов во стальными и латунными насадками. Отмечено, что на коррозионную усталость деталей с насадками влияют три фактора: концентрация напряжений, циклическое трение в сопряжении вал-втулка и щелевая коррозия. В связи с тем, что влияние концентрации напряжений на уменьшение коррозионной выносливости с увеличением диаметра образца уменьшается,-а также учитывая, что существенное снижение коррозионной выносливости может иметь место и при наличии насадок из мягких материалов, не вызывающих больших контактных давлений, сделан вывод, что при испытании образцов с насадками в коррозионной среде фактор концентрации напряжений не играет решающей роли, определяющими являются циклическое трение и щелевая коррозия. Повышение коррозионной выносливости стальных образцов с увеличением их диаметра связано с влиянием относительного разупрочнения поверхности образца под действием коррозионной среды. Чем меньше диаметр образца, тем при всех прочих равных условиях сильнее влияние разупрочнения. Это положение еще в большей степени характерно для образцов с насаженными втулками, когда процессы разупрочнения усиливаются циклическим трением и щелевой коррозией.

Оребреяне деталей, подвергающихся кручению. При нагружении цилиндрических и близких к ним по форме деталей крутящим моментом продольные прямые ребра 1 крайне незначительно увеличивают1 жесткость детали (рис. 127). Скорее такие ребра вредны, так как они подвергаются изгибу (в плоскости, перпендикулярной грани ребер), вызывающему в них повышенные напряжения. При одностороннем кручении выгодно применять косые ребра 2, которые под действием крутящего момента работают . на сжатие, сильно увеличивая жесткость детали (частный случай применения принципа" раскосных, связей).

Угол закручивания цилиндрического участка вала длиной / (мм) под действием крутящего момента Т (Н-м)

Расчет на крутильную жесткость. Под действием крутящего момента вал деформируется (закручивается). Угол закручивания цилиндрического участка вала длиной / под действием крутящего момента Т определяется по формуле

Рассмотрим пружину растяжения (рис. 29.2, а) на которую действует нагрузка F. Под ее действием материал пружины испытывает сложную деформацию кручения и среза, вызываемую действием крутящего момента T=FDI2 и перере- а\ A F зывающей силы F (рис. Т

Под действием осевой силы Р (рис. 4.96, а) материал пружины испытывает сложную деформацию кручения и среза под действием крутящего момента Мкр = Р~^- и перерезывающей силы Р.

Под действием крутящего момента произойдет кинематическое перемещение колес относительно координат хОу на величины б,, компенсируемые перемещениями от местных (в зонах контакта) и общих деформаций (изгибных и сдвиговых деформаций зубьев, тел колес, валов, опор и т. п.). В зонах контакта возникнут контактные давления д^(х, у). Уравнения равновесия в этом случае имеют вид (i=l, 2)

Ряс. 10.181. Магнитоупругий датчик для измерения усилий при прокатке. Через массивную крышку 2 усилие передается на многосекционный чувствительный элемент 1, установленный на толстой плите 3. Рис. 10.182. Магнитоупругий датчик крутящего момента СКВ Министерства геологии СССР. Два кольцевых магнито-провода 1 я 2 охватывают вал — чувствительный элемент 6. Выступы 7 и 8 магнитопроводов образуют внутри датчика две полости. В верхней полости размещена катушка возбуждения 3 и одна из измерительных катушек 4. В нижней полости размещена вторая измерительная катушка 5, соединенная с катушкой 4 последовательно встречно. Возникающий при включении в катушку 3 переменного тока магнитный поток Ф, разделяется на поток Ф1; замыкающийся через выступы 7 и S, и воздушный зазор между ними, и поток Ф2, замыкающийся между чувствительным элементом 6 и зазорами между последним и кольцевыми полюсами магнитопроводов 1 и 2. Под действием крутящего момента Мк магнитное сопротивление чувствительного элемента б вдоль его оси изменяется, потоки Ф± и Ф2 перераспределяются и разность э. д. с. в измерительных катушках 4 и 5 служит выходным сигналом датчика.

При установке на шлицевой вал несимметричных прямозубых колес возможен их перекос вследствие зазоров в шлицевом соединении. Тогда под действием крутящего момента при работе передачи возникают дополнительные осевые силы, сдвигающие колесо. Вследствие этого в сопряжении ступицы колеса со шлицами вала следует выдерживать минимальные зазоры.

Оребрение деталей, подвергающихся кручению. При нагружении цилиндрических и близких к ним по форме деталей крутящим моментом продольные прямые ребра 1 крайне' незначительно увеличивают1 жесткость детали (рис. 127). Скорее такие ребра вредны, так как они подвергаются изгибу (в плоскости, перпендикулярной грани ребер), вызывающему в них повышенные напряжения. При одностороннем кручении выгодно применять косые ребра 2, которые под действием крутящего момента работают на сжатие, сильно увеличивая жесткость детали (частный случай применения принципа раскосных связей).

Пружины кручения применяются для восприятия крутящего момента, прилагаемого к торцу пружины. Под действием крутящего момента витки подвергаются изгибу в плоскости действия момента и, в незначительной степени, кручению, влияние которого не принимают во внимание.

6. При приработке зубчатых колёс под небольшой нагрузкой и при работе их с чистой смазкой, если v > 15 м/сек, К, —и. При тщательной приработке (притирке, приработке с пришабровкой зубьев и т. п.) под действием крутящего момента М и при работе с чистой смазкой, если v > 15 м'сек, М = М.