Чувствительность к надрезам чугуна и его преимущества как конструкционного материала

21.10.2019

Разрушение путем отрыва при жестких способах нагружения (растяжение, изгиб, отчасти кручение) является причиной сравнительно низких показателей пластичности и вязкости чугуна с пластинчатым графитом и того недоверия, которое ему часто оказывают конструкторы. Между тем в ряде ответственных случаев этот чугун вполне оправдывает себя в современном машиностроении и даже успешно заменяет сталь в некоторых конструкциях. Это объясняется тем, что статические характеристики пластичности (b, w) часто не имеют большого значения, так как величина допустимых пластических деформаций обычно незначительна (<0,2%). Кроме того, следует иметь в виду, что разрушение отливок во многих случаях происходит под действием знакопеременных нагрузок (усталости) без образования заметных остаточных деформаций. В этих условиях серый чугун, характеризующийся малой пластичностью, может быть использован с большим успехом, так как в противоположность стали, он отличается низкой чувствительностью к надрезам, подчас близкой к нулю. По мере улучшения формы графита чувствительность к надрезам чугуна увеличивается, но остается все же выше, чем у стали. Вместе с тем повышаются его пластические и вязкие свойства, что делает его более ценным конструкционным материалом, чем серый чугун.

Действие надреза определяется его глубиной t, углом а и остротой p (рис. 168). Вследствие концентрации напряжений, у надрезов образуются пики напряжений в тем большей степени, чем острее надрез. Теоретически коэффициент концентрации напряжений (аo) в присутствии графита может быть определен в зависимости от его длины (t) и радиуса кривизны (p) его острия.

Таким образом, для шаровидного графита аo = 3, для пластинчатого же графита аo значительно больше, хотя благодаря взаимному действию этих надрезов значение аo уменьшается примерно в 1,5—3 раза и в тем большей степени, чем больше величина аo. Однако эффективный коэффициент концентрации (Ko), выражающий изменение свойств металла в присутствии надрезов, определяется не только значением аo, но и природой материала, и действие надреза оказывается значительно меньше, чем об этом можно судить по расчетному аo
Чувствительность к надрезам чугуна и его преимущества как конструкционного материала

Эта величина (q) тем больше, чем больше значение эффективного коэффициента концентрации надреза Kо. В идеальном случае, к которому серый чугун весьма близок, свойства вовсе не меняются в присутствии надрезов (Kо = 1,0 и q = 0). Благодаря этому присутствующие в любой чугунной отливке отверстия, углы, резкие переходы, раковины, поры, неметаллические включения сравнительно мало влияют на ее реальную конструкционную прочность, в то время как в такой же отливке из стали эти надрезы значительно понижают механические свойства, в особенности пластичность, вязкость и усталостную прочность. Однако разные чугуны также различно ведут себя в этом отношении. Многочисленные исследования показывают, что чувствительность чугуна к надрезам увеличивается с повышением прочности и зависит от напряженного состояния (табл. 11).

Наименьшим эффективным коэффициентом концентрации характеризуется серый чугун. Поэтому большая чувствительность к надрезам делает иногда бесцельным применение высококачественных материалов, и чугун в этих условиях может с успехом конкурировать со сталью, даже легированной, как это видно из сравнения пределов усталости (т-1) чугунных и стальных валов:

Другим преимуществом чугуна как конструкционного материала является его высокая циклическая вязкость. При малых многократных ударах, как и при работе на сжатие и на продольный изгиб, он может оказаться выносливее стали, уступая ей, однако, во многих других напряженных состояниях, в особенности при больших ударных нагрузках. Таким образом в ряде случаев, когда условия нагрузки этому благоприятствуют, чугун может быть использован с большой эффективностью и экономической выгодой как хороший конструкционный материал.

Имя:*
E-Mail:
Комментарий:
Информационный некоммерческий ресурс fccland.ru © 2019
При цитировании и использовании любых материалов ссылка на сайт обязательна