Надежность, обслуживание и ремонт технологического оборудования. Реферат. Реферат по дисциплине Надежность, обслуживание и ремонт технологического оборудования Тема реферата Испытание изделий. Общие положения. Требования к надежности изделий, к методам испытаний
 Скачать 156.29 Kb.
|
|
Министерство науки и высшего образования Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования «Омский государственный технический университет» Кафедра «Холодильная и компрессорная техника и технология» Реферат по дисциплине «Надежность, обслуживание и ремонт технологического оборудования» Тема реферата: «Испытание изделий. Общие положения. Требования к надежности изделий, к методам испытаний» Проверил: к.т.н., доцент кафедры ХКТТ Р.Ю. Гошля «____» ___________ 20___ г. Разработал студент: гр. ЗХТм-211 Р.С. Лямин «____» ___________ 20___ г. Омск 2022 2 Содержание Введение ............................................................................................................................................................ 3 1. Испытание изделий. Общие положения ................................................................................................ 4 2. Свойства при статических испытаниях .................................................................................................. 7 3. Свойства при динамических испытаниях ............................................................................................ 11 Заключение ..................................................................................................................................................... 14 3 Введение В последние годы представители разных отраслей производства и тоговли ощутили тенденцию по ужесточению государственного регулирования и контроля в области сертификации. А так как сертификация, в большинстве случаев, начинается с испытаний, особо актуальным становится вопрос оборудования и его качества. И это не только требование закона, но и условие безопасности миллионов потребителей. В настоящее время одним из принципов усовершенствования изделий, которые выпускает промышленность, является регулированиие их функциональных и качественных показателей в процессе их изготовления. Документация на оборудование на данный момент является неотъемлемой частью разработки и внедрения в эксплуатацию любой техники. Без документов невозможно представить ни постановку задачи, ни процесс проектирования, испытаний оборудования. В данной работе рассмотрены основные виды статических и динамических испытаний металлов, имеющих практическое значение для изучения их механических свойств, которые определят их поведение при эксплуатации и обработке. Для оценки механических свойств в связи с многообразием их эксплуатации и обработки проводят испытания, в той или иной мере имитирующие реальные условия. Результаты испытаний используются для решения основной задачи – повышение качества металлических материалов, в частности улучшение их механических свойств. 4 1. Испытание изделий. Общие положения При проектировании строительных конструкций, машин и механизмов инженеру необходимо знать значения величин, характеризующих прочностные и деформативные свойства материалов. Их можно получить путем механических испытаний, проводимых в экспериментальных лабораториях на соответствующих испытательных машинах. Таких испытаний проводится много и самых различных, например испытания на твердость, сопротивляемость ударным и переменным нагрузкам, противодействие высоким температурам и т.д. Главный результат любых испытаний — это информация о состоянии объекта испытаний — продукции (материала, прибора, машины и т. д.). Поэтому качество испытаний, а значит, и качество испытателей — это качество информации, содержащейся в их результатах, а оценка качества испытаний — оценка качества этой информации. Под действием сил или системы сил металлический образец реагирует на это, изменяя свою форму (деформируется). Различные характеристики, которыми определяются поведение и конечное состояние металлического образца в зависимости от вида и интенсивности сил, называются механическими свойствами металла. Интенсивность силы, действующей на образец, называется напряжением и измеряется как полная сила, отнесенная к площади, на которую она действует. Под деформацией понимается относительное изменение размеров образца, вызванное приложенными напряжениями. Деформация называется упругой, если после снятия нагрузки тело восстанавливает свою первоначальную форму. Некоторые металлические конструкции намеренно проектируют так, чтобы они упруго деформировались. Так, от пружин обычно требуется довольно 5 большая упругая деформация. В других случаях упругую деформацию сводят к минимуму. Мосты, балки, механизмы, приборы делают по возможности более жесткими. Упругая деформация металлического образца пропорциональна силе или сумме сил, действующих на него. Это выражается законом Гука, согласно которому напряжение равно упругой деформации, умноженной на постоянный коэффициент пропорциональности, называемый модулем упругости: = E, где – напряжение, – упругая деформация, а E – модуль упругости (модуль Юнга). Модули упругости ряда металлов представлены в таблице 1. Таблица 1 Модули упругости ряда металлов Металл Вольфрам Железо Медь Алюминий Магний Свинец Модуль Юнга, 105 МПа 3,5 2,0 1,1 0,70 0,45 0,18 Когда к металлическому образцу прикладываются напряжения, превышающие его предел упругости, они вызывают пластическую (необратимую) деформацию, приводящую к необратимому изменению его формы. Более высокие напряжения могут вызвать разрушение материала. Важнейшим критерием при выборе металлического материала, от которого требуется высокая упругость, является предел текучести. У самых лучших пружинных сталей практически такой же модуль упругости, как и у самых дешевых строительных, но пружинные стали способны выдерживать гораздо большие напряжения, а следовательно, и гораздо большие упругие деформации без пластической деформации, поскольку у них выше предел текучести. Пластические свойства металлического материала (в отличие от упругих свойств) можно изменять путем сплавления и термообработки. Так, предел 6 текучести железа подобными методами можно повысить в 50 раз. Чистое железо переходит в состояние текучести уже при напряжениях порядка 40 МПа, тогда как предел текучести сталей, содержащих 0,5% углерода и несколько процентов хрома и никеля, после нагревания до 950° С и закалки может достигать 2000 МПа. Когда металлический материал нагружен с превышением предела текучести, он продолжает деформироваться пластически, но в процессе деформирования становится более твердым, так что для дальнейшего увеличения деформации требуется все больше повышать напряжение. Такое явление называется деформационным или механическим упрочнением (а также наклепом). Его можно продемонстрировать, скручивая или многократно перегибая металлическую проволоку. Деформационное упрочнение металлических изделий часто осуществляется на заводах. Листовую латунь, медную проволоку, алюминиевые стержни можно холодной прокаткой или холодным волочением довести до уровня твердости, который требуется от окончательной продукции. 7 2. Свойства при статических испытаниях Во многих случаях металлические материалы в конструкциях работают под статическими нагрузками. Поэтому для оценки механических свойств широко используются статические испытания, которые проводятся с применением разных схем напряженного состояния в образце. К основным разновидностям статических испытаний относятся испытания на растяжение, сжатие и изгиб. Растяжение Проводя испытания на растяжение исследуют соотношение между напряжением и деформацией для материалов. При растяжении поперечное сечение образца уменьшается (а длина увеличивается), напряжение обычно вычисляют, относя силу к исходной площади поперечного сечения, а не к уменьшенной, которая давала бы истинное напряжение. При малых деформациях это не имеет особого значения, но при больших может приводить к заметной разнице. Испытание на одноосное растяжение – наиболее распространенный вид испытаний для оценки механических свойств металлов и сплавов – сравнительно легко подвергаются анализу, позволяют по результатам одного опыта определять сразу несколько важных механических характеристик материалов, являющихся критерием его качества и необходимых для конструкторских расчетов. Методы испытаний на растяжение стандартизованы. Имеются отдельные стандарты на испытания при комнатной температуре (ГОСТ 1497), при повышенных до 1473 К (ГОСТ 9651) и пониженных от 273 до 173 К (ГОСТ 11150) температурах. 8 Сжатие Упругие и пластические свойства при сжатии обычно весьма сходны с тем, что наблюдается при растяжении. Схема одноосного сжатия характеризуется большим коэффициентом мягкости (а = 2) по сравнению с растяжением (а = 0,5), поэтому испытаниям на сжатие целесообразно подвергать относительно хрупкие материалы. На практике по этим испытаниям оценивают свойства чугуна и других хрупких сплавов. Неоднородность напряженного состояния образца в практике не учитывают, рассчитывая прочностные характеристики при сжатии по тем же формулам, что и при растяжении. Это придает дополнительную условность определяемым свойствам. Поэтому стараются уменьшить силы трения на опорных поверхностях образца, что достигают обычно одним из следующих способов или их сочетанием: • введением различных смазок (вазелин, солидол) и прокладок (тефлон, пропитанная парафином фильтровальная бумага) между торцовыми поверхностями образца и опорными плитами; • использованием подкладок и образцов с конической поверхностью на торцах. Углы конусности £ подбирают так, чтобы tg £ был равен коэффициенту трения; • помимо конусности, в образце делают центральное отверстие, устраняющее концентрацию напряжений у острия конуса. Но полностью устранить контактные силы трения и обеспечить в течение всего испытания линейное напряженное состояние в образце не удается. Это принципиальный недостаток испытаний на сжатие. Значения прочностных характеристик при сжатии, особенно предела прочности, обычно значительно выше, чем при растяжении. Например, по 9 данным Е. М. Савицкого, предел прочности (МПа) редкоземельных металлов при сжатии в 2—3 раза выше, чем при растяжении. Испытания на изгиб Применение испытаний на изгиб обусловлено широкой распространенностью этой схемы нагружения в реальных условиях эксплуатации и большей ее мягкостью по сравнению с растяжением, что дает возможность оценивать свойства материалов, хрупко разрушающихся при растя- жении. Испытания на изгиб удобны для оценки температур перехода из хрупкого состояния в пластичное. При испытаниях на изгиб применяют две схемы нагружения образца, лежащего на неподвижных опорах: • нагрузка прикладывается сосредоточенной силой на середине расстояния между опорами; • нагрузка прикладывается в двух точках на одинаковом расстоянии от опор. Экспериментально первую схему реализовать гораздо проще, поэтому она и нашла наибольшее распространение. Следует учитывать, что вторая схема «чистого изгиба» во многих случаях обеспечивает более надежные результаты, поскольку здесь максимальный изгибающий момент возникает на определенном участке длины образца, а не в одном сечении, как при использовании первой схемы. В изгибаемом образце создается неоднородное напряженное состояние, зависящее от геометрии образца и способа нагружения. При чистом изгибе узких образцов с прямоугольным сечением напряженное состояние в каждой точке можно считать линейным. В широких образцах (с отношением ширины к высоте сечения более трех) при обеих схемах изгиба создается двухосное напряженное состояние из-за затруднения поперечной деформации. Нижняя часть образца оказывается растянутой, верхняя — сжатой. К тому же напряжения, связанные с 10 величиной изгибающего момента, различны по длине и сечению образца. Максимальные напряжения возникают вблизи поверхности. Все это затрудняет оценку средних истинных напряжений и деформаций, строго характеризующих механические свойства при изгибе. 11 3. Свойства при динамических испытаниях При эксплуатации различные детали и конструкции часто подвергаются ударным нагрузкам. В качестве примера можно привести переезд автомобиля через выбоину на дороге, взлет и посадку самолетов, высокоскоростную обра- ботку металла давлением (при ковке и штамповке) и др. Для оценки способности металлических материалов переносить ударные нагрузки используют динамические испытания, которые широко применяются также для выявления склонности металлов к хрупкому разрушению. Стандартизованы и наиболее распространены ударные испытания на изгиб образцов с надрезом. Помимо них используются методы динамического растяжения, сжатия и кручения. Скорости деформирования и деформации при динамических испытаниях на несколько порядков больше, чем при статических. Ударная вязкость Вязкость противоположна хрупкости. Это способность материала сопротивляться разрушению, поглощая энергию удара. Например, стекло хрупкое, потому что оно не способно поглощать энергию за счет пластической деформации. При столь же резком ударе по листу мягкого алюминия не возникают большие напряжения, так как алюминий способен к пластической деформации, поглощающей энергию удара. Существует много разных методов испытания металлов на ударную вязкость. При использовании метода Шарпи призматический образец металла с надрезом подставляют под удар отведенного маятника. Работу, затраченную на разрушение образца, определяют по расстоянию, на которое маятник отклоняется после удара. Такие испытания показывают, что стали и многие металлы ведут себя как хрупкие при пониженных температурах, но как вязкие – при повышенных. Переход от хрупкого поведения к вязкому часто происходит в довольно узком температурном диапазоне, среднюю точку которого называют температурой хрупко-вязкого перехода. Другие испытания на ударную вязкость тоже указывают на наличие такого перехода, но измеренная температура перехода изменяется от испытания к испытанию в зависимости от глубины 12 надреза, размеров и формы образца, а также от метода и скорости ударного нагружения. Поскольку ни в одном из видов испытаний не воспроизводится весь диапазон рабочих условий, испытания на ударную вязкость ценны лишь тем, что позволяют сравнивать разные материалы. Тем не менее, они дали много важной информации о влиянии сплавления, технологии изготовления и термообработки на склонность к хрупкому разрушению. Температура перехода для сталей, измеренная по методу Шарпи с V-образным надрезом, может достигать +90° С, но соответствующими легирующими присадками и термообработкой ее можно понизить до -130° С. Динамические испытания на изгиб образцов с надрезом При динамических испытаниях закон подобия не действует. Поэтому здесь необходима жесткая унификация размеров образцов и условий проведения испытания. Испытания на изгиб проводят на маятниковых копрах с предельной энергией, не превышающей 300 Дж. Образец кладут горизонтально в специальный шаблон, обеспечивающий установку надреза строго в середине пролета между опорами. Удар наносят со стороны, противоположной надрезу, в плоскости, перпендикулярной продольной оси образца. Маятник копра закрепляется в исходном верхнем положении. По шкале фиксируется угол подъема маятника. Затем крепящую защелку вынимают, маятник свободно падает под собственной тяжестью, ударяет по образцу, изгибает и разрушает его, поднимаясь относительно вертикальной оси копра на угол j. Этот угол тем меньше, чем большая работа затрачена маятником на деформацию и разрушение образца. Величина работы деформации и разрушения определяется разностью потенциальных энергий маятника в начальный (после подъема) и конечный (после взлета) моменты испытания: К=Р(Н—Л), где Р — вес маятника; Н и h — высоты подъема и взлета маятника. Ударные испытания, как и статические, можно проводить при отрицательных и повышенных температурах. Методика этих испытаний регламентирована стандартами. По ГОСТ 9454—78 динамический изгиб при отрицательных температурах производят с использованием тех же образцов, что 13 и при комнатной. Образец выдерживают в жидком хладагенте не менее 15 мин при температуре на 2—6°С ниже заданной, затем вынимают из ванны, уста- навливают на копер и немедленно испытывают. Аналогичная методика используется при высокотемпературных испытаниях (ГОСТ 9454—78). Предварительный нагрев образцов рекомендуется вести в муфельных печах, при необходимости в нейтральной атмосфере, перегревая образец относительно заданной температуре на 3—50 °С в зависимости от ее абсолютной величины. При этом время установки образца с момента выемки из печи до удара маятника должно быть не больше 3—5 с. В массовых динамических испытаниях на изгиб образцов с надрезом ударная вязкость — единственная выходная характеристика испытания. Диаграмма деформации обычно не записывается, так как это сопряжено со значительными экспериментальными трудностями. Общее время испытания измеряется долями секунды, поэтому для фиксации зависимости нагрузки от деформации требуются малоинерционные чувствительные датчики и быстродействующий прибор для записи диаграмм. Обычно используют пьезокварцевые динамометры и шлейфовые осциллографы. Ударная вязкость — это сложная, комплексная характеристика, зависящая от совокупности прочностных и пластических свойств материала. 14 Заключение Изучение механических свойств металлических материалов необходимо для обеспечения требуемого качества продукции. Вопрос качества продукции стал очень актуальным в настоящее время. Предприятия-изготовители занимаются постоянным изучением требований потребителей, для удовлетворения их потребностей и их предвосхищения. Проведение испытаний, имитирующих условия эксплуатации, с помощью современного оборудования позволяет с необходимой точностью определять механические свойства материалов. Результаты испытаний используются для дальнейшего применения в производстве, других испытаниях. |