Влияние времени и температуры на деформацию. Механические свойства пластмасс

БЕЛОРУССКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИНФОРМАТИКИ И РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Кафедра инженерной графики

РЕФЕРАТ

На тему:

«Влияние времени и температуры на деформацию. Механические свойства пластмасс»

МИНСК, 2008

1. Влияние времени на деформацию. Упругое последействие.

Ползучесть. Релаксация

Опыты показывают, что деформация под нагрузкой проявляется не сразу, а в течение определенного периода времени.

Если при напряжениях, соответствующих точке 5 (рис. 2.13), прекратить нагружение и оставить образец на некоторое время под нагрузкой, то деформация будет расти (отрезок ST), причем вначале быстрее, а затем медленнее. При разгрузке часть деформации, соответствующая отрезку GJ, исчезнет почти мгновенно, другая часть деформации, изображаемая отрезком OG, исчезнет не сразу, а спустя некоторое время.

Это явление изменения упругих деформаций во времени носит название упругого последействия. Чем однороднее материал, тем меньше упругое последействие. Для тугоплавких материалов при обычных температурах оно настолько невелико, что его можно не учитывать.

Наоборот, в материалах органического происхождения упругое последействие велико, и с ним нельзя не считаться.

У многих материалов под нагрузкой при высоких температурах наблюдается другое явление — непрерывный рост остаточных деформаций, заканчивающийся в определенных условиях разрушением материала.

Например, стальная труба, являющаяся паропроводом и работающая при определенном давлении и температуре пара, непрерывно увеличивает свой диаметр.

Изменение во времени пластических деформаций в нагруженной детали носит название ползучести.

У металлов с низкой температурой плавления (например, цинка, свинца), а также у бетона ползучесть наблюдается уже при нормальных температурах. У стали заметная ползучесть проявляется при температурах, превышающих 300° С.

Напряжение, при котором скорость пластической деформации при заданной температуре и постоянной нагрузке составляет определенную, наперед заданную величину, например 0,0001% в час, называется пределом ползучести σ_пз и является важной механической характеристикой.

Тесно связано с ползучестью другое явление, при котором упругие деформации тела со временем переходят в пластические. Результатом этого является изменение действующих напряжений при сохранении полной величины деформации. Такое явление называется релаксацией. Вследствие релаксации соединения, выполненные с натягом, при длительной работе в условиях высоких температур ослабевают.

 

2. Влияние температуры

Опыты показывают, что свойства материалов сильно зависят от температуры.

На рис. 2.14 представлено несколько диаграмм растяжения малоуглеродистой стали (0,15% С) при разных температурах, а на рис. 2.15 и 2.16 — графики зависимости упругих постоянных (Е и μ) и механических характеристик (σ_п, σ_т и σ_в), а также ψ и δ от температуры для той же стали.

Из графиков видно, какое большое влияние оказывает температура на свойства стали. До температуры 300° С временное сопротивление σ_в повышается (на 20—30%), а при дальнейшем повышении температуры резко снижается.

Величина предела текучести σ_Т и предела пропорциональности σ_п с повышением температуры уменьшается. При температуре 400°- предел текучести составляет 60—70% его величины при комнатной температуре. С повышением температуры длина площадки текучести сокращается и при температуре около 400° площадка вовсе исчезает. Пластические свойства (относительное остаточное удлинение при разрыве δ и сужение площади поперечного сечения ψ|)) с повышением температуры до 300º снижаются, а при дальнейшем ее повышении увеличиваются (рис. 2.16).

Механические свойства материалов зависят от продолжительности испытания. При некоторых температурах (например, для малоуглеродистой стали при температуре выше 800º С) испытуемый образец может быть разрушен при напряжении меньшем, чем предел пропорциональности, соответствующий комнатной температуре, если это напряжение будет действовать достаточно продолжительное время.

Поэтому прочность металлов при высоких температурах характеризуют не величиной обычного предела прочности, определяемого путем кратковременных испытаний, а величиной так называемого предела длительной прочности (σ_Bt). Предел длительной прочности — это то напряжение, воздействие которого в течение определенного промежутка времени при постоянной температуре приводит к разрушению образца.

Детали, предназначенные для работы при высоких температурах, изготовляют из специальных теплоустойчивых (жаропрочных) и жаростойких сталей, содержащих примеси специальных легирующих элемонтов.

Под теплоустойчивостью (жаропрочностью) стали понимают ее способность сохранять высокую прочность при повышенных температурах, в частности высокую сопротивляемость ползучести. Для повышения теплоустойчивости сталь легируют вольфрамом, молибденом, ванадием.

Под жаростойкостью понимают способность стали сопротивляться химическому разрушению поверхности под воздействием горячего воздуха или газа (газовая коррозия). Для повышения жаростойкости сталь легируют хромом, кремнием и алюминием.