Действующих напряжениях

Для начала перехода атомов в новые положения равновесия необходима определенная величина действующих напряжений, зависящая от межатомных сил и характера взаимного расположения атомов (типа кристаллической решетки, наличия и расположения примесей, формы и размеров зерен поликристалла и т. п.).

роста действующих напряжений

Одновременно развивается большое число трещин (рис. 169, г). Некоторые трещины, наталкиваясь на препятствия, останавливаются, другие продолжают развиваться. На определенном этапе процесс локализуется: разрастается преимущественно одна трещина или группа смежных трещин, опередивших в своем развитии остальные в силу сосредоточения на двв-ном участке дефектов материала, локальных преднапряжений или в Силу неблагоприятной ориентации кристаллитов относительно действующих напряжений. Смежные трещины соединяются, образуя глубокую развет« вленную систему. Новые пластические сдвиги и трещины не возникают, а успевшие образоваться прекращают или замедляют «вое развитие, так как все деформации принимает на себя главная трещина. Распространение главной трещины в конечном счете приводит к разрушению детали в результате уменьшения ее нетто-сечения.

Так как интенсивность первичных усталостных повреждений определяется скоростью диффузии вакансий, а последняя пропорциональна -величине действующих напряжений, то на участках концентрации напря» жений ускоренно возникают разрыхления металла, предшествующие обра-" зованшо усталостных трещин. Вследствие этого усталостные повреждений в зонах концентрации напряжений опережают повреждения в остальных участках детали.

Итогом испытания является диаграмма остающихся напряжений в функции времени (рис. 301). Чем выше остающиеся напряжения, тем больше считается релаксационная стойкость. Остающиеся напряжения резко снижаются в первые 1000 ч испытания, после чего снижение замедляется (вследствие падения действующих напряжений и отчасти вследствие деформационного упрочнения материала).

где n = 0im/tj коэффициент запаса прочности по средним значениям; Ош] -- среднее значение предела контактной а// ц,„или изгибной а,.. Игп выносливости; о среднее значение действующего контактного а/, или изгибного п,, напряжения (вычисляемое при средних значениях коэффициентов нагрузки); i>/.-ц,,, • коэффициент вариации пределов выносливости, принимаемый равным 0,08...0.1 для улучшенных нормальных и нормализованных зубчатых колес и 0,1...0,14 для поверхностно-упрочненных; для vfn,m значения меньше на 10...20 %, ;р„ коэффициент вариации действующих напряжений, равный ;•,, или 0,5и,, соответственно для напряжений изгибных или контактных.

сти. При оценке степени влияния дефекта на работоспособность аппарата приходится учитывать условия его работы, характер дефекта (величину, местонахождение) и другие факторы. Так, при оценке влияния на работоспособность аппарата дефектов металла обечаек (днищ), обусловленных металлургическими, а также чисто внешними (механическими) причинами, учитывают такие факторы: режим эксплуатации (по величине и характеру распределения нагрузок, температурные условия); физико-химические свойства рабочего продукта; уровень действующих напряжений; возможность и характер перегрузок; ориентация дефекта в конструктивном элементе; степень концентрации напряжений; чувствительность материала к концентратору напряжений.

акустических (УЗК), оценивающих изменение скорости УЗ-волн в зависимости от деформации решетки в результате действующих напряжений;

6 - применение методов расчёта, позволяющих научно обоснованно учитывать поправку на процесс коррозии в зависимости от агрессивности коррозионноЧактивной среды, величины действующих напряжений и условий нагружения.

Наиболее структурно-чувствительными являются магнитные параметры ферромагнитных металлов. За счет действия приложенных напряжений (оь) возникает наведенная магнитная анизотропия. Характер возникающей анизотропии зависит от знака магнитострикции насыщения (1$) материала. Если произведение As • <т0 > 0, то наведенная анизотропия совпадает с направлением действующих напряжений, при этом увеличивается объем доменов с продольной намагниченностью. Если произведение AS • a
образцов. В стали 20 при небольших сжимающих деформациях, вызывающих в основном процессы смещения 90° доменных границ, формируется текстура, при которой векторы намагниченности в отдельных кристаллитах направлены вдоль осей легкого намагничивания [100],ближайших к направлению, перпендикулярному оси действующих напряжений, поскольку АНЮ и а0 имеют разные знаки. При этом за счет увеличения углов разориентации векторов намагниченности между отдельными кристаллитами возможно увеличение необратимых смещений 90° доменных границ. По мере формирования текстуры,перпендикулярной оси образца, затрудняются процессы перемагничивания за счет смещений 180° доменных границ. Наложение сжимающих напряжений, больших 60 МПа, уменьшает вклад необратимых смещений 180° и 90° доменных границ, и при перемагничивании все большую роль приобретают процессы обратимого вращения, которые отклоняют векторы намагниченности от тетрагональных осей кристаллитов на направление, перпендикулярное оси сжатия (Аш и оо одинакового знака).

К важным требованиям к свойствам материалов пары трения относятся твердость и микротвердость материала. При абразивном изнашивании эти характеристики определяют износостойкость пары трения. Твердость материала прямо влияет на величину внедрения микронеровностей сопряженной поверхности, т.е. на величину деформации при контактном взаимодействии, а следовательно и на вид деформации (упругая или пластическая). В то же время величина деформации зависит от модуля упругости (Е) - важнейшей характеристики упругих свойств металлов. Большинство деталей машин, в том числе детали узлов трения (подшипников качения и скольжения, зубчатых зацеплений и т.д.), работают при циклически действующей нагрузке. Циклическое нагружение испытывают поверхностные слои трущихся деталей вследствие дискретности контактного взаимодействия микронеровностей поверхностей. В условиях циклического нагружения каждый материал разрушается после определенного числа циклов нагружения при действующих напряжениях ниже предела текучести. В материаловедении это явление называется "усталостью", а в качестве характеристики материала, работающего в условиях циклического нагружения, используется предел выносливости - максимальное напряжение, при действии которого не происходит усталостного разрушения после произвольно большого числа циклов нагружения. К материалам деталей узлов трения, рассчитываемых на большой ресурс работы,

К умеренно нагруженным деталям условно относят такие, работоспособность которых в течение всего периода эксплуатации при действующих напряжениях обеспечивают КПМ с пределом прочности, не превышающим при статическом одноосном растяжении 45...65 % (в условиях динамического нагружения 35...60%) соответствующих характеристик беспористого материала аналогичного состава. Обычно их изготавливают из порошков углеродистых или низколегированных сталей. Большинство умеренно нагруженных деталей не подвергается расчетам на прочность и жесткость. Их размеры также выбирают из конструктивных или технологических соображений.

Недавно разработанные (преимущественно для электрохимических технологических процессов) аноды с поверхностными слоями из окиси металла на вентильном металле, имеющими электронную проводимость, для техники катодной защиты пока не имеют практического значения. По-видимому, это обусловливается тем, что они в большинстве случаев рассчитаны на сравнительно низкие напряжения. При существенно более высоких действующих напряжениях в системах катодной защиты происходит превышение потенциала электрической прочности (потенциала пробоя), вследствие чего начинается анодная транспассивная коррозия (см. раздел 2.3.1.2). Так называемые аноды стабильных размеров (DSA), имеющие активную поверхность из окислов рутения или титана (RuO2, ТЮ2) образуют в средах с низким содержанием хлоридов при действующих напряжениях, превышающих примерно 1,4 В, все большее количество ионов RuOJ", отводимых в окружающую среду, что влечет за собой быстрое расходование покрытия RuO2. Другие анодные заземлители такого рода имеют лишь тонкие покрытия, выдерживающие незначительную механическую нагрузку, и для работы в трудных практических условиях часто оказываются непригодными. Их стойкость (срок службы порядка нескольких тысяч часов) для систем катодной защиты тоже слишком мала. Однако в особых случаях, например для внутренней защиты резевуаров при наличии специальных сред, такие аноды могут оказаться пригодными.

Одним из известнейших анодных материалов подобного рода является платинированный титан. О применении платиновых покрытий на так называемых вентильных металлах упоминалось еще в 1913 г. [18]. Титан представляет собой легкий металл (плотность 4,5 г см~3), способный к анодной пассивации. Пассивный слой при действующих напряжениях до 12 В практически может считаться электрически изо-

В таких случаях часто применяют корзиночные аноды, которые имеют сравнительно большую площадь поверхности и благодаря своей специальной конструкции могут работать при пониженных действующих напряжениях. В качестве корзинки используется цилиндр из платинированного титана, полученный вытяжкой, который приварен к титановому стержню. Этот стержень предназначается для подвода тока и заканчивается пластмассовой лапкой, в которой размещен кабельный ввод и которая одновременно используется как монтажная плита. Анод из металла, полученного вытяжкой, характеризуется в отличие от тарельчатого анода очень равномерным распределением плотности анодного тока даже при больших размерах. Это обеспечивается наличием большого числа углов и кромок у такого металла, которые предотвращают проявление эффекта острия только на наружных кромках анода.

В результате одновременного действия напряжений и высокой температуры материал" «ползет», причем это явление наблюдается и при постоянно действующих напряжениях. Поэтому ползучесть нередко характеризуется напряжением, вызывающим за 100 ч работы суммарную деформацию, равную 0,1% от деформации для ав-

к величине Тр,. Теоретически для протекания полной релаксации необходимы длительные испытания. На практике наблюдается быстрое завершение релаксации только в определенных условиях,, например при малых действующих напряжениях или низких температурах. Вариантом этого метода является метод ступенчатого снижения нагрузки (рис. 23, б) до напряжения, при котором не наблюдается релаксация за конечный период времени. Это напряжение и будет соответствовать тм.

оно требует специальных сложных устройств. Некоторое представление о действующих напряжениях даёт среднее напряжение

Запасы прочности и исходный ресурс устанавливаются на стадии проектирования и могут быть уточнены по данным натурной или модельной тензометрии и термометрии при доводке или в начальный период эксплуатации. Накопленные повреждения и остаточный ресурс, как правило, могут определяться после определенной стадии эксплуатации машин и конструкций по фактическим данным о режимах работы и действующих напряжениях, деформациях и температурах.

Если при неизменном значении Де,„ различному типу циклов соответствует различная усталостная долговечность, то разница, по крайней мере, отчасти должна определяться различием в действующих напряжениях. Малая долговечность, отвечающая циклу типа рс, может быть связана с возникновением некоторого среднего растягивающего напряжения (рис. 10.10.6). . Остальным типам цикла соответствует нулевое или сжимающее среднее напряжение. Самую низкую долговечность при осуществлении циклов типа рс связывали также с наиболее высоким значением максимального растягивающего напряжения [39] или наибольшей амплитудой напряжения [41]. Представляется, таким образом, что в определенном смысле циклические напряжения действительно играют важную роль как фактор, определяющий долговечность, возможно, что они являются движущей и направляющей силой для

описания неупрутого деформирования материала по своим возможностям близко к одному из вариантов теории пластичности и ползучести с анизотропным упрочнением, разработанной Н.Н.Малининым и Г.М.Хажинским [59]. В частном. случае fc = 0 , что соответствует затвердеванию жидкости в элементе 3 вязкого трения в аналоге на рис. 4. 5. 6, неупругие деформации возможны лишь при выполнении условий (4.5.75) и (4.5.77), а их скорости при постоянных действующих напряжениях ст(у определяются