Меню

Внутренние напряжения свойства металлов

Внутренние напряжения свойства металлов

Различают внутренние напряжения трех родов.

Внутренние напряжения первого рода — это зональные внутренние напряжения, возникающие между отдельными зонами сечения и между, различными частями детали. Чем больше градиент температур по сечению, возникающий при термической обработке и между различными частями детали, который зависит от скорости и равномерности охлаждения, размера детали и ряда других причин, тем большего значения достигают внутренние напряжения первого рода.

Внутренние напряжения второго рода возникают внутри зерна или между соседними зернами.

Внутренние напряжения второго рода возникают между различными фазами вследствие того, что у них разные коэффициенты линейного расширения, или из-за образования новых фаз, имеющих разные объемы. Внутренние напряжения второго рода не зависят от тех факторов, от которых зависят напряжения первого рода,

например скорости охлаждения и других факторов. Поскольку внутренние напряжения второго рода возникают между отдельными элементами структур, их иногда называют структурными напряжениями, а внутренние напряжения первого рода — зональными термическими напряжениями.

Внутренние напряжения третьего рода возникают внутри объема порядка нескольких элементарных ячеек кристаллической решетки.

Случай, когда инородный атом в твердом растворе создает вокруг себя упругие искажения кристаллической решетки, представляет собой пример возникновения напряжений третьего рода.

Какого бы рода ни были напряжения, в конечном итоге они вызывают одинаковый эффект — упругие деформации и искажения кристаллической решетки.

Основным методом изучения и измерения внутренних напряжений является рентгенографический. Для определения напряжений первого рода применяют и механический метод.

Внутренние напряжения впервые начал изучать русский инженер Н. В. Калакуцкий (в 1886-1887 гг.). Г. Закс разработал простой метод математического расчета. Теперь по внутренним напряжениям в стали и других металлах имеются многочисленные исследования и обширная литература.

Внутренние напряжения первого рода, влияние которых особенно существенно, так как только они вызывают коробление детали и трещины, зависят не только от внешних факторов (скорость охлаждения, размер и форма детали и т. д.), но и от свойств металла. Если металл обладает малой пластичностью, то возникающие внутренние напряжения не снимаются пластической деформацией, и если напряжения по величине превзойдут значение предела прочности, то возникнут трещины.

В процессе нагрева и охлаждения внутренние напряжения изменяются, например при нагреве поверхностные слои металла испытывают напряжения сжатия, так как они стремятся расшириться, а этому препятствуют более холодные слои металла сердцевины. Наоборот, при охлаждении поверхности слои, имеющие более низкую температуру, чем сердцевина, испытывают напряжения растяжения, а сердцевина — напряжения сжатия.

Окончание охлаждения соответствует выравниванию температуры во всем сечении. Значит ли это, что установление одинаковой температуры по всему объему приводит к устранению напряжений? Нет. После того как охлаждение и, следовательно, сокращение объема поверхности закончилось, некоторое время центральные части еще охлаждаются и объем сердцевинных слоев уменьшается, возникают внутренние напряжения, которые к моменту окончания охлаждения во всем сечении принимают определенное значение.

Читайте также:  Импульсное устройство регулирования напряжения

Напряжения, которые сохранились в детали в результате охлаждения, называются остаточными напряжениями.

Закаленная сталь всегда находится в структурно напряженном состоянии. Отпуск — необходимое и радикальное средство уменьшения остаточных напряжений.

Нагрев стали при отпуске увеличивает пластичность; это позволяет в отдельных объемах упругим деформациям превратиться в пластические, что уменьшает напряжения.

Чем выше температура отпуска и чем больше его продолжительность, тем в большей степени снимаются напряжения (рис. 242).

Рис. 242. Влияние температуры и продолжительности отпуска стали с 0,3 % С на остаточные напряжения

Рис. 243. Кривые охлаждения для различных способов закалки, нанесенные на диаграмму изотермического распада аустенита

Отпуск при 550 °С практически полностью устраняет закалочные напряжения (исходные напряжения с 600 МПа уменьшились до 50-100 МПа).

Источник

Механические свойства металлов и сплавов

К основным механическим свойствам металлов относятся прочность , вязкость , пластичность , твердость , выносливость, ползучесть, износостойкость. Они являются главными характеристиками металла или сплава .

Рассмотрим некоторые термины, применяемые при характеристике механических свойств. Изменения размеров и формы, происходящие в твердом теле под действием внешних сил, называются деформациями, а процесс, их вызывающий,— деформированием. Деформации, исчезающие при разгрузке, называются упругими, а не исчезающие после снятия нагрузки — остаточными или пластическими.

Напряжением называется величина внутренних сил, возникающих в твердом теле под влиянием внешних сил.

Под прочностью материала понимают его способность сопротивляться деформации или разрушению под действием статических или динамических нагрузок. О прочности судят по характеристикам механических свойств, которые получают при механических испытаниях. К статическим испытаниям на прочность относятся растяжение, сжатие, изгиб, кручение, вдавливание. К динамическим относятся испытания на ударную вязкость, выносливость и износостойкость. Эластичностью называется способность материалов упруго деформироваться, а пластичностью — способность пластически деформироваться без разрушения.

Вязкость — это свойство материала, которое определяет его способность к поглощению механической энергии при постепенном увеличении пластической деформации вплоть до разрушения материала. Материалы должны быть одновременно прочными и пластичными.

Твердость — это способность материала сопротивляться проникновению в него других тел.

Выносливость — это способность материала выдерживать, не разрушаясь, большое число повторно-переменных нагрузок.

Износостойкость — это способность материала сопротивляться поверхностному разрушению под действием внешнего трения.

Ползучесть — это способность материала медленно и непрерывно пластически деформироваться (ползти) при постоянном напряжении (особенно при высоких температурах).

Поведение некоторых металлов (например, отожженной стали) при испытании на растяжение показано на рис. 3 . При увеличении нагрузки в металле сначала развиваются процессы упругой деформации, удлинение образца при этом незначительно. Затем наблюдается пластическое течение металла без повышения напряжения, этот период называется текучестью. Напряжение, при котором продолжается деформация образца без заметного увеличения нагрузки, называют пределом текучести. При дальнейшем повышении нагрузки происходит развитие в металле процессов наклепа (упрочнения под нагрузкой). Наибольшее напряжение, предшествующее разрушению образца, называют пределом прочности при растяжении.

Рис. 3. Диаграмма деформации при испытании металлов на растяжение.

Читайте также:  Падает напряжение при малых оборотах

Напряженное состояние — это состояние тела, находящегося под действием уравновешенных сил, при установившемся упругом равновесии всех его частиц. Остаточные напряжения — это напряжения, остающиеся в теле, после прекращения действия внешних сил, или возникающие при быстром нагревании и охлаждении, если линейное расширение или усадка слоев металла и частей тела происходит неравномерно.

Внутренние напряжения образуются при быстром охлаждении или нагревании в температурных зонах перехода от пластического к упругому состоянию металла. Эти температуры для стали соответствую 400—600°. Если образующиеся внутренние напряжения превышают предел прочности, то в деталях образуются трещины, если они превышают предел упругости, то происходит коробление детали.

Предел прочности при растяжении в кг/мм2 определяется на разрывной машине как отношение нагрузки Р в кГ, необходимой для разрушения стандартного образца ( рис. 4, а ), к площади поперечного сечения образца в мм 2 .

Рис. 4. Методы испытания прочности материалов: а — на растяжение; б — на изгиб; в — на ударную вязкость; г — на твёрдость

Предел прочности при изгибе в кГ/мм2 определяется разрушением образца, который устанавливаете» на двух опорах ( рис. 4, б ), нагруженного по середине сосредоточенной нагрузкой Р.

Для установления пластичности материала определяют относительное удлинение δ при растяжении или прогиб ƒ при изгибе.

Относительное удлиненней δ в % определяется на образцах, испытуемых на растяжение. На образец наносят деления (рис. 4, а) и измеряют между ними расстояние до испытания (l0) и после разрушения (l) и определяют удлинение

δ = l-l o / l o · 100%

Прогиб при изгибе в мм определяется при помощи прогибомера машины, указывающего прогиб ƒ, образующийся на образце в момент его разрушения (рис. 4, б).

Ударная вязкость в кГм/см 2 определяется на образцах ( рис. 4, в ), подвергаемых на копре разрушению ударом отведенного в сторону маятника. Для этого работу деформации в кГм делят на площадь поперечного сечения образца в см 2 .

Твердость по Бринелю (НВ) определяют на зачищенной поверхности образца, в которую вдавливают стальной шарик ( рис. 4, г ) диаметром 5 или 10 мм под соответствующей нагрузкой в 750 или 3000 кГ и замеряют диаметр d образовавшейся лунки. Отношение нагрузки в кГ к площади лунки πd2 / 4 в мм 2 дает число твердости.

Показатели для механических свойств для основных сплавов приведены в табл. 1 .

Источник



Большая Энциклопедия Нефти и Газа

Внутреннее напряжение — металл

Внутренние напряжения металлов принято разделять на три рода. [1]

Если внутренние напряжения металла образца больше 2 кгс / мм2 и при этом на образцах, отрезанных от той же трубки и подвергнутых аммиачной пробе, выявлены тонкие трещины, то подобные трубки можно устанавливать я конденсатор только после отжига и повторной проверки на наличие остаточных напряжений. [2]

Для снятия внутренних напряжений металла сварного шва рекомендуется производить отжиг при температуре 300 — 350 с последующим медленным охлаждением. [3]

Читайте также:  Импульсный источник питания с регулируемым напряжением

Каждый сварщик должен хорошо знать причины образования внутренних напряжений металла и меры борьбы с ними при выполнении сварочных работ. [5]

Овальность трубы в месте ее изгиба вызывает повышение внутреннего напряжения металла , в результате которого образуются трещины. [6]

По сравнению с методом АЭ ММП начинает работать на более раннем этапе, начиная с превышения внешней нагрузкой уровня внутренних напряжений металла . Для большинства малоуглеродистых марок сталей средний уровень внутренних напряжений, обусловленный неоднородностью структуры, равен 60 — 80 МПа, т.е. составляет — 0 3 от предела текучести этих материалов. [7]

Средний отпуск заключается в нагреве стали до 300 — 350 С с последующим охлаждением, при этом уменьшаются твердость и внутренние напряжения металла . Применяется для рессор и пружин. [8]

Мосгазпроект, Укргипрогорпромгаз, Ленгипроинжпроект, установлено, что основными причинами выхода котлов из строя являются: неравномерный нагрев поверхности секций, локальный перегрев отдельных участков, приводящий к появлению внутренних напряжений металла , и слабая циркуляция воды в некоторых элементах секций. На основании проведенных исследований и испытаний для секционных котлов рекомендованы следующие типы горелок: для низкого давления газа при разрежении в топке не менее 15 Па ( 1 5 мм вод. ст.) — подовые бездутьевые горелки ( при условии тщательной наладки и оборудованные автоматикой); для среднего давления газа — форкамерные горелки или инжекционные типа ИГК, устанавливаемые в нижней части топки, оборудованные автоматикой. [9]

Сравнительно большое совершенство и хорошая воспроизводимость текстур в электролитических осадках никеля, железа, хрома, вероятно, явились первопричинам предположений о том, что текстуры электролитических осадков образуются подобно текстурам деформации и поэтому должны быть связаны с внутренними напряжениями металлов . Однако последующее накопление данных о текстурах меди, олова, цинка, сурьмы и других металлов не позволяет составить рад совершенства текстуры, аналогичный ряду внутренних напряжений. [10]

В процессе холодной сварки неизбежно появление внутренних напряжений. Чтобы уменьшить внутреннее напряжение металла после сварки, применяют отжиг. Для этого наплавленные или сваренные детали нагревают до 600 и затем медленно охлаждают. [11]

Преимуществом передач на плоских пружинах является высокая чувствительность их при полном отсутствии износа и трения. Внутренними трениями вследствие внутренних напряжений металла в данном случае пренебрегают. [12]

У литых чугунных плит опасным является их коробление, которое часто обнаруживается спустя некоторое время после установки и тщательной выверки плиты. Причиной коробления являются так называемые внутренние напряжения металла , возникающие от неодинаковой скорости остывания разных частей отливки. [13]

Не менее важным фактором ослабления трубы является ее овальность. Овальность сечения профиля трубы значительно повышает внутренние напряжения металла , в результате которых образуются трещины. [14]

Намотку выгодно вести горячей проволокой ( до 80), чтобы после остывания витки фиксировались на каркасе с большим натяжением. При нагреве такой катушки во время работы уменьшится внутреннее напряжение металла витков , но диаметр витка почти не изменится. [15]

Источник