Влияние различных факторов на механические характеристики материалов

Размещено на http://www.allbest.ru/

Лекция № 10.

Влияние различных факторов на механические характеристики материалов

Зависимость механических характеристик конструкционных материалов от их химического состава, внешних условий и условий нагружения весьма многообразна; отметим наиболее существенные, характерные для типичных условий эксплуатации конструкций.

Влияние содержания углерода

Введение различных легирующих добавок в металлы позволяет значительно повысить прочностные характеристики сплавов. На рис. 1 показано влияние процентного содержания углерода на механические свойства конструкционной стали. Как видно, с увеличением содержания углевода, временное сопротивление повышается в несколько раз; однако при этом значительно ухудшаются пластические свойства; относительное удлинение и относительное сужение при разрыве уменьшаются.

Рис.1. Влияние процентного содержания углерода

Влияние температуры окружающей среды

Повышенные температуры оказывают существенное влияние на такие механические характеристики конструкционных материалов, как ползучесть и длительная прочность. Ползучестью называют медленное непрерывное возрастание пластической (остаточной) деформации под воздействием постоянных нагрузок. Длительной прочностью называется зависимость разрушающих напряжений (временного сопротивления) от длительности эксплуатации. Свойства ползучести и длительной прочности проявляются у углеродистых сталей при Т >300^oС, для легированных сталей при Т>350^oС. для алюминиевых сплавов при Т>100^oС. Некоторые материалы проявляют эти свойства и при обычных температурах.

Мерой оценки ползучести материала является предел ползучести -- напряжение, при котором пластическая деформация за определенный промежуток времени достигает заданной величины. В некоторых случаях сопротивление ползучести оценивается величиной скорости деформации по прошествии заданного времени. При обозначении предела ползучести указывается величина деформации, время и температура испытаний. Например, для жаропрочного сплава ХН77ТЮР при температуре 700^oС за время 100 часов и деформации ползучести 0,2% предел ползучести составляет 400 МПа: .

Ползучесть сопровождается релаксацией напряжений -- самопроизвольным уменьшением напряжений с течением времени при неизменной деформации. Скорость релаксации напряжений возрастает при повышении температуры. Мерой скорости релаксации служит время релаксации--промежуток времени, в течение которого напряжение уменьшается по сравнению с начальным значением в е=2,718 раза.

Прочность материала при повышенных температурах оценивается пределом длительной прочности -- напряжением, при котором материал разрушается не ранее заданного времени. При обозначении предела длительной прочности указывается продолжительность нагружения и температура испытания. Так, для сплава ХН77ТЮР при температуре 700^oС и времени 1000 часов предел длительной прочности составляет . При кратковременных испытаниях для этого же сплава при температуре 700^oС пределы прочности и текучести соответственно равны: .

Влияние повышенных температур на характеристики прочности и пластичности можно проследить на рис. 2 и 3, где представлены осредненные результаты экспериментов для 1--углеродистой стали, содержащей 0,15% углерода; 2--0,40% углерода, 3--хромистой стали. Прочность углеродистых сталей с повышением температуры до 650--700^oС снижается почти в десять раз. Наиболее резкое снижение наблюдается для алюминиевых сплавов. Наибольшими значениями при высоких температурах обладают литые жаропрочные сплавы, содержащие 70--80% никеля. Снижение пределов текучести с повышением температуры происходит примерно так же, как и снижение . Для углеродистых сталей характерным является ухудшение пластических свойств (охрупчивание) при температурах около 300^oС (кривая 2 на рис. 3).

Рис.2. Влияние температуры на упругие свойства

Рис.3. Влияние температуры на пластические свойства

Влияние температур на упругие свойства

конструкционный материал прочность пластичность

Температурный коэффициент линейного расширения

и температурный коэффициент модуля упругости

связаны между собой соотношением

или

где r и m -- постоянные, характеризующие параметры кристаллической решетки. На рис. 4 приведена зависимость безразмерного модуля упругости Е/Е₀ некоторых конструкционных материалов от температуры (E₀-- модуль упругости материала при обычной температуре): 1 -- нержавеющая сталь; 2 -- алюминиевые сплавы, 3 -- углеродистые стали, 4 -- титановые сплавы. Для сталей с повышением температуры испытаний с 25 до 450^oС модули упругости Е и G уменьшаются на 20--40%, при этом, начиная с 300--400^oС наблюдается расхождение между значениями модулей, определенными при статических и динамических испытаниях.

Изменение модулей упругости при малый колебаниях температуры (от -50 до +50^oС) незначительно и им обычно пренебрегают.

Рис.4. Зависимость модуля упругости от температуры

Размещено на Allbest.ru