Конструкционные материалы и критерии их выбора.

При выборе конструкционных материалов для изготовления машин и аппаратов химического производства следует обращать внимание на следующие факторы, которые разделяются на следующие группы:

1. факторы, которые зависят от внешних рабочих условий (температура, среда, давление);

2. факторы, которые связаны со свойствами самого материала.

I. механические характеристики материалов:

· σ_в – временное сопротивление разрушению;

· σ_т – предел текучести материала;

· ε – относительное удлинение после разрушения;

· ψ – относительное сужение материала после разрушения.

σ_в, σ_т – характеристики прочности материала,

ε, ψ – характеристики пластичности материала.

Пластичный материал.                               Хрупкий материал.

Для всех пластичных материалов допускаемое напряжение рассчитывается по пределу текучести               ,

для хрупких материалов – по пределу прочности     . 

С повышением температуры значения характеристик прочности снижаются и поэтому в качестве критерия, определяющего допускаемые напряжения, следует использовать иные характеристики.

Порогом для выбора напряжений служит:

а) для углеродистой стали t = 380 ⁰С;

б) для легированной стали – t = 420 ⁰С;

в) для высоколегированной стали – t = 525 ⁰С.

При превышении указанного порога допускаемые напряжения выбираются:

1. По пределу ползучести.

Ползучесть –способность стали медленно непрерывно (пластически) деформироваться при высоких температурах под действием постоянной нагрузки.

Экспериментально вычисляется скорость ползучести ,

где Δl – абсолютная деформация образца;

l – расчетная длина образца;

τ – время за которое произошла деформация.

Условным пределом ползучестиназывают общую деформацию ползучести, приравнивая ее 1% от расчетной длины за определенное время.

За время обычно берут 10⁴ или 10⁵ часов.

Пределом ползучестиназывают относительную скорость ползучести ( ). В справочниках обозначается:

 2. По пределу длительной прочности.

В том случае, если деформация образца не существенна, а конструкция работает при повышенных температурах под напряжением, в качестве критерия для выбора допускаемого напряжения берется предел длительной прочности – напряжение, соответствующее максимальной нагрузке, которую при испытаниях выдерживает образец не разрушаясь (условия испытания: повышенные напряжение и температура).

3. Релаксация.

Под релаксацией понимается самопроизвольное снижение напряжений при высокой температуре. Отличие релаксации от ползучести заключается в том, что при релаксации общая деформация детали постоянна, а напряжение в ней непрерывно падает, в то время как при ползучести – напряжение постоянно при непрерывно падающей деформации.

Закон релаксации.

Скорость релаксации представляет собой уменьшение напряжения в детали.                  ,

где ,  – напряжение на начало, конец работы;

II.Физические характеристики:

· Ударная вязкость а_n;

· Коэффициент температурного расширения α.

III.Характеристики, обеспечивающие упругость материалов:

· Модуль нормальной упругости (модуль Юнга) Е;

· Коэффициент Пуассона μ;

· Модуль касательной упругости G.