Неоднородность материала

В различные этапы кристаллизации металла сварочной ванны и роста дендритов состав кристаллизующего жидкого металла не одинаков. Первые порции металла менее загрязнены примесями, чем роследние. В результате образуется зональная и внут-ридендритная химическая неоднородность металла. Неоднородность химического состава в различных участках одного дендрита, когда его поверхностные слои более загрязнены примесями — внутридендритная ликвация, имеет преимущественное развитие в сварном шве. Ликвация в сварном шве зависит от его химического состава, формы сварочной ванны и скорости кристаллизации. Способ сварки оказывает существенное влияние на развитие ликвации.

Производственно-технологические дефекты. Дефекты плавки и литья. Одним из основных дефектов плавки является несоответствие металла заданному химическому составу, которое обусловливается ошибками, допущенными при расчете шихты, неправильным ведением процесса плавки или выгоранием отдельных компонентов сплава [22]. Одним из основных дефектов стальных отливок являются усадочные раковины и рыхлоты. Они образуются вследствие недостаточного питания отливки в процессе кристаллизации и отсутствия условий для направленной кристаллизации. Некоторые сорта металлов, например, кипящую сталь, варят так, чтобы растворенные в металле газы выделялись не полностью. Это уменьшает размеры усадочной раковины, но приводит к образованию газовой пористости, рассеянной по всему объему литого металла. Если поры и газовые пузыри в слитке имеют неокисленную поверхность, то она заваривается в процессе обработки давлением. Специфическим дефектом литого металла является ликвация — неоднородность химического состава по скелету дендрита и объему зерна. Сначала кристаллизуется аустенит с малым содержанием углерода, а затем с большим; если такая ликвация недопустима, то следует замедлить процесс кристаллизации, провести гомогенизирующий отжиг. Ликвация по плотности металла проявляется в обогащении нижней части слитка или отливки компонентами с большей плотностью в результате плохого перемешивания жидкого металла. Зональная ликвация, в отличие от неоднородности химического состава металла в дендритах и междендритных промежутках, проявляется в обогащении легкоплавкими составляющими центральной части слитка.

Сплавы можно рассматривать как самостабилизированные эг"'р-гетической обусловленностью комплексы [1]. Согласно концепции Г. Л. Гладышева в зависимости от целей и задач исследования одно и то же явление можно описывать в рамках различных моделей, использующих представления как о термодинамической самоорганизации (медленные процессы), так и о динамической самоорганизации (быстрые процессы) [2]. Физико-химические процессы формирования поликристаллических металлов и сплавов зависят от масштабного уровня и поэтому их следует рассматривать с Позиций динамической самоорганизации — на макроуровне. При термодинамической самоорганизации движущей силой процесса является стремление системы к минимуму свободной энергии. Это обусловливает неоднородность химического состава и структуры сплавов, полученным 6 условиях, близких к равновесным. В этой связи при оптимизации химического состава материалов, предназначенных для изделий, работающих под нагрузкой, важен учет количественных показателей структур в исходном состоянии и к моменту потери устойчивости при нагружении. На: фрактальную размерность, исходной и динамической структур влияют оба вышеуказанных фактора неоднородности. В настоящей работе исследовали фрактальные размерности зеренной структуры (D,,,) и структуры зоны предразрушёния (D,) стали, разработанной для высоконагруженных труб нефтяного сортамента, содержащем ~0,4% С, ~ 10% Мп и ~ 1,4% V, дополнительно легированной Ni (7 — 13%) я Си (0.5—4%)/ Для определения Dm использовали метод гк-крытия микрофотографии изучаемой структуры равномерной квадратном сеткой с длиной стороны Г, изменяющейся в некотором интервале (в нашем случае 1—35 мм). Dm рассчитывали с использованием зависимости

* Ликвация (от лат. Hquatio — плавление, плавка) здесь — резковыражен-ная неоднородность химического состава.

Производственно-технологические дефекты. Дефекты плавки и литья. Одним из основных дефектов плавки является несоответствие металла заданному химическому составу, которое обусловливается ошибками, допущенными при расчете шихты, неправильным ведением процесса плавки или выгоранием отдельных компонентов сплава [22]. Одним из основных дефектов стальных отливок являются усадочные раковины и рыхлоты. Они образуются вследствие недостаточного питания отливки в процессе кристаллизации и отсутствия условий для направленной кристаллизации. Некоторые сорта металлов, например, кипящую сталь, варят так, чтобы растворенные в металле газы выделялись не полностью. Это уменьшает размеры усадочной раковины, но приводит к образованию газовой пористости, рассеянной по всему объему литого металла. Если поры и газовые пузыри в слитке имеют неокисленную поверхность, то она заваривается в процессе обработки давлением. Специфическим дефектом литого металла является ликвация — неоднородность химического состава по скелету дендрита и объему зерна. Сначала кристаллизуется аустенит с малым содержанием углерода, а затем с большим; если такая ликвация недопустима, то следует замедлить процесс кристаллизации, провести гомогенизирующий отжиг. Ликвация по плотности металла проявляется в обогащении нижней части слитка или отливки компонентами с большей плотностью в результате плохого перемешивания жидкого металла. Зональная ликвация, в отличие от неоднородности химического состава металла в дендритах и междендритных промежутках, проявляется в обогащении легкоплавкими составляющими центральной части слитка.

Неоднородность химического состава и структуры по сечению приводит к неоднородности механических свойств отливки. Для уменьшения ликвации увеличивают скорость охлаждения отливки.

Отечественный центробежный компрессор, одноцилиндровый четырехступенчатый с промежуточным газо-охладитеяем. Подача 480 м3/мин, частота вращения 8100 об/мин 12Х18Н9ТЛ (корпус, все статорные детали) 14Х17Н2 (детали ротора) 12X13 (лопатки турбоде-тандера) 65—219 6 мес. В одном случае коррозионное разрушение литых деталей, расположенных после газоохладителя. Основные разрушения на участках литейных дефектов и по границам наплавленного металла, которым устранялись дефекты литья. В другом случае меж-кристаллитное разрушение диафрагм между третьей и четвертой ступенями Причина коррозии — наличие лик-вационных зон и неоднородность химического состава на различных участках поверхности. Все роторные детали в рабочем состоянии

На химически осаждаемых покрытиях могут возникать кру-пинкообразные или обесцвеченные участки, указывающие на слабую атомную связь покрытия с основным металлом или на неоднородность химического состава или параметров ванны для нанесения покрытия. Поскольку осадки, получаемые химическим путем, обычно тоньше по сравнению с другими типами покрытий, наличие таких дефектов явится причиной нарушения покрытия. Так как химические покрытия часто используют в качестве основных грунтовых для нанесения других покрытий, то

Макроструктура. При применении листовой стали для штамповки следует иметь в виду неоднородность химического состава слитков (особенно значительную в слитках кипящей стали) и связанную с ней неоднородность макроструктуры (фиг. 6, см. вклейку).

Неоднородность химического и минералогического составов по толщине отложений объясняется повышением температуры по мере нарастания слоя, а также колебаниями состава мазута во времени.

Наряду с макроскопической зональной ликвацией, охватывающей весь слиток, наблюдается неоднородность химического состава в пределах меньших объемов — микроскопическая ликвация. Она бывает двух видов' дендритная и межзеренная.

12) Балансировка деталей*. Во избежание возникновения вибраций детали, вращающиеся с большой скоростью, должны быть отбалансированы. Вращающаяся деталь будет отбалансированной или уравновешенной в том случае, когда ее центр тяжести и главная ось инерции совпадают с осью вращения. Причинами неуравновешенности деталей и узлов могут быть неоднородность материала, неточность размеров и формы поверхностей, несимметричное расположение массы металла относительно оси вращения, несовпадение осей сопрягаемых деталей, вращающихся совместно.

неоднородность материала; рассеивание характеристик прочности в различных участках и точках сечений детали;

где HI - коэффициент, учитывающий различие величин действительных нагрузок н нагрузок, вводимых в расчет, а также различие величин действительных и расчетных напряжений из-за неточности расчетных формул; ;ь — коэффициент, учитывающий неоднородность материала, влияние макро- н микродефектов и остаточных напряжений в материале; и3 — коэффициент, учитывающий степень ответственности детали и требования к надежности детали в эксплуатации.

где сг0 — предел выносливости гладкого полированного образца из данного „материала при данном виде упрочняющей обработки; k\ — коэффициент качества обработки; k2 — коэффициент коррозионного воздействия; /с3 — коэффициент, учитывающий повреждение поверхности при эксплуатации в результате износа; k4 — коэффициент, учитывающий частотность циклов; &5 - коэффициент, учитывающий степень ударности нагрузки; k6 — коэффициент, учитывающий температурный режим работы детали; fc7 ~^ЭФ"-фициент, учитывающий неоднородность материала, и рассеивание харак-

где [nj — коэффициент, учитывающий точность расчетной схемы (при повышенной точности расчета [nj = 1,2ч-1,5: при наличии упрощений и допущений, снижающих точность расчета, [пг] — (2ч-3); 1л2] — коэффициент, учитывающий неоднородность материала и его чувствительность к степени чистоты обработки поверхности (для высокопрочных сталей [п.2\ = 2ч-3; для хрупких материалов [л2] = Зч-4; для пластичных материалов при статическом нагру-

Отклонения (погрешности) формы и взаимного расположения поверхностей возникают в процессе обработки детали из-за неточности технологической системы, (станок — приспособление—заготовка— инструмент). На эти отклонения влияют износ инструмента, деформация детали и резцедержателей, неравномерность нагрева детали, неоднородность материала заготовки и т. д.

Ошибки второй группы возникают из-за неизбежных отклонений размеров и форм звеньев и их деталей при изготовлении и сборке механизмов. Они определяются технологией производства. Их источниками являются неточности станков и инструмента, деформации деталей при их обработке на станке и монтаже, неоднородность материала деталей и т. п. Они проявляются в перекосах и непараллельностях осей кинематических пар, изменении взаимного расположения их элементов.

Коэффициент запаса назначают в соответствии с нормами прочности, применяемыми в различных отраслях машиностроения. При этом принимают во внимание точность определения рабочих нагрузок и напряжений, точность определения опасных для материала нагрузок и напряжений, срок службы конструкции, неоднородность материала, ответственность конструкции и т. п. Как правило, за предельные напряжения

Технологические. Источниками этих ошибок, возникающих при изготовлении деталей и сборке механизма, являются неточности станка, погрешности геометрии инструмента, деформации системы станок — приспособление — инструмент — деталь, неоднородность материала детали, ошибки взаимного расположения осей звеньев и поверхностей и т. д.

ших через материал или отраженных от него. При этом меняются амплитуда, фаза, поляризация волн, коэффициенты отражения, преломления. Структурные дефекты обнаруживают также, используя явление рассеяния, дифракции и интерференции. Если размеры неоднородностей невелики по сравнению с рабочей длиной волны, то основную роль при их обнаружении играют рассеяние и дифракция. Чувствительность дефектоскопа определяется, прежде всего, рабочей длиной волны. Теоретически, чем короче длина волны, тем вероятнее надежное выявление более мелких структурных элементов. Однако практически выбор рабочей длины волны определяется не только этим, но и другими факторами: при укорочении волны возрастают поглощение (рассеяние) в среде и относительная допустимая неоднородность материала, выражаемая через отношение Дя/я. Поэтому оптимальную рабочую длину волны находят теоретически и экспериментально. Чувствительность также зависит^ от выбранного метода и схемы прибора, реализующего метод, от типа и размеров антенн и т. д. Анализ многочисленных работ показывает, что при прочих равных условиях повышение надежности контроля связано с применением в дефектоскопии методов корреляционного анализа и синхронного накопления, а также методов многопараметрового контроля.

Атмосферной коррозии подвержены внешние части машин при действии на них атмосферных осадков и влажного воздуха — кузова и кабины автомашин, обшивка самолетов и т. п. Атмосферная коррозия является no-существу одним из проявлений электрохимической коррозии, когда влажные газы и жидкие электролиты создают условия для протекания реакций окисления и восстановления (анодные и катодные реакции). Протеканию процессов электрохимической коррозии способствует неоднородность материала, когда отдельные участки поверхности обладают различными значениями электродного потенциала. Так, из-за отдельных включений, наличия пленок, различного напряженного состояния участков поверхности возникает большое число микрогальванических элементов, генерирующих коррозионный ток.