Вплив часу і температури на деформацію Механічні властивості пластмас

[ виправити ] текст може містити помилки, будь ласка перевіряйте перш ніж використовувати.

скачати

Білоруський державний університет
ІНФОРМАТИКИ І РАДІОЕЛЕКТРОНІКИ
Кафедра інженерної графіки
РЕФЕРАТ
На тему:
«Вплив часу і температури на деформацію. Механічні властивості пластмас »
МІНСЬК, 2008

1. Вплив часу на деформацію. Пружне післядія.
Повзучість. Релаксація
Досліди показують, що деформація під навантаженням проявляється не відразу, а протягом певного періоду часу.
Якщо при напругах, відповідних точці 5 (рис. 2.13), припинити навантаження i залишити зразок на деякий час під навантаженням, то деформація буде рости (відрізок ST), причому спочатку швидше, а потім повільніше. При розвантаженні частина деформації, відповідна відрізку GJ, зникне майже миттєво, інша частина деформації, зображувана відрізком OG, зникне не відразу, а через деякий час.
Це явище зміни пружних деформацій у часі носить назву пружного післядії. Чим однорідніше матеріал, тим менше пружне післядія. Для тугоплавких матеріалів при звичайних температурах воно настільки невелика, що його можна не враховувати.
Навпаки, в матеріалах органічного походження пружне післядія велике, і з ним не можна не рахуватися.
У багатьох матеріалів під навантаженням при високих температурах спостерігається інше явище - безперервне зростання залишкових деформацій, що закінчується в певних умовах руйнуванням матеріалу.
Наприклад, сталева труба, що є паропроводом і працює при певному тиску і температурі пара, безперервно збільшує свій діаметр.
Зміна у часі пластичних деформацій у навантаженої деталі носить назву повзучості.
У металів з низькою температурою плавлення (наприклад, цинку, свинцю), а також у бетону повзучість спостерігається вже при нормальних температурах. У стали помітна повзучість проявляється при температурах, що перевищують 300 ° С.

Напруга, при якому швидкість пластичної деформації при заданій температурі і постійному навантаженні становить певну, наперед задану величину, наприклад 0,0001% на годину, називається межею повзучості σ пз і є важливою механічною характеристикою.
Тісно пов'язане з повзучістю інше явище, при якому пружні деформації тіла з часом переходять у пластичні. Результатом цього є зміна діючих напружень при збереженні повної величини деформації. Таке явище називається релаксацією. Внаслідок релаксації з'єднання, виконані з натягом, при тривалій роботі в умовах високих температур слабшають.
2. Вплив температури
Досліди показують, що властивості матеріалів сильно залежать від температури.
На рис. 2.14 представлено кілька діаграм розтягування маловуглецевої сталі (0,15% С) при різних температурах, а на рис. 2.15 і 2.16 - графіки залежності пружних постійних і μ) і механічних характеристик (σ п, σ т і σ в), а також ψ і δ від температури для тієї ж сталі.
З графіків видно, який великий вплив справляє температура на властивості сталі. До температури 300 ° С тимчасовий опір σ в підвищується (на 20-30%), а при подальшому підвищенні температури різко знижується.
Величина границі текучості σ Т і межі пропорційності σ п з підвищенням температури зменшується. При температурі 400 ° - межа плинності становить 60-70% його величини при кімнатній температурі. З підвищенням температури довжина площадки плинності скорочується і при температурі близько 400 ° майданчик зовсім зникає. Пластичні властивості (відносне залишкове подовження при розриві δ і звуження площі поперечного перерізу ψ |)) з підвищенням температури до 300є знижуються, а при подальшому її підвищенні збільшуються (рис. 2.16).
Механічні властивості матеріалів залежать від тривалості випробування. При деяких температурах (наприклад, для маловуглецевої сталі при температурі вище 800є З) випробуваний зразок може бути зруйнований при напрузі меншому, ніж межа пропорційності, відповідний кімнатній температурі, якщо ця напруга буде діяти досить тривалий час.

Тому міцність металів при високих температурах характеризують не величиною звичайну межу міцності, що визначається шляхом короткочасних випробувань, а величиною так званої межі тривалої міцності Bt). Межа тривалої міцності - це те напруга, вплив якого протягом певного проміжку часу при постійній температурі призводить до руйнування зразка.
Деталі, призначені для роботи при високих температурах, виготовляють із спеціальних теплостійких (жароміцних) і жаростійких сталей, що містять домішки спеціальних легуючих елемонтов.

Під теплотривкістю (жароміцністю) стали розуміють її здатність зберігати високу міцність при підвищених температурах, зокрема високу опірність повзучості. Для підвищення теплостійкості сталь легують вольфрамом, молібденом, ванадієм.
Під жаростійкістю розуміють здатність стали чинити опір хімічним руйнації поверхні під впливом гарячого повітря або газу (газова корозія). Для підвищення жаростійкості сталь легують хромом, кремнієм і алюмінієм.
3. Деякі особливості випробувань на стиск
Для випробувань на стиск беруть зразки у формі кубиків або невисоких циліндрів висотою h ≤ 3d, тому що при більш довгих зразках може відбутися їх вигин.
Застосування дуже коротких зразків також небажано, тому що розвиваються по торцях зразка сили тертя перешкоджають його розширення, в результаті чого зразок приймає бочкоподібну форму (рис. 2.17, а, б).

Результати випробування на стиск залежать від величини сил тертя і тому циліндричні зразки доцільніше кубічних.
Вплив сил тертя можна частково послабити мастилом (наприклад, парафіном) торців зразка.
На рис. 2.17, б показаний характер руйнування кубика каменю при відсутності змащення, а на рис. 2.17, в - при наявності змащення.
Останнім часом для випробування на стиск починають застосовувати порожнисті зразки з конічною торцевою поверхнею (рис. 2.17, г).
Вибором відповідної величини кута конусності можна значною мірою зменшити вплив сил тертя. Цей вельми важливе питання про вплив сил тертя на міцність зразка потребує подальших експериментальних і теоретичних досліджень.

Діаграма стиснення крихкого матеріалу аналогічна діаграмі його розтягування (див. рис. 2.11). Руйнування відбувається при незначних деформаціях. Випробування дає можливість встановити межу міцності σ ст. с і відносну залишкову деформацію при руйнуванні δ.
Для крихких матеріалів межа міцності при стисненні σ ст. з значно більше межі міцності при розтягуванні σ ст. р. Типова діаграма стиску пластичного матеріалу (малоуглеродистая сталь) показано на рис. 2.18, а. Спочатку діаграма має вигляд, аналогічний діаграмі розтягування. Далі крива йде круто вгору через збільшення площі перетину зразка та зміцнення матеріалу. Руйнування при цьому не виходить. Зразок просто сплющується (рис. 2.18, б), і досвід доводиться припиняти. У результаті випробування визначають межу текучості при стисканні. Для пластичних матеріалів межі текучості при розтягуванні і при стисканні практично однакові, але майданчик плинності при стисканні виявлено значно менше, ніж при розтягуванні.
4. Механічні властивості пластмас
В останні роки в конструкціях отримують все більше застосування нові матеріали на основі природних і синтетичних полімерів, так звані пластмаси або пластики.
Пластмаси Представляють собою або чисті смоли, або композицію з смоли і ряду компонентів - наповнювача, пластифікатора, стабілізатора, фарбника і ін
У залежності від застосовуваного наповнювача пластмаси поділяють на композиційні і шаруваті. Композиційні у свою чергу поділяють на порошкоподібні, волокнисті і з наповнювачем у вигляді крихти.
Наповнювачі застосовують органічні та неорганічні; вони служать для модифікації властивостей матеріалу, поліпшення фізико-механічних, фрикційних та інших властивостей матеріалу, а також для зниження його вартості.
Органічними наповнювачами є деревне борошно, целюлоза, папір, бавовняна тканина. В якості неорганічних наповнювачів використовують азбест, графіт, склотканина, слюду, кварц та інші матеріали.
Наповнювачі у вигляді полотнищ (тканих або нетканих) дозволяють отримувати шаруваті пластики високої міцності.
При використанні в якості наповнювача бавовняної тканини отримують текстоліт, склотканини - склотекстоліт, паперу - гетинакс, азбестової тканини - асботекстоліт, деревного шпону - древеснослоістие пластики (ДСП), піску і щебеню - пластобетон.
Особливу групу складають наповнювачів армуючі матеріали на основі скловолокна, стекложгута, стекломати, які можуть забезпечити виготовлення деталей, за міцністю не поступаються сталі (табл. 1).
Склопластики, отримані на основі поліамідів, полікарбонатів, використовують для виготовлення броні, не пробиває кулями.

Таблиця 1
Стеклонаполнітель
Межа міцності σ в, кГ / см 2
в '
Модуль пружності Е, кг / см 2
Скломат ... ... ... ... ... ... ... ... ...
Скломат з ромбічної структурою
Склотканина ... ... ... ... ... ... ... ...
Паралельні скловолокна

1400-2100
5000-6000
1800-3500
7800-10500
(8-12) · 4 жовтня
(18-23) · 10 Квітня
(14-21) · 10 Квітня
(23-40) · 4 жовтень
З склопластиків виготовляють направляючі лопатки компресорів, авіаційних і ракетних двигунів, що дає можливість знизити вагу цих апаратів.
Склопластики порівняно добре чинять опір дії динамічних навантажень і здатні гасити коливання елементів конструкцій.
Пластмаси як конструкційні матеріали мають такі особливості:
1) мала питома вага (1,2-1,9 Г / см 3), що в поєднанні з високою міцністю дає можливість виконувати дуже легкі конструкції; у багатьох пластмас ставлення межі міцності до питомої ваги (питома міцність) значно вище, ніж у сталей (табл. 2).
Таблиця 2
Матеріал
Питома міцність,
кГ / мм г
Г / см *
Сталь Ст. 3 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
Сталь ЗОГСА ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ...
Дюралюміній Д16 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ..
Свамі 1:1 ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ... ....
Свамі 10: 1
5,7
20,4
17,5
26
48
У таблиці наведено дані про скловолокнистим анізотропії
ном матеріалі Свамі з різним співвідношенням поздовжніх і поперечних скляних волокон;
2) діаграми деформування пластмас вельми різноманітні; У склопластиків з направленим розташуванням скляних ниток, як наприклад, у Свамі це прямі майже до руйнування (рис. 2.19, а).
Однак у більшості пластмас діаграми ε-σ мають вигляд плавною кривою, яку на деякому протязі від початку координат можна приймати за пряму.
У більшості конструкційних пластмас подовження при розриві не перевершує 3-4%, тобто значно нижче, ніж у сталей;

3) пластмаси мають зазвичай неоднакові механічні характеристики при розтягуванні і стисненні;
4) пластмаси значно гірше, ніж метали, чинять опір змінним і тривалих навантажень;
5) для характеристик пружних і міцнісних властивостей пластиків характерний більший розкид, ніж у металів. Це пояснюється старінням матеріалів, гігроскопічністю, впливом температури, анізотропією властивостей, неоднорідністю структури, впливом технології виготовлення;
6) для пластмас характерно більш значне у порівнянні з металами прояв масштабного ефекту. Межа міцності деталей з пластмас істотно зменшується зі збільшенням розмірів поперечного перерізу.
На рис. 2.20 приведені значення масштабного коефіцієнта ε σ, при розтягуванні для склопластиків в залежності від площі поперечного перерізу зразка;
7) властивості пластмас істотно залежать від температури. На рис. 2.21 наведено графіки, що показують залежність межі міцності пластмас від температури.
Основні групи пластмас можуть працювати в інтервалі температур від -200 є З до +250 є З; з появою пластмас на основі кремнійорганічних полімерів і фторопластів верхня межа температури піднявся до +500? З.
Стеклопласт на основі кремнийорганической смоли не втрачають міцності при 250 ° С, витримують нагрівання до 2750 є З протягом 2 хв;
8) пластики володіють великою схильністю до повзучості і релаксації навіть при нормальних температурах;
9)

10) для пластиків характерна мала жорсткість; модуль пружності самих жорстких пластиків (склопластиків) приблизно в 10 разів менше, ніж у сталей. У результаті цього деталі з пластмас отримують більш значні деформації і переміщення, ніж сталеві деталі;
10) багато пластмаси анізотропні, тобто мають в різних напрямах різні властивості. Анізотропія яскраво виражена у шаруватих пластиків. На рис. 2.19, б і 2.19, в наведено залежності границі міцності та модуля пружності при розтягуванні від напрямку навантаження для Свамі 1:1.
Анізотропія властивостей повинна відповідним чином враховуватися при розрахунках на міцність.
У табл. 2.5 наведено відомості про механічні властивості основних груп пластмас. Слід зазначити, що механічні властивості пластмас ще далеко не вивчені, і чекає велика робота в цьому напрямку.
5. Неоднорідність матеріалів
Існує припущення про однорідність і ізотропності
матеріалу в межах однієї деталі. Проте в різних деталях, виготовлених з одного і того ж матеріалу, механічні та пластичні властивості матеріалу можуть вельми розрізнятися між собою (розсіюватися).
Дійсно, якщо виготовити кілька однакових зразків з однієї і тієї ж стали, випробувати їх на розтягування і визначити межу текучості, то результати, як правило, не будуть збігатися один з одним.

Таблиця 3
Матеріал
Характеристика
Межа міцності при розтягуванні
σ в. р
кГ / мм 2
Межа
міцності
при стисненні
σ В.С,
кГ / мм 2
Межа міцності при вигині
σ в. виг,
кГ / мм 2
Модуль пружності при розтягуванні
Е,
кГ / мм 2
Модуль зсуву
G, кГ / мм 2

Стеклопласт
Текстоліти
Деревні
пластики
Гетинакси
Фібра
Оргскло
На основі тканини ... ...
На основі орієнтованих ниток в двох взаємно перпендикулярних напрямках ... ......................................
На основі бавовняних тканин .............................
На основі різних сортів деревини ... ...
На основі сульфатної папери .............................
На основі спеціальних сортів паперу
На основі полімерів та сополімерів метакрилової
кислоти ..........................
26-50
30-100
6-11
14-22
7-10
3-13
7,1-9,2
10-40
-
13-15
12-15,5
-
11-13
-
13-60
23-85
9-16
16,5-22
8-14
4-10
9,9-15,3
1800-2200
2400-3500
950-1000
1200-3400
1000-1800
500-800
290-416
350-400
-
250
80-250
80-250
-
-
0,22-0,25
0,25-0,28
0,2-0,25
0,25-0,3
0,2-0,3
0,25-0,3
0,1-0,16

Для прикладу на рис. 2.22 представлена ​​крива розподілу межі текучості для маловуглецевої сталі ст.З, побудована за результатами випробування 6000 зразків. Штриховий лінією показана досвідчена частотна діаграма, суцільною лінією - теоретична крива (так звана крива нормального розподілу), до якої прагне при збільшенні числа випробувань крива, побудована за експериментальними даними.

З цього малюнка видно, що найбільш часто зустрічається значенням межі текучості для цієї сталі є σ т = 30 кг / мм 2 (15% всіх випадків). Мінімальне значення близько до 22 кг / мм 2 і максимальне - до 38 кг / мм 2. Вид кривої показує, що не виключена можливість (при більшому числі випробувань) виявлення, з одного боку, більш низьких і, з іншого боку, більш високих значень границі текучості.
Аналогічні криві побудовані і для інших матеріалів.
Для менш однорідних матеріалів, наприклад, бетону, дерева, вони більш пологи, тобто в цьому випадку розкид (розсіювання) значень відповідної величини значно більше.
На рис. 2.23 наведені частотні діаграми межі міцності для сталей Ст.1чСт.5, з яких видно, що сталь Ст.4 і сталь Ст.5 менш однорідні, ніж інші стали.

Як видно з рис. 2.23, частотні діаграми для сталей різних
марок частково нашаровуються один на одного, тобто сталі різних марок можуть мати однакові механічні характеристики, в тому числі
межа міцності.
Наприклад, межа міцності σ в = 40 кг / мм 2 може бути у чотирьох марок сталей: Ст.1; Ст.2; ст.З; Ст.4.
Наявність кривих розподілу, що дають досить надійну характеристику ступеня однорідності матеріалу, дозволяє більш диференційовано розраховувати деталі, приймаючи для більш однорідних матеріалів, за інших рівних умов, більш високі допустимі напруження.
Криві розподілу лежать в основі принципово нового статистичного методу розрахунку конструкцій.

Література
1. Феодос'єв В.І. Опір матеріалів. 2006
2. Біляєв М.М. Опір матеріалів. 2006
3. Красковський Є.Я., Дружинін Ю.А., Філатова Є.М. Розрахунок і конструювання механізмів приладів та обчислювальних систем. 2001
Додати в блог або на сайт

Цей текст може містити помилки.

Виробництво і технології | Реферат
43.8кб. | скачати


Схожі роботи:
Механічні властивості біологічних тканин
Фізико-хімічні та механічні властивості діелектриків та їх класифікація
Властивості та застосування слизів і пектинів Рослини викликають механічні пошкодження
Вплив температури на життєві процеси
Вплив температури на швидкість хімічної реакції
Вплив температури на міграційно прискорене гасіння фосфоресценції
Вплив температури на концентрацію триплетних молекул у твердих ра
Вплив температури на доменне структуроутворення в сегментованих уретанових полімерах
Вплив температури на спектральні і електричні характеристики світловипромінюючих діодів
© Усі права захищені
написати до нас