Длительное сохранение

39. Длительное разрушение полимерных материалов.......................306

Практика :жсилуатации современных машин и сооружений при экстремальных условиях их работы, происходящих зачастую при высоких уровнях напряжений и температуры, свидетельствует о налимий ярко выраженной временной зависимости процесса разрушении. Во многих случаях полному разрушению тела предшествует длительное устойчивое развитие трещины, причем величина ;>топ> периода может составлять значительную часть долговечности элемента конструкции. Такое; длительное разрушение, происходящее нередко при постоянных внешних нагрузках, особенно характерно для полимеров, композитных материалов и металлов при высоких температурах. Причиной медленного роста трещины в таких случаях обычно являются ползучесть материала и накопление рассеянных повреждений.

§ 39. Длительное разрушение полимерных материалов')

Дислокационная теория и связанная с ней теория вакантных мест в кристаллической решетке значительное распространение получила с 1932 г. В начале она применялась для объяснения явления пластической деформации металла, а затем для рассмотрения процессов, вызывающих постепенное длительное разрушение, в том числе и в условиях циклического нагружения.

РАЗРУШЕНИЕ — разделение тела на части при приложении механич. нагрузок, иногда в сочетании с термическим, коррозионным и др. воздействиями. У большей части материалов Р. развивается одновременно с упругой и пластической деформацией, и строгое разграничение этих процессов затруднительно. Р. различают начальное (образование и развитие трещин) и полное (разделение тела на две или больше частей); хрупкое (без значит, пластич. деформации) и пластичное, или вязкое; усталостное, длительное, разрушение замедленное и т. п. Я. Б. Фридман,

Павлов П.А., Краснов Е.Г. ДЛИТЕЛЬНОЕ РАЗРУШЕНИЕ ЖАРОПРОЧНОГО СПЛАВА ЭИ607А В УСЛОВИЯХ ЦИКЛИЧЕСКОГО НАГРУЖШИЯ ЗА ПРЕДЕЛОМ УПРУГОСТИ. - Динамика и прочность механических систем. Пермь, ПЛИ, 1985, с. 17-25.

1.6. ДЛИТЕЛЬНОЕ РАЗРУШЕНИЕ ПОЛИМЕРНЫХ МАТЕРИАЛОВ

1.7. ДЛИТЕЛЬНОЕ РАЗРУШЕНИЕ

Текущая величина П является в конечном счете функцией т, а условие разрушения П = 1 определяет время разрушения t. Для нахождения текущего значения П (т) нужно располагать дифференциальным или интегральным уравнением, устанавливающим зависимость искомой величины от режима нагружения. Такое уравнение принято называть кинетическим уравнением повреждений. Форма этого уравнения задается заранее, а постоянные или функциональные параметры должны подбираться по результатам опытов на длительное разрушение. Такой метод описания длительного разрушения, с нашей точки зрения, наиболее простой и универсальный, но не единственно возможный и, например, в работе [43] приводится иной метод, к которому мы еще возвратимся ниже-Дифференциальное кинетическое уравнение повреждений силового типа можно представить в следующем виде:

Рассмотрим длительное разрушение в условиях ползучести. В простейшем варианте энергетическое условие разрушений сводится к постоянству предельной величины необратимой удельной работы деформирования

Функции /, ф и г) отличаются от тех, которые входили в (2.46), и должны определяться из опытов на длительное разрушение, где I* — постоянная с размерностью времени. Наряду с (3.57) в общем случае может существовать и зависимость вида

Незначительный износ обеспечивает длительное сохранение точности размеров и долговечность пористых подшипников.

4. Система мероприятий по повышению надежности. В системах управления качеством заложены также и основы для создания высоконадежных изделий, поскольку высокое начальное качество машины создает условие и для длительного его сохранения в процессе эксплуатации. Однако связь начального качества изделия с его надежностью, как это было видно из вышеизложенного (см. часть I), является достаточно сложной и зависит от многих факторов, которые не влияют на начальное качество изделия и не учитываются в процессе производства. Например, износостойкость применяемых материалов, ремонтопригодность конструкции, запас точности по основным сопряжениям, длительное сохранение стабильности формы и размеров изделия и другие показатели могут не контролироваться в процессе производства, однако они окажут решающее влияние на надежность изделия. Высокое начальное качество изделия — необходимое, но недостаточное условие для достижения высоких показателей надежности.

Затраты на повышение надежности можно распределить так, чтобы получить наибольший эффект, а во многих случаях добиться повышения надежности не за счет дополнительных затрат, а путем применения рациональных конструктивных решений. Так, например, выбор оптимальных размеров узла трения обеспечит более длительное сохранение им точности (см. гл. 7, п. 5), выбор схемы механизма и допусков на сопряженные поверхности сократит период макроприработки (см. гл. 8, п. 3), рациональный выбор типа механизма и расчет его на износ позволит при прочих равных условиях добиться более равномерного износа и меньшего его влияния на выходные параметры изделия (см. гл. 6) и т. п.

Механизм биоповреждения незащищенного металла (алюминиевого сплава) следующий. Продукты метаболизма повышают агрессивность влаги на поверхности металла. Последняя растворяет защитную окисную пленку и стимулирует процесс солеобра-зования. Кристаллы солей хорошо видны после высыхания поверхности вокруг колоний грибов (рис. 23,г). Длительное сохранение влаги вызывает язвенную коррозию. Особую опасность представляют капиллярные зазоры; возможно развитие щелевой коррозии. Рост актиномицетов на опытных образцах показан на рис. 23, д.

Известно [25,28,38,77,78], что физико-химическое воздействие проникающего в сталь водорода представляет наибольшую опасность для работы оборудования. Если под действием водорода происходит интенсивная диссоциация карбидной фазы и обезуглероживание, то нельзя рассчитывать на длительное сохранение прочностных свойств стали. Поэтому одной из основных задач создания жаропрочных сталей, работающих под давлением водорода, является получение в них карбидных составляющих, стабильных в среде водорода. Систематические исследования [25,38,78] по влиянию легирующих элементов на водород остойкость стали показали, что легирование стали некарбидообразующими элементами - кремнием, никелем и медью - не оказывает влияния на их водородостойкость. Разрушение таких сталей начинается при тех же условиях» что и углеродистых. Повышение ввдородостойкости достигается введением в сталь сильных карбидообразующих элементов для связывания углерода в специальные карбиды.

Шероховатость и волнистость поверхности взаимосвязаны с точностью размеров [53], так как точность сопряжения, устанавливаемая и определяемая размером аазора в соединении, в значительной степени зависит от соотношения высоты неровностей и поля допуска (точности обработки) каждой из сопрягаемых деталей. Если учесть, что в период начального изнашивания высота неровностей может уменьшиться на 65—75 % (при большей высоте, чем при оптимальной шероховатости), то в соединении появится дополнительный зазор, который может достигнуть значения допуска на изготовление детали, и точность соединения будет полностью нарушена (например, вместо требуемого чертежом соединения 6-го квалитета точности фактически возникает соединение 7-го или 8-го квалитетов, вместо посадки с натягом появятся переходные посадки и т. д.). Для предотвращения этого во всех случаях ответственных сопряжений, от которых требуется длительное сохранение установленной конструктором точности, необходимо обработку деталей вести при достижении определенной оптимальной шероховатости трущихся поверхностей.

Чистота поверхности, обозначаемая знаком V We. ПРИ~ меняется для посадочных поверхностей 2-го класса точности, от которых требуется длительное сохранение заданной посадки. Сюда относятся оси кулачков, точных зубчатых колес и червяков, рабочие шейки коленчатых валов, штоки гидравлических цилиндров и т. д.

2)стабильность, т. е. длительное сохранение своих свойств в условиях хранения и эксплуатации;

Незначительный износ обеспечивает длительное сохранение точности размеров и долговечность пористых подшипников.

В серии дальнейших экспериментов была поставлена задача показать, что длительное сохранение серы на поверхности трения обязано самому процессу изнашивания. Для этого были проведены сравнительные измерения активности сульфидированной поверхности двух групп образцов: в одной группе образцов снятие слоев с сульфидированной поверхности производилось путем изнашивания по описанной выше методике, в другой — доводкой с абразивом на чугунной плите или травлением кисло-

Был поставлен следующий опыт. Предварительно приработанный неактивный сулъфидироваппый чугунный вкладыш был поставлен для изнашивания в паре с роликом, проработавшим до этого в течение четырех часов с вкладышем, содержащим радиоактивную серу. Счетчик показывал наличие па поверхности ролика радиоактивной серы (1350 имп/мин). Для смазки использован отработанный керосин, содержащий продукты изнашивания, накопившиеся в нем за четыре часа работы. Измерения активности вкладыша после ртзнашивания в описанных условиях (Р = =66 кг/еж2), проведенные через промежутки времени 30, 60, 90 и 120 мин., показали полное отсутствие на его поверхности следов радиоактивной серы. Эти результаты показывают, что обнаруженное в условиях наших испытаний длительное сохранение серы на поверхности трения вкладыша в процессе изнашивания не связано ни с явлением переноса серы с ролика на вкладыш, ни с возможностью попадания из смазки на поверхность трения частиц износа, содержащих серу. Длительное сохранение серы органически связано с процессом изнашивания и сопутствующими ему явлениями нагрева и пластической деформации, способствующими регенерации серы на поверхности трения вкладыша по мере его изнашивания.