 Автор: Г.В. Карпенко Издательство: Наукова думка (Украина)
Год: 1976
Страниц: 65
Формат: DJVU
Качество: хорошее
УДК 620.17:620.193
В монографии описан ряд явлений, имеющих место при эксплуатации материала (главным образом стали) деталей машин, механизмов и сооружений в рабочих средах, а кроме того, некоторые явления, связанные с влиянием обработки, и методы борьбы с вредным влиянием среды.
Предназначена для научных и инженерно-технических работников, занимающихся созданием машин и механизмов, работающих в различных средах, может быть полезна также студентам старших курсов.
ОТ АВТОРА
Во многих случаях долговечность и несущую способность материала деталей современных машин, механизмов и сооружений контролирует не нагрузка, а химическое, физическое и физико химическое действие рабочей среды При воздействии среды на материал оказывают влияние силовые, электромагнитные, тепловые, радиационные и другие поля, их интенсивность и градиент. Задачи воздействия среды изучаются новым научным направлением — физико-химической механикой материалов.
Возникновение указанных задач вызвало к жизни ряд новых понятий, связанных с эксплуатацией материала деталей машин, механизмов и сооружений, в связи с необходимостью объяснения действия среды на материал во время его работы в среде при высоких или низких температурах, давлениях, в движении и т п Кроме того, материал претерпевает изменения в результате воздействия различных полей как во время эксплуатации, так и во время изготовления (наклеп, остаточные напряжения и т. п.). Воздействие сред и полей обычно оказывает вредное влияние на несущую способность и долговечность материала, однако имеются методы защиты от этого влияния. Основные понятия в этой области, к сожалению, не изучаются в вузах и относятся к физико-химической механике материалов, которая еще мало освещена в литературе. Данная книга может частично восполнить этот пробел.
Основные понятия прочности и долговечности рассмотрены здесь под углом зрения возможных их изменений под влиянием действия на материал рабочих полей и сред. Эти данные еще нигде не собраны воедино, хотя их значение огромно. В монографии приведены краткие основные сведения по затрагиваемым вопросам, которые можно расширить по приведенным литературным источникам, поэтому ссылки иногда сделаны не на отдельные страницы и статьи, но и на целые монографии и сборники.
Автор выражает благодарность своим ученикам: докторам технических наук О. Н. Романиву, Г. Г. Максимовичу и Л. Н. Петрову, канд. техн. наук А. Б. Куслицкому, В. А. Сираку, а также А. С. Чучмареву, И. П. Пистуну, взявшим на себя труд написать отдельные разделы книги.
ВВЕДЕНИЕ
В эксплуатационных условиях под влиянием рабочей среды и действия поля меняются многие свойства материала. Прежде всего некоторые константы, характеризующие материал в нейтральной среде, изменяются и перестают быть константами. Далее, некоторые установившиеся представления о мероприятиях по повышению прочности и долговечности материала, базирующиеся на опытах, проведенных на воздухе в лабораторном помещении при нормальных температурах и давлениях, в эксплуатационных условиях изменяются. Действительно, вопреки сложившимся представлениям во многих средах прочность и долговечность высоко-отпущенных углеродистых сталей значительно выше, чем закаленных и низкоотпущенных, т. е. повышение прочности стали во многих средах дает отрицательные результаты. Наличие концентраторов напряжения и грубой обработки поверхности, столь опасных для высокопрочных сталей на воздухе, оказывается менее опасным при работе в агрессивных средах и т. п.
Силовое поле, вызывающее явление механической активации твердого тела при деформации, облегчает процессы взаимодействия этого тела со средой. При деформации часть механической работы идет на изменение формы и объема твердого тела и непосредственно связана с повышением его химического потенциала, причем работа упругой деформации увеличивает химический потенциал и разблагораживает электродный потенциал металла пропорционально напряжению. Особенно сильно механохимический эффект проявляется в процессе пластической деформации, когда он значительно увеличивает химический потенциал вследствие ослабления межатомных связей в местах скопления дислокаций, которые разрежаются на поверхности и полосах скольжения. В результате этого, в частности, резко усиливается растворимость металла.
Другие поля влияют не только на твердое тело, но главным образом на среду. Так, облучение делает смазочные масла коррозионно-активными. Чрезвычайно важно различать случаи предварительного и одновременного действия среды и поля; в последнем случае их влияние обычно сильнее.
Влияние среды и поля носит временной характер и является структурно-чувствительным фактором. Только адсорбционное влияние требует относительно малого времени, тогда как все другие виды влияния в значительной мере зависят от длительности процесса.
Воздействие сред может вызывать обратимое или необратимое изменение свойств материалов. Лучше всего это влияние изучено на конструкционных металлах. При обратимом влиянии удаление среды восстанавливает исходные механические свойства материала, при необратимом — не восстанавливает.
Влияние среды начинается со смачивания (адсорбции) поверхности активными компонентами среды — это влияние первично и универсально. Далее может развиваться химическое или электрохимическое взаимодействие материала и среды: среда может образовывать с металлами новые системы внедрения и замещения, материал может набухать и растворяться, может происходить его деструкция, эрозионное и кавитацион-ное поражение и т. п. Часто контролирующим фактором влияния среды является диффузия; большое значение имеет температура, давление и скорость среды.
По влиянию на механические свойства материалов среды можно классифицировать следующим образом [17]:
-
неактивные среды — спектрально чистые инертные газы (аргон, гелий и т. п.), поверхностно-активные вещества (ПАВ),, обычно химически неактивные или слабо активные (растворы ПАВ в углеводородах). Эти среды влияют на механические свойства через адсорбцию;
-
коррозионно-агрессивные среды, к которым относятся некоторые газы, вода, электролиты, расплавы солей и т. п. Они вызывают химическую или электрохимическую коррозию;
-
среды, абсорбирующиеся объемом материала и этим изменяющие его механические свойства (например, водород), растворяющие материал, образующие твердые растворы с материалом (к ним относятся некоторые жидкие металлы, углерод, азот и др.]). Возникновение твердых растворов может привести к увеличению прочности и долговечности;
-
среды, образующие с конструкционным металлом новые химические соединения (к ним относятся некоторые жидкие металлы и химические вещества);
среды, влияющие на конструкционный материал радиационно, механически (кавитационно и эрозионно).
Особое универсальное и первичное свойство сред — это, как уже говорилось, адсорбционное влияние. Далее необходимо выделить влияние водорода, так как оно часто входит в другие виды влияния, предопределяя его значение (например, сульфидная и щелочная хрупкость и т. п.).
| 
