Главная страница Случайная страница
КАТЕГОРИИ:
АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника
Справочные данные ПО характеристикам материалов
|
|
Табл. 14.1. Прочность материалов
| Материал | Прочность [МПа] |
| Полимерные пены | < 10 |
| Древесины, перпендикулярные структуре | 2...12 |
| Эластомеры | 2...12 |
| Древесины, параллельные структуре | 6...100 |
| Технические полимеры | 60...100 |
| Бетон | 20... 60 |
| Свинцовые сплавы | 20...60 |
| Магниевые сплавы | 80...300 |
| Цинковые сплавы | 160...400 |
| Алюминиевые сплавы | 100...600 |
| Медные сплавы | 80...1000 |
| Углеродистые и низколегированные стали | 250... 1300 |
| Никелевые сплавы | 250...1500 |
| Высоколегированные стали | 500...1800 |
| Технические композиты | 100...1800 |
| Технические керамики | 1000... 10000 и более |
Табл. 14.2. Характерная прочность материалов при 20°С
| Материал | Плотность [Мг/м3] | Прочность, отнесенная к плотности [МПа/(Мг м3)] |
| Алюминиевые сплавы | 2.6...2.9 | 40...220 |
| Медные сплавы | 7.5...9.0 | 8...110 |
| Свинцовые сплавы | 8.9...11.3 | 1...3 |
| Магниевые сплавы | 1.9 | 40...160 |
| Никелевые сплавы | 7.8...9.2 | 30...170 |
| Титановые сплавы | 4.3...5.1 | 40...260 |
| Цинковые сплавы | 5.2...7.2 | 30...60 |
| Углеродистые и низколегированные стали | 7.8 | 30...170 |
| Высоколегированные стали | 7.8...8.1 | 60...220 |
| Технические керамики | 2.2...3.9 | > 300 |
| Стекла | 2...3 | 200...800 |
| Термопластики | 0.9... 1.6 | 15...70 |
| Полимерные пены | 0.04...0.7 | 0.4...12 |
| Технические композиты | 1.4...2 | 70...900 |
| Бетон | 2.4...2.5 | 8...30 |
| Древесина | 0.4... 1.8 | 5...60 |
Примечание: применяемая единица для плотности [Мг/м3] равна 1000 кг/м3
Табл. 14.3. Выбор стали
| Предел прочности на растяжение [МПа] | Состав стали (затвердевшая и отпущенная) | Предельное критическое сечение |мч| |
| Среднеуглеродистая | ||
| 620...770 | Марганцево-углеродистая | |
| 1%Ni | ||
| 1.5% Мn | ||
| 700...850 | 1% Сг—Мо | |
| 1.5%Мп—Мо | ||
| 770…930 | 1% Сг—Мо | |
| 1.5% Ni—Сг—Мо | ||
| 1%Сг | ||
| 850... 1000 | 1% Сг—Мо | |
| l.5%Ni—Сг—Мо | ||
| 1.5%Сг-Мо | ||
| 930...1080 | 1.5% Ni—Сг—Мо | |
| 2.5% Ni—Сг—Мо | ||
| 1000…1150 | l%Ni—Сг—Мо | |
| 2.5% Ni—Сг—Мо | ||
| 1080…1240 | 2.5% Ni—Сг—Мо | |
| 2.5% Ni—Сг—Мо | ||
| 1150...1300 | 2.5% Ni-Cr-Mo | |
| 1240... 1400 | 2.5% Ni—Cr—Mo | |
| > 1540 | 4% Ni—Сг—Мо |
Модуль упругости при растяжении металла незначительно изменяется при изменении его состава или тепловой обработки. Однако модуль упругости при растяжении композитных материалов очень сильно изменяется при изменении ориентации волокон и относительного их количества. В таблице 14.4 приведены типичные значения модулей упругости при растяжении для материалов при 20°С.
Табл. 14.4. Модули упругости при растяжении различных материалов
| Материал | Модуль упругости при растяжении [ГПа] |
| Полимерные пены | < 0.2 |
| Эластомеры | < 0.2 |
| Древесины, параллельные структуре | 0.2...10 |
| Технические полимеры | 0.2...10 |
| Древесины, перпендикулярные структуре | 2...20 |
| Свинцовые сплавы | 10...11 |
| Бетон | 20...50 |
| Магниевые сплавы | 40...45 |
| Стекла | 50...80 |
| Алюминиевые сплавы | 70... 80 |
| Цинковые сплавы | 43...96 |
| Титановые сплавы | 110...125 |
| Медные сплавы | 100...160 |
| Стали | 200...210 |
| Технические керамики | 80... 1000 |
Табл. 14.5. Вязкость разрушения для плоской деформации растяжением при 20°С
| Материал | Вязкость разрушения для плоской деформации растяжением [МПа/м2] |
| Полимерные пены | < 1.0 |
| Древесины, перпендикулярные структуре | 0.07...0.9 |
| Бетон | 0.1...3 |
| Стекла | 0.3...0.6 |
| Технические полимеры | 0.5...10 |
| Древесины, параллельные структуре | 1... 10 |
| Технические керамики | 2...10 |
| Литейные чугуны | 7...11 |
| Магниевые сплавы | 10...11 |
| Алюминиевые сплавы | 10...60 |
| Технические композиты | 10...100 |
| Стали | 20...150 |
| Медные сплавы | 50...110 |
| Титановые сплавы | 60...110 |
| Никелевые сплавы | 60...110 |
В Табл. 14.6 указаны для ряда материалов типичные темпера турные диапазоны, в пределах которых они могут применяться.
Табл. 14.6. Температурные диапазоны применения материалов
| Предельная температура | Материал и температурные условия применения |
| От комнатной до 150 | Немногие термопласты рекомендуются для длительного применения при температурах выше 100°С. Нейлон со стеклянными волокнами может, однако, использоваться до 150°С. Техническим металлом, применение которого ограничено этим диапазоном, является только свинец |
| 150...400 | Магниевые и алюминиевые сплавы могут, в основном, применяться до 200°С, некоторые жесткие особые сплавы — до более высоких температур. Например, алюминиевый сплав LM13(AA336.0) используется для пистонов в машинах и в экспериментах от 200 до 25О°С, в то время как некоторые литейные алюминиевые бронзы употребляются до 400°С, ковкие алюминиевые бронзы — примерно до 300°С. Не содержащие добавок углеродистые и марганцево-углеродистые стали широко применяются в этом же диапазоне температур |
| 400...600 | Не содержащие добавок углеродистые и марганцево-углеродистые стали не могут применяться при температурах выше 4ОО...45О°С. При таких температурах используются низколегированные стали. Для температур выше 500°С может употребляться сталь с содержанием углерод—0.5% Мо, выше 525°С—сталь 1 % Сг—0.5% Мо, выше 550°С — сталь 0.5% Сг—Мо—V и выше 600°С — сталь 5... 12% Сг. Титановые сплавы также широко применяются в этом температурном диапазоне, а—рЧшгав 6% А1—4% V (1MB 18) применяется выше 450°С. Ближний а-сплав — до высоких температур, например сплав IMI829 при температуре до 600°С |
Табл. 14.6 (окончание)
| Предельная температура | Материал и температурные условия применения |
| 600…1000 | Широко применяются в этом температурном интервале металлы, аустенитные нержавеющие стали, сплавы Ni—Сг и Ni—Cr—Fe и сплавы на основе кобальта. Аустенитные нержавеющие стали с 18% Сг—8% Ni могут применяться примерно до 750°С. Ряд высокотемпературных сплавов, базирующихся на основе никель—хром, способны сохранять свою прочность, сопротивление ползучести и окислению при высоких температурах, например от 900до 1000°С. Другие серии высокотемпературных сплавов — Ni—Сг—Fe, такие как Инконель и Инколой серий. которые могут применятся при температурах свыше 1000°С, тугоплавкие металлы: молибден, ниобий, тантал и вольфрам, а также керамики. Тугоплавкие металлы и их сплавы могут применяться при температурах свыше I500 Со. Защита поверхности — одна из главных проблем использования этих сплавов при высоких температурах. У керамик возникают проблемы с твердостью, хрупкостью и уязвимостью к термическому удару. Глинозем применяется в печах примерно до 1600°С, нитрид кремния - до 1200°С и карбид кремния - до 1500 |
14.6. КРИТЕРИЙ ОТБОРА МАТЕРИАЛА
Отношения прочность к плотности и модуль упругости к плотности применяются в качестве основных характеристик для материалов при оптимизации этих отношений, чтобы получить наилучшие свойства материалов при наименьшей массе. В таблице 14.7 приведены оптимальные критерии для максимизации отношений прочность к массе и жесткость к массе для ряда нагрузок, при этом принято во внимание, что разрушение обусловлено и чрезмерным изгибом.
Табл. 14.7. Индикация эксплуатационных качеств
| Компонент | Максимум жесткости | Максимум прочности |
| Соединительная тяга, т.е. прочная связь | E /ρ | σ у/ρ |
| Балка | E 0, 5/ρ | σ у2/3/ρ |
| Колонна, т.е. сжимающая связь | E 0, 5/ρ | σ у/ρ |
| Плита, внешняя нагрузка или изгибание под собственным весом | E 1/3/ρ | σ у/ρ |
| Цилиндр с внутренним давлением | E /ρ | σ у/ρ |
| Сферическая оболочка с внутренним давлением | E [(l-v)ρ ] | σ у/ρ |
Примечание:
Е — модуль упругости, ρ — плотность, σ у — предел текучести (иногда применяется предел прочности на растяжение), v — коэффициент Пуассона.