MATERJALI VALIK JA KONSTRUEERIMINE

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "MATERJALI VALIK JA KONSTRUEERIMINE"

Ιππόλυτος Αλεβίζος
6 χρόνια πριν
Προβολές:

1 MATERJALI VALIK JA KONSTRUEERIMINE 1

2 Tabel: MATERJALIDE OMADUSED üüsikalised Mehaanilised Tehnoloogilised Keemilised Muud mittemeh. om.-d Majanduslikud Esteetilised Tihedus, sulamistemperatuur, kõvadus, elastsus Tugevus: voolavus- ja tugevuspiir, väsimus- ja roometugevus; plastsus, sitkus; kulumiskindlus Vormitavus: valamine, plastne vormimine, lõiketöötlemine; liitevõime: keevitatavus, liimitavus jt. Vastupanu oksüdatsioonile, korrosioonile, keskkonnamõjudele Elektrilised, magnetilised, optilised, soojuslikud Toorme ja töötlemise hind, kättesaadavus Väljanägemine, tekstuur, eriviimistlusvõimalused KONSTRUKTSIOONITUGEVUS Konstruktsioonitugevus tugevusomaduste kompleks, mis vastab enim detaili talitlusomadustele. TUGEVUS JÄIKUS TÖÖKINDLUS TÖÖIGA 2

3 MATERJALIDE TUGEVUSOMADUSED Tõmme-surve σ, N mm 2 max R m eh el R p0,2 Jäävpikenemine Kogupikenemine L, mm 0 ε 0,2 A A t ε, % Tugevusgrupid Staatilise tugevuse järgi (tugevusnäitajad R m, R eh, R el, R p0.2, R m /ρ) OHTLIKEKS PINGETEKS STAATILISTEL KOORMUSTEL ON: Plastsetele materjalidele voolavuspiir R p, R e (σ T ) Habrastele materjalidele tugevuspiir R m (σ B ) Lähtudes voolavuspiirist - madaltugevad (R p0.2 < 250 N/mm 2 ) - kesktugevad ( ) - kõrgtugevad ( ) - ülitugevad (>1500) 3

4 Tabel: MATERJALIDE ERITUGEVUS R m /ρ (R e /ρ) Materjaligrupp ρ kg/m 3 R m N/mm 2 R m /ρ kuni Metallid & sulamid Malmid C-terased Legeerterased Al-sulamid Cu-sulamid Ti-sulamid Mg-sulamid Plastikud PVC PE PC Klaasplast EP PC Keraamika Al 2 O 3 TiO 2 3Al 2 O 3 2SiO 2 SiC (α-modif.) Si 3 N Komposiidid Al-B (30%) Al-B (50%) Klaasplast EP EC SKM II 3-suunal (2000 C) 5 (3000 C) Puit Mänd Tamm 550 II 690 II

5 Pingekontsentratsioon σ m σ m σ max R t σ max = 2σ m t R Vääne L γ ϕ ρ R M M m M 0,3 ϕ pl 0,3 ϕ pl max ϕ M = 2R M 16M τ = = W 3 πd p 3 = (polaarvastupanumoment) πd W p 16 τ Väändel 0, 3 5

6 Väändepinged varda ristlõikes voolavus pinnakihis plastne tsoon τ ρ d τ max τ v τ v τ v elastne tsoon τ max = M I p M W p ρ τ = ( ρ = r) max 4 πd I p = (polaarinertsmoment) 32 Paine a b L M = L M σ p max = W 2 ab W = (vastupanumoment) 6 6

7 JÄIKUS Läbipaine 3 l δ = 3 E I I inertsmoment 3 võrdpindset ristlõiget (A = 31,4 cm 2 ) b 1 = a 1 b 2 = 3a 2 b 3 = 3a 3 I 1 = 82,16 cm 4 I 2 = 246,5 cm 4 I 3 = 4381 cm 4 7

8 Elastsusmoodul Jäikus D=Ex keha ristlõike geom. karakteristik Tõmme-surve ristlõige S Paine inertsmoment I Normaal- Nihke- Maht- σ τ ρ E=tgα G=tgα E=σ/ε G=τ/γ α ε α γ α K=tgα K=ρ/υ υ E G=3/8E K=E Elastsusmoodul Materjal E, N/mm 2 x 10 9 Teemant WC SiC Al2O3 TiC Mo & Mo-sulamid Co & Co-sulamid Ni & Ni-sulamid Terased Malmid Cu & Cu-sulamid Ti & Ti-sulamid Zn & Zn-sulamid Al & Al-sulamid Sn & Sn-sulamid Grafiit Pb & Pb-sulamid Plastikud Kumm PVC ,01-0,1 0,003-0,01 8

9 TÖÖKINDLUS Löögisitkus (KU, KV) KU KU 100 Kiulise pinna % 50 0 T T T T KHL T KHL T KHL T 50 a R b R NB! KCU ja KU vahekord (A=80 m 2 ) (A=50 mm 2 ) 9

10 C, tavalisandite ja legeerivate elementide mõju löögisitkusele T KHL C KU 0,01% C 0,1% C 0,2% C 0,4% C 20 0,6% C 0-20 o 0,01 0,03 0,05 %C T, C KHL KU P norm 0,03% P külmdef 0,03% P 0,12% P külmdef o 80 T KHL, C KU N toomas el teras N = 0 % teras N = 0,1 % N = 0,01 % o +20 T KHL, C T KHL S 0,1% C 0,02 0,04 0,2% C 0,3% C 0,06 %S 50 V Si Külmhapruslävi T 50,C Cr Mn Ni Legeerivate elementide % 10

11 Purustustöö Madaltugev Kõrgtugev Teraste purustustöö sõltuvus temperatuurist Temperatuur A, J U 15,4 14,0 12,6 11,2 9,8 8,.4 Martensiidi sitkuse sõltuvus austeniiditera suurusest 7,0 5,6 4,2 2, Tera nr. a Jäme- ja peenteras T, C T, C b A A cm A 3 A+T A T ,5 1,0 1,5 C% A 1 A C1 d A d P 1 2 d 11

12 Terasuuruse sõltuvus mikrolegeerelementidest µ 2 erriidi tera, m Vanaadium Titaan Nioobium 0 0,02 0,04 0,06 0,08 0,10 0,12 Legeerivate elementide % Üleminek σ HABRAS PLASTNE 1 2 peen jäme I II R p konts. R p sile T KHL T T KHL T, o C I - habras purunemine II - sitke purunemine teg σ t = m S min 12

13 Purunemissitkus (Kc) b K max = σ max πa a Seos K 1C ja voolavuspiiri vahel Tabel: Materjalide K 1C Materjal K 1C, N/mm 2 x m 1/2 WC TiC SiC Al 2 O 3 SiO 2 Terased - kesksüsinik - martensiitvan. (E) 6 (680) 4 (440) 3 (420) 3 (320) 0,7 (100)

14 TÖÖIGA Väsimus Praota detaili väsimus Praoga detaili väsimus Kõrgetsükliline σ σ v Madalatsükliline σ > σ v a b σ 1 Pingeepüür σ 2 σ 3 σ R N 1 N N 3 N Terased N = 10 7 Mitterauasulamid N = 10 8 a b σ σ max 2 σ m σ max + σ = min 2 σ σ eff 1 σ a σ max σ = min 2 σ min t σ σ = σ σ = 2σ ) max R = min σ R, 1 σ max min ( σ ( R = 1) a 14

15 Terase TT (kõvaduse) mõju väsimustugevusele Terase väsimustugevuse ja voolavuspiiri vaheline seos Väsimustugevuse mõjurid: pinnaomadused (pinnasiledus) pingeolukord (survepinged) K; TKT; Pl. def-n (ε ; σ -1 ) konstruktsiooni iseärasused (pingekontsentraatorid) 15

16 Väsimusmurdepilt Tõmme-surve Kahepoolne paine Pöörlev paine Suured nimipinged Väiksed nimipinged Tabel: Metallisulamite väsimuspiir Materjal σ v, N/mm 2 σ -1, N/mm 2 C-teras - külmtõmmatud - lõõmutatud Legeerteras Al-sulamid - deformeeritavad - valusulamid Ti-sulamid Cu-sulamid

17 Roomavus Madalatemperatuurne T/T S < 0,5 Kõrgetemperatuurne T/T S > 0,5 Roomekõver ε D ε = f ( σ, T, t) Deformatsioon sekundaarne roome C A B 0 primaarne roome kiire roome [] ε t Kestustugevus Roomepiir σ r ( σ Π T σ ε/t σ k ( σ Γ ) ) T σ t 750 σ σ 1,0 / Tõmbetugevuse sõltuvus koormamiskestvusest R( σ ) m B T<T<T<T T 1 T 2 σ 1 σ 2 σ 3 T 4 T Aeg purunemiseni t, s 17

18 e tõmbetugevuse sõltuvus temperatuurist R( m σb), MPa Aeglane koormamine Kiire koormamine T, C Kuumustugevuse mõjurid: Struktuur jäme tera peen tera (üleküll.) tardlahusstruktuur dispersne tugevnemine Legeerivad elemendid Ni, Co-sulamid W, Nb-ga legeerimine Termomehaaniline töötlus Tabel: Metallide roometemperatuur W Mo Cr Ti e Co Al Materjal T S, C T r, C Potentsiaalne töötemp. (2/3 T S ), C

19 Tabel: Voolavuspiir, MPa 100 C 200 C 300 C 400 C 500 C X20Cr X2CrNiM Tabel: Kestustugevus, MPa Teras R e, MPa R 1,0/1000, MPa 20 C 600 C 800 C 1000 C T lub, C X10CrSi X18CrN ,5 3, X10NiCrAlTi

20 MATERJALIGRUPID 20

21 METALLID, POLÜMEERID, KERAAMIKA, KLAAS, KOMPOSIIDID Tabel: Konstruktsioonimaterjalide põhilised füüsikalised ja mehaanilised omadused Omadus Metallid Keraamika Polümeerid Tihedus, ρ kg/m 3 x (kesk. 8) 2-17 (kesk. 5) 1-2 T S, C Mad. kõrg. Sn232, W3400 Kõrge 4000 Madal Kõvadus Keskm. Kõrge Madal Töödeldavus Hea Halb Hea Tõmbetugevus R m, MPa Survetugevus R m c, MPa Normaalelastsusmoodul, E GPa ,001 3,5 Kõrgt roomekindlus Halb Suurepär. - Soojuspaisumine Kesk. kõrge Mad. kesk. v. kõrge Soojajuhtivus Kesk. Kesk. (väheneb sageli t ) v. kõrge Elektr. omadused Juhid Isolaatorid Isolaatorid Keem. püsivus Mad. kesk. Suurepär. Põhil. hea 21

Σχετικά έγγραφα

Estimation of grain boundary segregation enthalpy and its role in stable nanocrystalline alloy design

Supplemental Material for Estimation of grain boundary segregation enthalpy and its role in stable nanocrystalline alloy design By H. A. Murdoch and C.A. Schuh Miedema model RKM model ΔH mix ΔH seg ΔH