Страницы статьи: 1 2 3 4 5 |
Если напряжения в отливке не превышают предела упругости, образуются упругие деформации. Если предел упругости превзойден, возникают остаточные деформации. Если напряжения достигают предела прочности материала; образуются трещины.
В зависимости от причин, которые вызывают напряжения, последние подразделяются так: 1) термические, 2) усадочные, 3) фазовые. Термические напряжения возникают вследствие неодинаковой скорости охлаждения отдельных частей отливки во время ее остывания и в связи с этим - неравномерной усадки (тепловое торможение усадки). Усадочные напряжения вызываются сопротивлением формы, стержня или элементов опоки. Это сопротивление препятствует свободной усадке отливки (механическое торможение усадки). Фазовые напряжения вызываются превращениями в металле, происходящими во время его остывания. Эти превращения могут совершаться в различное время в разных частях отливки.
На Рис. 1 схематически показаны примеры конструкций отливок со свободной и затрудненной усадкой.
Вначале анализируется величина термических напряжений в простых и плоских стержнях. Это позволяет решить ряд простых задач, касающихся термических напряжений в отливках.
Если взять простой стержень, концы которого закреплены (Рис. 2, а), то при увеличении температуры на АТ в стержне возникнет сжимающее напряжение
σ = ΔТ·а·Е,
где Е - модуль упругости,
а - коэффициент линейного расширения материала.
Аналогичное явление происходит, если взять плоскую плиту, все края которой закреплены. При равномерном ее нагревании на ΔТ возникнет сжимающее напряжение
σ = ΔТ·а·Е (1 - μ), (2)
где μ - коэффициент Пуассона.
Если простой стержень прямоугольного сечения будет нагреваться таким образом, что температура одного его слоя будет выше температуры другого на АТ (причем температура между двумя поверхностями изменяется линейно), то стержень искривится по дуге с радиусом кривизны
r = h/аΔТ (3)
Рис. 2. Схематическое изображение стержней, подвергнутых неравномерному нагреву (а, б).
(1)
где h - высота стержня.
Если концы этого стержня заделаны, то на более горячей стороне возникнут сжимающие напряжения, а на более холодной - растягивающие
Плоская плита с незаделанными концами, нагретая с одной стороны, прогнется аналогичным образом по поверхности шара с радиусом кривизны
где g - толщина плиты.
. Если концы плиты будут закреплены, то по обеим сторонам (горячей и холодной) возникнут напряжения
Возможно представить два простых стержня 1 и 2 сечением F1 и F2 (Рис. 2, б), изготовленных из одного материала и прочно соединенных между собой (образующих одну отливку) так, что при любой температуре они должны иметь равную длину. Одновременно можно допустить, что при остывании эти стержни не будут коробиться. Вначале, при охлаждении до температуры перехода из пластического состояния в упругое в стержнях напряжений не возникает. В этот момент разница температур стержня 2 (более толстого, медленнее остывающего и, следовательно, горячего) и стержня 1 составляет АТ. После охлаждения стержней до окружающей температуры в них возникнут напряжения:
в медленно остывающем стержне 2 - растягивающие
в быстро остывающем стержне 1 - сжимающие
Чтобы определить действительные напряжения, возникшие в толстой и тонкой частях отливки, следует принять во внимание ряд явлений, не учтенных формулами: 1) постепенный переход тепла из толстой части отливки в тонкую, 2) частичное появление остаточной деформации, 3) неравномерное остывание отдельных частей отливки, 4) значение температуры, при которой материал переходит от пластической к упругой деформации, и др.
Влияние этих явлений учтено в формулах (9), (10) и (11), определяющих напряжения σ1 и σ2 в чугунных и стальных отливках [9,35]:
где
σ1 и σ2 - напряжения в толстой и в тонкой частях отливки (в более толстом и в более тонком стержне);
Страницы статьи: 1 2 3 4 5 |
Опубликовано: 2014.09.02 Обновлено: 2014.10.05 | 
