Деформационной способности

Большинство приборов основано на непосредственном испытании механических свойств материала при низких температурах и на сравнении этих свойств со свойствами при нормальной температуре. Метод деформации (растяжения) при низких температурах приме? няют для эластичных материалов, при этом определяют коэффициент холодостойкости (МОРОЗОСТОЙКОСТИ) . . ; •-•

Например, резины, согласно ГОСТ 9.026—74, подвергаются воздействию статической или динамической деформации растяжения в среде озонированного воздуха с заданной концентрацией озона [температура (30±2) или (50±2) °С). Озоностойкость резин определяется по следующим параметрам: а) времени до появления на поверхности образца первых трещин, видимых невооруженным глазом (ти); б) времени до разрыва. образца (тр); в) коэффициенту озонного старения /С0 — /V/3!. гДе Р\ и ? г ~~ пределы прочности при разрыве до и после воздействия озона; г) максимальной концентрации озона, при которой в течение заданного времени не наблюдается растрескивания образцов (Стах). Образцы для определения ти и Стах должны иметь размеры 120 х 10 х 2 мм, для определения тр — ' 120 х 10 х 0,5 мм с радиусом закругления кромок 0,2 мм. Образцы для определения К0 вырезают из пластин толщиной (1,0+0,1) или (2,0±0,2) мм в виде полос шириной 10—25 мм, из которых вырубают специальные лопатки (ГОСТ 270—75). Число образцов — не менее 5. Испытание должно начинаться не ранее чем через 16 ч и не позднее чем через 30 сут после вулканизации.

Особенностью кольцевых упругих элементов является наличие зон деформации сжатия и зон деформации растяжения, на которые могут устанавливаться тензорезисторы. Недостатком таких элементов является неравномерность распределения напряжений в зонах деформации. Для более равномерного распределения применяют кольца переменного сечения. Хотя кольцевые элементы менее технологичны, чем стержневые, они широко используются в тех случаях, когда стержневые элементы не обеспечивают нужной чувствительности или когда в качестве выходной величины упругого элемента должно быть перемещение, а не деформация.

ной величиной обычно бывает перемещение центра мембраны. При использовании деформации в качестве информативного параметра выходного сигнала мембраны следует иметь в виду наличие зон деформации сжатия и зон деформации растяжения ( 5.2). Рекомендации по выбору геометрических размеров мембраны в этом случае будут такими же, как и для мембран, предназначенных для преобразований усилий. Как видно из табл. 5.2, жесткая мембрана обладает большими возможностями регулирования чувствительности. Действительно, относительная деформация при прочих равных условиях равна отношению квадрата радиуса к квадрату толщины, следовательно, небольшие изменения геометрических размеров позволяют получать значительные изменения относительной деформации. В других упругих элементах относительная деформация определяется первой степенью этого отношения.

Индекс модуля д,ц означает, что рассматривается заряд на 1-й грани при действии силы F/. При определении знаков зарядов за положительное направление поля принимается такое его направление вне пьезоэлемента, которое совпадает с положительным направлением соответствующей оси. Положительными принимаются деформации растяжения, отрицательными — деформации сжатия. Положительными считаются такие деформации сдвига, при которых диагональ, испытывающая растяжение, проходит через первый и третий квадранты кристаллографических осей координат, лежащих в плоскости сдвига для наблюдателя, смотрящего с положительного конца оси, перпендикулярной к плоскости сдвига. На 8.2 показано действие сил Ft на пьезоэлемент Х-среза.

Для процессов шестой группы характерны процессы рекристаллизации при нагреве листовых и пленочных термопластичных материалов перед формообразованием и пластические деформации растяжения при формообразовании. Типовые процессы для седьмой, восьмой и девятой групп формообразования деталей из реактопластов позволяют изготавливать детали из композиционных порошковых пресс-материалов или из отдельных компонентов (жидких полимеров, наполнителей, армирующих материалов). Во всех типовых процессах седьмой группы (см. 9.3) формообразование деталей сопровождается течением пресс-материала, находящегося В ВЯЗКОТбКуЧбМ состоянии, и химической реакцией отверждения связующего компонента, которая переводит исходный материал в неплавкое и нерастворимое состояние.

которой нанесены электроды 2, 3, 4 и 5. Если пьезоэлемент помещен в переменное электрическое поле, то вследствие обратного пьезоэффекта в нем возбуждаются механические колебания (деформации растяжения-сжатия или изгиба, или сдвига), амплитуда которых зависит от частоты и амплитуды электрического поля. Вследствие прямого пьезоэффекта при механических колебаниях на электродах возникает переменное электрическое напряжение. При совпадении частоты электрического поля с собственной частотой механических колебаний пьезо-элемента наступает резонанс, и амплитуды механических колебаний резко возрастают. Таким образом, пьезоэлемент подобен электрической колебательной системе, 'обладающей собственными частотами.

При измерении скручивающих или изгибающих деформаций такое расположение резисторов достигается, например, путем наклейки одного из них на внешнюю (растягивающуюся), а другого—на внутреннюю (сжимающуюся) сторону изгибаемой детали или расположения их на скручиваемом валу так, как это показано на 22.1, б. Это труднее выполнить на деталях, испытывающих деформации растяжения или сжатия. В этом случае используют то явление, что сжимаемая деталь (например, стержень, 22.1, а) одновременно несколько расширяется в поперечном направлении. Поэтому, если на ту же деталь перпендикулярно тензорезистору / будет наклеен тензорезистор 2, то он будет испытывать некоторое растяжение, правда несколько меньшее (в соответствии с коэффициентом Пуассона ц = 0,24-=-0,40), чем сжатие тензорезистора /. Тем не менее, температурные деформации обоих резисторов будут одинаковыми, взаимно компенсируясь в цепи моста. 426

Как видно из 1.10, существенного перераспределения деформаций е\ в образце-плите по вертикальному и горизонтальному сечениям, проходящим через оси трубных проходок, при увеличении нагрузки на образец до 4200 кН (аср = 21 МПа) не происходит. Можно отметить некоторую нелинейность роста деформаций в наиболее нагруженной зоне плиты рядом с ЭП. Деформации ei в центре среднего вертикального сечения образца-колонны с двумя замоноличенными изоляторами из электротехнического фарфора ( 1.10, б) на всех этапах нагружения распределялись равномерно, наличие изоляторов не влияло на распределение деформаций. В поперечном направлении в средней зоне образец по этому сечению был растянут, в верхней и нижней зонах растяжение отсутствовало. Деформации растяжения непосредственно у изолятора снижаются ( 1.10, в), что объясняется более высокой упру-

гостью фарфора по сравнению с бетоном. На 1.11 изображено распределение деформаций е2 у различных ЭП в образце в виде фрагмента стены защитной оболочки — в зоне трубных ЭП наблюдаются значительные деформации растяжения; у ЭП с заинъеци-рованным в ней изолятором деформации растяжения е2 примерно в два раза меньше; у изолятора, забетонированного непосредственно в бетон, деформации растяжения практически отсутствовали.

На участке сечения в зоне датчиков Д-56 и Д-76 в упругой стадии работы оболочки верхняя и нижняя ее грани были растянуты. После приложения нагрузки, равной 10000 Н ( 3.33), деформации растяжения верхней грани оболочки в этой зоне уменьшились, что связано с образованием трещины в месте примыкания полки к ребрам от действия положительных моментов.

соответствуют области в карты. Высокие температуры и длительность испытаний приводят к заметному развитию рекристаллизации в стали, которая понижает сопротивляемость матрицы деформированию и вызывает рост деформационной способности металла. Кроме того, при движении границ при рекристаллизации происходит залечивание части накопленных не-сплошностей и повышение деформационной способности металла.

Разрушения в условиях эксплуатации, соответствующих области в карты механизмов ползучести наблюдаются при перегревах металла труб пароперегревателей. Как видно из картограммы ( 1.2), при нагреве до температур, превышающих 620 °С, в металле развиваются процессы рекристаллизации. Это приводит к возрастанию деформационной способности металла, полной трансформации структуры стали в феррито-карбид-ную структуру, интенсификации процессов перехода легирующих элементов в карбидные фазы. Долговечность труб в условиях такого перегрева не превышает 10—15 тыс. ч. Для труб, разрушившихся в условиях ползучести, характерно наличие значительного слоя окалины и присутствие на наружной поверхности труб продольных трешин, сопутствующих основному разрыву. В случае перегрева до указанных температур разрушение происходит с относительно большим увеличением периметра трубы, заметным утонением стенки за счет повышенной деформационной способности в этих условиях. Характерно широкое раскрытие трубы в месте сквозной трещины. Микромеханизм разрушения соответствует порообразованию. Структура металла разрушенной трубы становится ферритной с крупными карбидными частицами по границам зерен. Вблизи разрушения имеет место некоторый рост зерна. Присутствие всех перечисленных признаков 'свидетельствует о том, что разрушение исследуемой трубы произошло в результате длительного перегрева.

Во-первых, эта операция приводит к снижению пластичности при длительном разрыве и оказывает влияние на сопротивление разрушению при ползучести. Снижение деформационной способности в результате наклепа способствует повышению вероятности преждевременных (по сравнению с расчетным сроком) разрушений металла при возникновении колебаний температур-но-силовых режимов в условиях длительной эксплуатации.

Работоспособность жаропрочных материалов в значительной степени зависит от сопротивления деформированию и разрушению при ползучести, а также от деформационной способности при длительном разрыве. От характеристик пластичности зависит способность материала выравнивать напряжения в зоне их концентрации, ослаблять влияние кратковременных перегрузок, и, наконец, исчерпание деформационной способности приводит к преждевременным разрушениям.

пературы легко получить оценку длительной прочности материала, а по номограммам пластичности по заданному пределу длительной прочности определить характеристики деформационной способности при длительном разрыве. Так, например, по параметрической диаграмме длительной прочности на 3.8 определены пределы длительной прочности для четырех температур при сроке службы 105 ч: о-54? = 155 МПа; C$.120 МПа; ^5=58

По первичным кривым ползучести трудно установить момент появления первых заметных дефектов, так и наступление критической стадии процесса разрушения (пределы допустимой поврежденное™). Чтобы определить безопасный срок службы, можно использовать деформационные характеристики вместо показателей поврежден-ности, т. е. определять, какой предельно допустимой деформации соответствует безопасная работа материала. Оценить предельно допустимую деформацию можно также, используя механическое уравнение состояния типа (3.7) и характеристику деформационной способности ма-

при разрыве (fp), так как она содержит часть деформации, накапливаемой на агонийной стадии процесса разрушения. Для повышения надежности оценки безаварийного срока службы металла элементов энергооборудования по результатам лабораторных исследований в качестве характеристики деформационной способности следует использовать равномерное удлинение, которое можно опреде-

Аналогичной корректировкой активационных параметров уравнения типа (3.7) можно оценивать влияние структурных и фазовых состояний на общие закономерности ползучести и характеристики деформационной способности сложных металлических сплавов.

При нестационарных режимах в полной мере проявляется роль деформационной способности материала: ускоряется исчерпание пластичности и наступает преждевременное (по сравнению с расчетным) разрушение.

В [104] исследована сталь 15Х1М1Ф в условиях циклического термического нагружения с предварительным испытанием в условиях ползучести. Объектом исследования была партия металла, испытанного на длительную прочность, для которого получены оценки пределов длительной прочности и пластичности и установлена область пониженной деформационной способности [56].

В заключение следует подчеркнуть, что чувствительность к нестационарности определяется в первую очередь следующими факторами: усилением диффузионных процессов, которые способствуют снижению сопротивления деформированию и разрушению; степенью поврежденности материала, который подвергается температурным и силовым перегрузкам; ускорением исчерпания деформационной способности — величины предельной пластичности, после достижения которой наступает разрушение.