Лекция №5 Эксплуатация и контроль заданных свойств веществ металлов и установок.

Свойства металлов. Пластичность и прочность металлов.

Металлы представляют собой поликристаллические тела, состоящие из большого числа различно ориентированных друг по отношению к другим кристаллам. В процессе кристаллизации они приобретают неправильную форму и поэтому называются кристаллами или зернами.

Под атомно-кристаллческой структурой металла предполагают взаимное расположение атомов(ионов) существующих в реальном кристалле.

Металлические состояния веществ характеризуются следующими свойствами:

1. высокая теплопроводность и электрическая проводимость;

2. положительный тем-ный коэффициент электрического сопротивления (с повышением тем-ры электрическое сопротивление чистых металлов возрастает);

3. термоэлектронная эмиссия(способность испускать электроны при нагреве);

4. наличие отражательной способности(металлы не прозрачны и обладают мет. блеском)

5. повышенная способность к пластической деформации.

Пластичность – это свойство метала деформироваться без разрушений.

Прочность – свойство металла выдерживать нагрузки без разрушений.

Деформация – изменение размеров и форм металла под нагрузкой.

Деформация бывает:

упругая– исчезающая после снятия нагрузки(связана с перемещением атомов в кристаллической решетке на расстоянии меньше межатомных).

пластическая– не исчезающая после снятия нагрузки(связана с перемещением атомов в кристаллической решетке на расстояния больше межатомных).

При пластической деформации одна часть кристаллов перемещается по отношению к другой, и если нагрузку снять, то перемещенная часть кристалла не возвратиться в исходное положение и деформация останется.

Зависимость между напряжением и вызванной им деформации.

G

B

K

A

T

P_в

P_к

P_т

Е

0

О-А – участок упругой деформации исчезающей после снятия нагрузки(деформации пропорциональна нагрузке).

А-Т –участок пластической деформации(нарушена зависимость между напряжением и деформацией).

Напряжения, при которых металл деформируется без увеличения растягивающей нагрузки, называется физическим пределом текучести.

G_т=P_т/F_o

P_т– давление

F_o– площадь поперечного начального сечения.

Т-В – участок, при котором дальнейшее повышение нагрузки вызывает более пластичную деформацию.

Напряжение, отвечающее наибольшей нагрузке металла - называется временным сопротивлением или предел прочности.

G_в=P_в/F_o

P_в– давление, соответственно возникающее пределу прочности.

Начиная с напряжения G_вдеформация сосредотачивается в шейке.

G_к=P_к/F_к

F_к – площадь поперечного сечения шейки разрыва.

Явления усталости, ползучести и релаксации металлов.

Усталость металла– постепенное накопление повреждений в металле, под действием цикличных нагрузок приводящих к возникновению трещин и щелей.

Свойство металла сопротивляться усталости называется выносливостью.

Под действием цикличной знакоперемещающей нагрузки в металле развивается первоначально микротрещина которая перерастает в макротрещину. Это приводит к уменьшению живого сечения в металле. В этом сечении увеличивается напряжение и при его знач.больше предела прочности возникает внезапное хрупкое разрушение детали.

Для оценки способности металла сопротивляться развитию усталости, опытным путем определяют характеристику + предел выносливости – это напряжения при которых в металле еще не возникла первоначальная микротрещина усталости. Испытания проводят при знакоперемещенном циклическом режиме.

G

_Gmax

R=G_min/G_max

_Gmin

Ползучесть– это явление, заключающееся в том, что металл нагружают при постоянной высокой тем-ре медленно и непрерывно пластически деформируют под воздействием постоянных во времени напряжений. В результате развития ползучести увеличивается диаметр и уменьшается толщина стенок трубы. Деталь, проработавшая долгое время в условиях ползучести, подвержена пластической деформации во много раз больше, чем при кратковременной перегрузке при той же температуре.

E_пл

D^||

D^||

D

τ

C^||

τ

B^||

B^|

B

C^|

C

A

АВ – стадия не установившейся ползучести, здесь деформация возникает при положительной нагрузке и исчезает после ее снятия.

ВС – стадия установившейся ползучести пластичной деформации возрастает с постоянной скоростью.

СD– стадия разрушения – аварийный рост ползучести.

Длительность каждой стадии зависит от свойств металла, тем-ры, напряжения, иногда ползучесть может протекать в течении длительного времени и практически не достигает третей стадии. Если напряжения и тем-ра слишком высоки, то может отсутствовать 2 стадия.

Меры по снижению ползучести.

1. подбор металла с высокой степенью чистоты обработки поверхности;

2. при ремонте или монтаже не допускать образование концентратов напряжения;

3. при эксплуатации – это строгая дисциплина режима работы всех агрегатов – контроль за деформацией узлов и соединений.

Релаксациейназывается процесс самопроизвольного уменьшения напряженияGсо временемτпри постоянной деформации и неизменно высокой тем-ре.

Релаксация напряжений наблюдается в местах фланцевых соединений, в трубах паропроводов, в пружинах подверженных самокомпенсации тепловых расширений.

G

Газ,

пар

(P,t,u)

Явление релаксации во фланцевом соединении трубопровода.

На рисунке представлен типичный пример изделия работающего в условиях релаксации – шпилька фланцевого соединения. Для обеспечения плотности фланцевого соединения поверхность фланца должна быть прижата к прокладке с определенным усилием, создающем требуемое удельное давление на поверхности контакта. С течением времени напряжение в шпильках созданное первоначальным натягом, снижается в результате релаксации и возникает опасность разгерметизации т.е.ослабление.

Меры по обеспечению безопасности.

1. при ремонте или монтаже веление упругих прокладок.

2. при эксплуатации периодичный контроль затяжки соединений.

Металлы применяемые в котло, трубостроении.

Для изготовления деталей котлов, вспомогательного оборудования, трубостроении широко используют низкоуглеродистую сталь (0,2-0,25%). С повышением содержания углерода в стали повышается прочность, снижается пластичность, возрастает временное сопротивление, предел текучести и твердость стали. Как правило содержание углерода в сталях используемых в котлостроении ограничено 0,2%, сталь 10. при превышении содержания углерода, сталь приобретает способность к закаливанию и это вынуждает принимать меры при нагреве и сварке стали во время ремонта и монтажа.