Методическая разработка по материаловедению на тему:«Металл устал»
методическая разработка на тему

ОГАПОУ «Белгородский машиностроительный техникум»

Методическая разработка по материаловедению на тему:«Металл устал»

«Что замок, что харчевня – все тщета,

                                                                                     И все растопчет времени пята,

                                                                             Под этой ногой не устоит

                                                                                            Ни зданье, ни железо, ни гранит».

                                                                                    (Ш. Петефи)

        Выполнила: преподаватель Шахбанова В.И.

Белгород, 2017г

     Человек устает, и это нас не удивляет.

     Силы металла тоже ограничены. Но если человек может устать при выполнении любой работы, то усталость металла – это его реакция на вполне определенный вид нагружения – многократно повторяющееся приложение нагрузки одного и того же или противоположных знаков. Как же проявляется усталость в неживом материале? (В металлоконструкциях мостовых и козловых кранов; в базовых деталях металлорежущих станков).  В начале материал пластически деформируется, а затем разрушается.

     Окружающие нас металлы испытывают постоянные воздействия пульсирующих нагрузок. (Корпус цеха с металлообрабатывающими станками все время находятся в состоянии вибрации; мост крана; станина станка и т.д.). рельсы, многократно прогибающиеся под тяжестью кранов; оси присущие мощные колеса под действием рабочей нагрузки и несбалансированной силы изгибаются в разных направлениях и ломаются. Итак, усталость почти следует Шекспиру: «Повторность изменяет лик вещей» и порой проявляется драматически (перелом моста; сход крана с подкрановых путей).

     Каковы же внешние особенности явления усталости с позиции механики?

     Прежде всего усталостное разрушение протекает с участием пластической деформации но масштабы ее очень не велики в сравнении с одноразовым разрушением. Особенно опасная черта усталостного разрушения – это способность начинаться и протекать при напряжениях, намного меньших, чем предел прочности или текучести. Циклическое погружение «с успехом» разрушает материал. В случаях, когда напряжение эти значительны, усталостное разрушение наступает раньше. Но если напряжение очень малы, это тоже «не пугает» усталость. Просто для гибели нужно большее число циклов. Металл способен выдерживать определенное число циклов.

     Таким образом. Процесс усталости развивается за счет того, что невысокие напряжения как бы «компенсируются» многоразовым приложением нагрузки. Это и ведет к утомлению металла. Это явление общее и подчиняет себе любую, даже сверхпрочную сталь. Результатом усталостного разрушения является трещина.

     Каковы же способы выявления трещин?

     А.И. Куприн рассказывает древнюю историю о том, как царица Савская, желая испытать мудрость царя Соломона, задала ему загадку: «прислан Соломону алмаз величиной с лесной орех. В камне была тонкая весьма извилистая трещина, которая узким сложным кодом пробуравила всего тело. Нужно было продеть сквозь этот алмаз шелковинку. И мудрый царь впустил в отверстие шелковичного червя, который пройдя наружу, оставляя за собой следом тончайшую шелковую паутинку». По нынешним меркам решение такой задачи посильно рядовому человеку. Трещина, которую «исследовал» царь Соломон, была относительно широкой по сечению – порядка миллиметра. Во-вторых, трещина была видна невооруженным глазом. В-третьих трещина образовалась в прозрачном алмазе. Но реальные задачи, стоящие перед специалистами сегодня куда сложнее.

     Сплошь и рядом трещины микроскопичны. Размеры таких трещин исчисляются тысячными, а порой, миллионными долями сантиметра.

     Между тем реальный металл – это мир, пронизанный фантастическим количеством микротрещин. Трещины на нем образуют сложнейшие рисунки: чем-то напоминающие стары потрескавшийся потолок. Такие трещины до поры до времени не страшны, но держать их под контролем надо.

     Существуют следующие способы контроля или определения трещин:

1. при помощи рассеивание света и микроскопические трещины внутри прозрачного кристалла;
2. на заводах очень широко пользуются магнитным способом. Возьмем литр керосина, насыплем в него мельчайший порошок железа, размешаем и выльем эту смесь на деталь. Крупинки железа, способные легко перемещаться в жидкости, осядут на деталь, сконцентрировавшись у трещин (у полюсов), и трещина будет «разоблачена»;
3. ультразвуком – этот метод основан на неспособности ультразвука проходить через воздух и вакуум. Он любит лишь «твердую почву» и способы распространяться лишь по металлу. Ультразвук «отшатывается» от трещин и бежит назад. Угол падении равен углу отражения, т.е. мы всегда можем установить угол, под которым расположена трещина;
4. рентгеновский способ – это рентгеновские лучи реагируют в первую очередь на плотность вещества, поэтому если в металле есть опора, она не поглощает лучи и изображение ее на экране будет светлее;
5. метод керосиновых проб.(особенно в сварных швах).

     Установленное разрушение наносит огромный вред и зачастую является причиной аварий на производстве.

     Если взять краны, то мост крана (мостового) и ригель (козлового крана) должны не реже 1 раз в 3 года подвергаться статистическому испытанию.

Для этого:

1. мост ставят на против балок, чтобы «убрать» прогиб подкрановых путей;
2. грузовую тележку ставят по среди моста (где наибольший прогиб);
3. кран перегружают на 10% от г/п;
4. груз поднимают на 100мм и выдерживают 10 мин.;
5. после груз снимается, и после замеров устанавливается величина остаточной деформации;
6. кран должен работать только в упругих деформациях.

10мин                                        на         100 – 200 мм

У козловых кранов (двухконсольных) отдельно испытываются еще и обе консоли.

10%                                                   на 10%                                     10%

      Данные испытаний заполняются в паспорте крана и указываются результаты испытаний.

     Применительно к крану можно привести пример: все грузовые крали на литейных кранах χ каждый год подвергаются НМК. Целью является определение микротрещин. Поэтому, трещина коварна и разрушительна о ней надо стремиться узнать все: время и место ее рождения, ее «родителей», условия роста и характер. Для этого пружены методы и инструменты.

Сущность явления износа.

     Изнашивание – это необратимый процесс изменения размеров деталей во время эксплуатации машин. При этом, как правило, изменяется форма, размеры и состояние рабочих поверхностей деталей. При  определенной величине таких изменений наступает резкое ухудшение эксплуатационных качеств отдельных деталей, механизмов и агрегата в целом, что вызывает необходимость ремонта.

     Постепенные (износные) и внезапные (аварийные) отказы.

    Постепенные отказы возникают при правильной эксплуатации в результате длительной работы машин без заметного снижения качества работы ее.

     Аварийный отказ – это следствие износа деталей машины, быстро нарастающего (прогрессирующего) и в течение которого времени достигающего размеров, при которых дальнейшая работа машины становиться невозможной.

     Причиной аварийных износов могут быть плохой уход, в частности несоблюдение режима смазки; значительная перегрузка машины при эксплуатации; несвоевременный ремонт.

     Механический износ является результатом действия сил трения при скольжении одной детали по другой. При этом виде износа происходит истирание (срезание) поверхностного слоя металла у совместно работающих деталей, которые поэтому теряют свои геометрические размеры.

     Механический износ возникает при работе таких распространенных сопряжений деталей, как вал-подшипник, станина-стол, поршень- цилиндр и др. он появляется и при трении качения поверхностей, так как этому виду трения неизбежно сопутствует и трение скольжения, однако в побочных случаях износ бывает очень не большой.

     Наиболее разрушительное действие на детали оказывает абразивный износ, который наблюдается в тех случаях, когда трущиеся поверхности загрязняются мелкими абразивными и металлическими частицами. Такие частицы длительное время сохраняют свои режущиеся свойства, образуют царапины, задиры и, смешиваясь с грязью, выполняют роль абразивной пасты, посредствам которой происходит интенсивное притирание и изнашивание сопрягаемых поверхностей.

     Молекулярно-механический износ заключается в прилипании (схватывании) одной поверхности к другой. Это явление наблюдается при недостаточной смазке, при значительном давлении, когда две поверхности сближаются на столько плотно, что начинают действовать молекулярные силы, приводящие к схватыванию поверхностей при трении.

     Коррозия обычно появляется у деталей машин и установок, испытывающих непосредственное действие воды, воздуха, химических веществ, температуры.

     Обычно коррозионный износ сопровождается и механическим в силу сопряжения одной детали с другой. В этом случае происходит так называемое коррозионно-механическое изнашивание, т.е. комплексный износ.

Признаки износа.

     Об износе деталей машины или станка можно судить по характеру их работы. В машинах, имеющих коленчатые валы с шатунами (двигатели внутреннего сгорания, паровые двигатели, компрессоры, эксцентриковые прессы, насосы и др.) появление износа определяют по глухому стуку в местах сопряжений деталей.

     Шум в зубчатых передачах – признак износа профиля зубьев. Глухие и резкие толчки ощущаются каждый раз, когда меняется направление вращения или прямолинейного движения, в случаях износа деталей шпоночных и шлицевых соединений.

     Износ в сборочных единицах станка можно установить не только на слух, но и по виду поверхностей, обработанных на этом станке.

Признаками износа являются:

1. следы дробления на обтачиваемом валике;
2. увеличение мертвого хода рукояток;
3. появление царапин, бороздок, забоин;
4. свист или резкий (звенящий) шум;
5. глухие удары;
6. тугое привертывание вала;
7. дребезжащий стук в цилиндре компрессора;
8. недостаточное давление в пневмосистеме.