Динамический характер нагрузок способствует охрупчиванию. Металл может настолько потерять свои пластические свойства, что трещина, возникшая из трещиноподобных дефектов (технологического, металлургического или эксплуатационного происхождения), практически мгновенно разрывает металл на части без видимых изменений формы и размеров сечений элементов – происходит хрупкое разрушение (при напряжениях ниже предела текучести sТ – область упругих деформаций).
На сопротивляемость металла хрупкому разрушению влияют: его химический состав, кристаллическая структура, прочностные свойства, способ плавки, способы получения и упрочнения проката.
Особенно сильно влияют на склонность металла к хрупкому разрушению вредные примеси (фосфор, сера и т.д.), а также газы (водород кислород, азот), проникающие в кристаллическую решетку.
Возникновение хрупкого разрушения всегда связано с растягивающими напряжениями в металле. При линейном напряженном состоянии (растягивающие напряжения в одном направлении) опасность хрупкого разрушения очень мала, а при трехосном (растягивающие напряжения в трех ортогональных направлениях) резко возрастает. Возникновение трехосного напряженного состояния в элементах конструкций машин связано в основном с увеличением их толщины или наличием надрезов, являющихся острыми концентраторами напряжений.
Часто причиной трехосного напряженного состояния являются внутренние напряжения, появляющиеся в результате местной пластической деформации из-за неравномерного нагрева и остывания металла при сварке.
Опасность хрупкого разрушения обуславливает применение для несущих конструкций низкоуглеродистых сталей (с содержанием углерода не более 0,22%). Для повышения их механических свойств (sТ, a, e) в состав сталей вводятся легирующие добавки, процентное содержание которых ограничивается соображениями трещиностойкости (марганец Mg и хром Cr снижают ударную вязкость при содержании более 2%, кремний Si – более 1%) и приемлемой стоимости (повышение стоимости материала должно оправдываться соответствующим понижением массы конструкции).
Кроме повышенной стоимости, основными недостатками низколегированных сталей, применяемых для несущих конструкций машин (например, 09Г2, 09Г2С,10Г2С1, 10ХСНД, 15ХСНД, 14Г2АФ, 16Г2АФ, 18Г2АФпс и т.д.) по сравнению со сталями типа Ст3 является повышенная чувствительность к концентрации напряжений при переменных нагрузках и сопоставимый с ними уровень критических напряжений потери устойчивости формы sкр для стержней и пластин.
Применение высокопрочных сталей со средней пластичностью (например, 40Х) позволяет значительно снизить металлоемкость конструкций, уменьшить энергоемкость машин, но требует периодического проведения дефектоскопического контроля по выявлению трещин и наблюдению за их развитием. Это связано с тем, что критическая длина трещин (при достижении которой начинается ее быстрое самопроизвольное развитие) в таких материалах мала (менее 10…20 мм), и развитие трещины до критического состояния невозможно проследить визуально-оптическим методом, применяемым на сегодняшний день для освидетельствования конструкций из сталей низкой и повышенной прочности.
Снизить металлоемкость конструкций (до 40…60%) позволяет использование в качестве материала алюминиевых сплавов (плотность сплавов rа = 2,65…2,85 т/м3).
Алюминиевые сплавы нашли применение пока для крановых конструкций. Используются в основном следующие марки сплавов: АМг5В и Амг6 – сплавы алюминия с магнием и марганцем (без термообработки, пластичный, хорошо свариваемый; sВ=320 МПа, s0,2=160 МПа, e=15%); Д16Т, Д1Т - сплавы алюминия с медью, магнием и марганцем, называемые дюралюминами (наиболее дешевый, применяется в основном для клепанных конструкций; после термообработки имеет высокие механические характеристики: sВ=360…520 МПа, s0,2=220…380 МПа, e=10…13%).
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.