38. Отжиг и нормализация стали.

Нормализация (франц. normalisation — упорядочение, от normal — правильный, положенный), вид термической обработки стали, заключающийся в нагреве её выше верхней критической точки, выдержке при этой температуре и последующем охлаждении на спокойном воздухе. Цель Нормализация — придание металлу однородной мелкозернистой структуры (не достигнутой при предыдущих процессах — литье, ковке или прокатке) и как следствие — повышение его механических свойств (пластичности и ударной вязкости). При Нормализация низко- и среднеуглеродистой стали происходит распад аустенита с образованием смеси феррита с перлитом или сорбитом. Фасонное стальное литьё подвергают Нормализация для устранения грубозернистой литой структуры, обусловливающей низкие механические свойства отливок, катаную и кованую сталь — для устранения различий в структуре, вызванных условиями деформации и охлаждения. Режим Нормализация определяется температурой нагрева (аустенитизации), временем выдержки при этой температуре и скоростью охлаждения. Температура нагрева при Нормализация на 20—50 °С выше верхней критической точки. Время выдержки должно быть минимальным, обеспечивающим равномерный прогрев по сечению изделия. Скорость охлаждения на спокойном воздухе обычно составляет 150—250 °С/ч; однако при Нормализация массивных изделий скорость охлаждения должна регламентироваться в зависимости от их размеров и состава стали в соответствии с кинетикой превращений аустенита. Увеличение скорости нагрева, минимально возможные температуры и время выдержки обеспечивают получение более мелкого зерна аустенита и более дисперсной смеси перлита или сорбита с ферритом.

39. Серый чугун, маркировка, применение в судостроении и судоремонте.

Серый Чугун — наиболее широко применяемый вид Чугун (машиностроение, сантехника, строительные конструкции) — имеет включения графита пластинчатой формы. Для деталей из серого Чугун характерны малая чувствительность к влиянию внешних концентраторов напряжений при циклических нагружениях и более высокий коэффициент поглощения колебаний при вибрациях деталей (в 2—4 раза выше, чем у стали). Важная конструкционная особенность серого Чугун — более высокое, чем у стали, отношение предела текучести к пределу прочности на растяжение. Наличие графита улучшает условия смазки при трении, что повышает антифрикционные свойства Чугун Свойства серого Чугун зависят от структуры металлической основы, формы, величины, количества и характера распределения включений графита. Перлитный серый Чугун имеет высокие прочностные свойства и применяется для цилиндров, втулок и др. нагруженных деталей двигателей, станин и т.д. Для менее ответственных деталей используют серый Чугун с ферритно-перлитной металлической основой.

40. Понятие об усталостных разрушениях.

Усталость материалов, изменение механических и физических свойств материала под длительным действием циклически изменяющихся во времени напряжений и деформаций. Изменение состояния материала при усталостном процессе отражается на его механических свойствах, макроструктуре, микроструктуре и субструктуре. Эти изменения протекают по стадиям и зависят от исходных свойств, вида напряжённого состояния, истории нагружения и влияния среды. На определённой стадии начинаются необратимые явления снижения сопротивления материала разрушению, характеризуемые как усталостное повреждение. Сначала в структурных составляющих материала и по границам их сопряжения (зёрна поликристаллического металла, волокна и матрица композитов, молекулярные цепи полимеров) образуются микротрещины, которые на дальнейших стадиях перерастают в макротрещины либо приводят к окончательному разрушению элемента конструкции или образца для механических испытаний.

Количественно усталостный процесс описывается зависимостью между накопленным повреждением и числом циклов или длительностью нагружения по параметру величины циклических напряжений или деформаций. Соответствующая зависимость между числом циклов и стадией повреждения (в т. ч. возникновением трещины или окончательным повреждением) называется кривой усталости. Эта кривая – основная характеристика Усталость материалов Накопление циклического повреждения отражает деформирование материала как макро- и микронеоднородной среды (для металлов – поликристаллический конгломерат, для полимеров – конгломерат молекулярных цепей, для композитов – регулярное строение из матрицы и волокон). Этот процесс в поле однородного напряжённого состояния (например, простого растяжения-сжатия) описывается механической моделью, звенья которой воспроизводят неоднородную напряжённость структурных составляющих материала; неоднородность характеризуется вероятностными распределениями величин микродеформаций и микронапряжений (включая остаточные). Циклическое нагружение таких неоднородных структур порождает в наиболее напряжённых структурных звеньях необратимые деформации (упругопластические, вязкоупругие), накапливающиеся с нарастанием числа циклов и длительности пребывания под циклической нагрузкой. Их увеличение до критических значений, свойственных материалу и среде, в которой он находится, приводит к зарождению макротрещины как предельного состояния на первой стадии усталостного разрушения. Кинетика изменения состояния материала на этой стадии проявляется субмикроскопически в изменении плотности дислокаций и концентрации вакансий, микроскопически – в образовании линий скольжения, экструзий и интрузий на свободной поверхности остаточных микронапряжений; механически – в изменении твёрдости, параметров петли упруго-пластического гистерезиса, циклического модуля упругости, а также макрофизических свойств (электрического, магнитного и акустического сопротивления, плотности). На второй стадии усталостного разрушения накопление повреждения оценивается скоростью прорастания макротрещины и уменьшением сопротивления материала статическому (квазихрупкому или хрупкому) разрушению, определяемому изменением статической прочности, в том числе характеристиками вязкости разрушения как критическими значениями интенсивностей напряжений у края усталостной трещины.

Кривые усталости в области многоцикловой усталости (при разрушающем числе циклов более 105), за которые «ответственны» повторные упругие деформации, наносятся в амплитудах (или максимальных напряжениях) цикла в логарифмических (lgs, lgN) или полулогарифмических (s, lgN) координатах (рис. 1). В зависимости от особенностей материала, гомологических температур и физико-химической активности среды кривые усталости могут иметь либо асимптотический характер (кривая 1), либо непрерывно снижающийся с выпуклостью, обращенной к началу координат (кривая 2). Величину амплитуд напряжений s-1, являющихся асимптотами кривых усталости 1-го типа, называется пределом выносливости материала, а величину амплитуд напряжений (s-1) Np, для которых разрушение достигается при числе циклов Np по кривым 2-го типа, – ограниченным (по числу циклов) пределом выносливости. Материалам более стабильных структур и для более низких температур свойственны кривые типа 1; материалам менее стабильных структур, для более высоких температур и активных сред – кривые типа 2.

Кривые усталости в области малоцикловой усталости (при разрушающем числе циклов в 104 и менее), за которые «ответственны» повторные пластические деформации, наносятся в амплитудах этих деформаций в логарифмических координатах lg eap и lg N (рис. 2).