Техника - молодёжи 1952-10, страница 34

Однако необходимо помнить, что на величину предела усталости в большой степени влияют дефекты в металле (небольшие трещины, включения), а также состояние обрабатываемой поверхности. Достаточно сказать, что предел усталости гладко полированного вала в 1,2 — 2,5 раза больше предела усталости Бала, обработанного резцом. Здесь все дело в том, что даже небольшие изъяны поверхности могут явиться очагом для усталостного разрушения. Это необходимо помнить токарю, обрабатывающему валы и другие детали, которые должны работать при переменных нагрузках. Ведь каждая оставленная царапина может явиться причиной разрушения.

ПРОЧНОСТЬ ПРИ ВЫСОКИХ ТЕМПЕРАТУРАХ

До сих пор речь шла о прочности деталей при нормальных температурах, то^естъ при температурах, близких к комнатной.

А ведь есть детали, которым приходится работать при высоких температурах, достигающих 700-800°С, а иногда и выше. Это детали паровых и газовых турбин, реактивных двигателей, паровых котлов и т. д.

При высоких температурах металл становится менее прочным. Более того, при длительном нагреве металла в нем возникает ряд процессов, с которыми приходится считаться, рассчитывая ту или иную деталь на прочность.

При нормальной температуре стальной стержень, если нагрузка

Релаксация — явление, родственное ползучести. При высокой температуре затяжка болтов слабеет.

на него не слишком велика, удлинившись, сохраняет неопределенно долгое время свою длину неизменной. Иное (произойдет, если поместить этот стержень в печь и нагреть. Хотя нагрузка на стержень останется ниже предела текучести, стержень будет продолжать удлиняться.

Деформирование металла под действием постоянной нагрузки при длительном воздействии температуры назвали ползучестью.

Некоторые цветные металлы «ползут» даже при комнатной температуре. У стали же, как правило, это явление обнаруживается только при высоких температурах, причем чем выше температура, тем резче проявляется это свойство.

Деформация ползучести очень незначительна, но при длительном пребывании металла в условиях высоких температур она постепенно накапливается и за период службы металла может вырасти в значительную величину.

Явление ползучести было известно давно, «о особое внимание этому явлению стало уделяться лишь в 20-х годах нашего столетия в связи с появлением машин, деталям которых приходится работать при высоких температурах.

Особое значение приобретает учет ползучести в тех конструкциях, в которых предусматриваются малые зазоры. Примером может служить паровая турбина. В этих турбинах зазоры между лопатками и корпусом турбины измеряются долями миллиметра. Если во время работы турбины лопатка из-за ползучести удлинится настолько, что перекроет зазор между ее вершиной и корпусом турбины, неизбежно произойдет авария. Вращающаяся лопатка, коснувшись корпуса, оторвется от ротора и может разрушить все рабочее колесо.

Чтобы этого не произошло, конструктор учитывает при расчете подобных деталей явление ползучести. Пределом ползучести обычно называют напряжение, вызывающее деформацию, в 1% за определенное количество часов, которое заранее задается. В зависимости от срока службы машины он может исчисляться в 1000, 10 000 или 100 000 часов.

Как и все прочностные характеристики, предел ползучести определяется опытным путем.

Деталь приходится испытывать 1000 — 3 000 часов, все время поддерживая строго постоянную ггемпера-туру.

Имея данные по пределам прочности ряда марок стали, конструктор выбирает для изготовления деталей наименее подверженную ползучести марку и задает детали такие размеры, чтобы возникающие в ней напряжения с некоторым запасом (запасом прочности) были ниже предела ползучести.

При высоких температурах обнаруживается еще одно весьма интересное явление, которое было названо релаксацией. Оно заключается в том, что в этих условиях тугая посадка деталей с течением времени ослабляется.

Это крайне опасное явление. Релаксация, например, дисков турбины, тугая посадка которых с течением времени ослабевает, может вызвать тяжелую аварию турбины.

Рассчитывая такие детали, конструктор должен считаться с явлением релаксации.

\ /

Запас прочности: в первом случае — недостаточный, во втором — на пределе и в третьем — достаточный.

Подвержены релаксации и болтовые соединения. Это тоже надо помнить.

Представим себе паропроводы, по которым под большим давлением подается пар от парового котла к турбине. Паропроводы соединяются посредством фланцев, крепко-накрепко стянутыми между собой болтами. Однако вследствие релаксации затяжка болтов постепенно ослабевает, плотность соединений паропроводов нарушается. Чтобы избежать утечки пара, болты время от времени надо подтягивать.

Заботиться о прочности машин должны все ее создатели, начиная от конструктора и кончая производственником, обрабатывающим деталь. О том, как надо правильно обрабатывать металл, рассказывается на третьей странице обложки журнала.

Проблема обеспечения прочности — одна из сложнейших в технике. Исключительная роль в разрешении ее принадлежит советским ученым.

Нашими учеными разработана теория расчета на прочность деталей машин и установлены наилучшие условия эксплуатации металла в машиностроении. Их исследования помогают строителям гидравлических и паровых турбин, реактивных двигателей и шагаюших экскаваторов, землесосных снарядов и высокоскоростных станков.