Добавил:
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз: Предмет: Файл:

книги / Сопротивление материалов деформированию и разрушению. Ч. 1

.pdf
Скачиваний:
6
Добавлен:
13.11.2023
Размер:
22.52 Mб
Скачать

Механические свойства сплавов алюминия, как и сплавов титана и

магния, осо-

бенно чувствительны к способу формирования заготовок, из

которых

вырезаются

образцы для

определения механических свойств, а также к

анизотропии

свойств,

которая имеет место при этом, к режиму термической обработки,

химическим приме­

сям и т. п. В связи с этим в справочной литературе механические

свойства

привяза­

ны к этим условиям.

 

 

 

приведены в

2.2.3.

Сплавы титана. Некоторые физические свойства титана

табл. 2.20. Прочность и пластичность нелегированного титана определяются содер-

Т а б л и ц а

2.16. Механические свойства углеродистой качественной

стали

(по ГОСТу 1050—60)

 

 

 

 

Марка

О > МПа

ав, МПа

à. %

08

200

330

33

08кп

180

300

35

10

210

340

31

Юкп

190

320

33

15

230

380

27

15кп

210

360

29

20

250

420

25

20кп

230

390

27

25

280

460

28

30

300

500

21

35

320

540

20

40

340

580

19

45

360

610

16

50

380

640

14

55

 

 

 

60

410

690

12

65

420

710

10

70

430

730

9

75

900

1100

7

80

950

 

6

85

1000

1150

26

15Г

250

420

20Г

280

460

24

25F

300

500

22

ЗОГ

320

550

20

35Г

340

570

18

40Г

360

600

17

45Г

380

630

15

50Г

400

660

13

60Г

420

710

11

65Г

440

750

9

70Г

460

800

8

ill. о/ ф» /0

60

55

50

45

40

35

30

44

50

45

40

35

30

KC V , МДж/мз

_

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

0,9

0,8

0,7

0,6

0,5

0,4

П р и м е ч а н и е . Приведены минимально допустимые значения характеристики.

Т а б л и ц а 2.17. Механические свойства хромистых нержавеющих сталей ферритного, мартенситоферритного и мартенситного классов после оптимальной термической обработки

 

 

Режим термической обработки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

(температура. К,

среда)

 

 

а0,2.

 

 

 

Я

Сталь

 

 

 

 

 

МПа

в. %

Ф. %

 

 

Закалка

Отпуск

 

МПа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0X13

 

1273... 1323,

973... 1073,

 

600

420

20

60

 

1,0

 

 

масло

масло

 

 

 

 

 

 

 

 

1X13

 

1273...1323,

973... 1063,

 

600

420

20

60

 

0,9

 

 

воздух

воздух,

масло

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

или вода

 

 

 

 

 

 

 

 

1X13H3

1273.. .1323,

873...923,

 

700

600

15

60

 

0,6

 

 

воздух

воздух

или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

масло

 

 

 

 

 

 

 

 

2X13

 

1000... 1050,

660...770,

 

660

450

16

55

 

0,8

 

 

воздух или

воздух,

масло

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

масло

или

вода

 

 

 

 

 

 

 

 

3X13

 

1223... 1293,

493...573,

 

 

 

HRC 45

 

 

 

 

 

масло

воздух

или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

масло

 

 

 

 

 

 

 

 

4X13

 

1273... 1323,

473...573,

 

 

 

HRC 50

 

 

 

 

 

масло

воздух

или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

масло

 

 

 

 

 

 

 

 

1Х17Н2

1273... 1323,

548...623,

поо

850

10

3

 

0,5

 

 

масло

воздух

 

 

 

 

 

 

 

 

2Х17Н2 * 1273... 1323,

548...673,

1500

1250

7

 

0,3

 

 

масло

воздух

 

 

 

 

 

 

 

 

Х17

 

Отжиг 1013. ..1053,

охлаж-

400

250

 

20

.50

 

0Х17Т

 

дение, воздух или

печь

500

300

 

20

45

 

 

 

 

 

 

 

 

Х25Т

 

Отжиг 1013. ..1053,

охлаж-

450

300

 

20

45

 

Х28

 

дение, вода

 

 

450

300

 

20

45

 

 

 

 

 

 

 

 

9X18

 

1273... 1323,'

473... 573,

 

 

 

HRC 55

 

 

 

 

 

масло

воздух

или

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

масло

 

 

 

 

 

 

 

 

П р и м е ч а н и е . Приведены минимально допустимые значения характеристик.

 

 

* Плюс обработка холодом при 203 К в течение 2 ч.

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а 2.18. Механические свойства

подшипниковых сталей

 

 

 

 

 

ШХ15

 

 

 

ШХ15СГ

 

 

ШХ9

 

 

HRC

 

ав.н

° - i

 

>

 

ав.и

 

° - i

KCV.

 

°в.и,

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

МПа

 

 

МДж/м*

 

 

МПа

 

МДж/м2

 

МПа

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

58.5..

.59.0 3200...3300

640

0,35...0,4

3200...3300

650

0,40...0,45 2600...2800

60.5..

.61.0 2700...2800

730 ' 0,25...0,4

2900...3000

670

0,30...0,35 2300...2500

62.5..

.63.0 2500...2600

665 0,20...0,25

2700...2800

710

0,25...0,30 2000...2200

П р и м е ч а н и я ; ов н — предел прочности

при

изгибе.

Обрааеи 10X1# мы, расстояние

между опорами 40 мм.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

T a б л и ц а 2Л 9.

Механические свойства быстрорежущих сталей после

 

термообработки

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Температура, К

Массо­

 

 

 

 

 

 

 

 

вая до­

 

 

 

 

KCV,

Сталь

 

отпу­

ля кар­

т. к

НРС

°в.

ав.н,

закалки

бидной

 

МПа

МПа

МДж/м*

 

ска *

фазы,

 

 

 

 

 

 

 

 

%

 

 

 

 

 

Р18

1543.. .1563

833

17

293

62

2370

3000

0,04

Р9

1493.. .1513

833

7

923

49

1040

1510

0,09

293

62

1900

3400

0,05

Р12

1513.. .1533

833

10

823

53,5

1550

2840

0,14

293

62

_ —

3400

0,05

Р18Ф2

1543.. .1563

833

293

63

 

Р14Ф4

1513.. .1533

853

293

63

 

3000

Р9Ф5

1503.. .1523

853

_

293

63

2700

 

Р9К5

1493.. .1513

853

 

873

54

 

2500

__

293

63

Р9КЮ

1493.. .1513

853

— _

Р10К5Ф5

1503.. .1523

853

293

63

2800

Р18К5Ф2

1543.. .1563

853

_

293

64

——

Р6МЗФ2

1483.. .1563

833

13

293

63

3300

0,05

Р18К8Ф2М

1493.. .1533

843

293

65

3500

08...0,15

*Отпуск проводят 3 раза по 1 ч.

Та б л и ц а 2,20. Физические свойства легких металлов

 

Плот­

Темпе­

 

 

 

 

Модуль

Коэффици­

Металл

ратура

 

 

 

упругости

ент тепло­

ность,

плав­

Тип кристаллической решетки

при рас­

вого рас­

 

■г/см*

ления,

 

 

 

 

тяжении,

ширения

 

 

К

 

 

 

 

МПа

град-1

Алюми­

2,70

933

Кубическая, гранецентриро­

73 800

23,9

ний

1,74

923

ванная

плотноупа-

45 700

26,0

Магний

Гексагональная,

Титан

4,50

1998

кованная

 

 

109 000

9,0

До 1153 К — гексагональная,

 

 

 

плотноупакованная; выше

 

 

 

 

 

1153 К — кубическая,

объем-

 

 

 

 

 

ноцентрированная

 

 

 

* В интервале 293...393 К.

 

 

 

 

 

 

Т а б л и ц а

2.21. Механические свойства алюминия

высокой

чистоты

 

и технического

 

 

 

 

 

 

 

Состояние материала

ав.

°0,2>

6, %

Ф. %

нв,

(J—1, МПа

 

 

 

МПа

МПа

МПа

 

Нагартованный

 

115/140

П0/100

5,5/6

—/60

270/320

50 *

Отожженный

 

50/80

15/30

49/35

— /80

17/25

40 *

♦ На базе 5x10* циклов.

 

 

 

 

 

 

П р и м е ч а н и я :

1. Свойства для алюминия ВЧ определены на листах толщиной 1.6 мм.

2. Твердость по Брннелю определена при нагрузке

5000 Н и диаметре шарика 10 мм. 3. Перед

косой приведены значения для

алюминия высокой чистоты, после — для технического.

 

 

 

Химический состав,

%

 

 

 

 

 

 

Материал

Си

Mg

Мп

 

Si

Прочие

 

а0,2,

V

6, %

 

 

 

МПа

МПа

 

Дуралюмины

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Д1

3,8

...4,8

0,4...

0,8 0,4

...0,8

< 0,7

 

 

250

410

15

Д16

3,8...

4,9

1,2..Л,8 0,3...

0,9

<0,5

 

380

520

11

Сплав ивиаль

0,2

0,6 0,45

0,9 0,15

0,35 0,5

1,2

120 *

220

22

АВ

Высокопроч­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ные алюмини­

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

евые сплавы

1,4

2,0

1,8

2,8 0,2

0,6

<0,5

5

7

530

550 560

8

В95

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,1

0,25

 

600

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В96

2,2...

2,8

2,5...

3,2 0,2...

0,5

7,6...

8,6

630

670

7

Ковочные

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

алюминиевые

*

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

славы

2,6

0,4

0,8 0,4

0,80,7

1,2

 

 

300

420

13

АК6

1,8...

АК8

;3,9...

4,8

0,4...

0,8 0,4...

1,00,6...

!,2

380

480

10

Жаропрочные

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

алюминиевые

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

сплавы

1,9

2,5

1.4

1,8

1,0

1,5

0,35

0,8

1,3

280

430

13

АК4-1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,8...

1,3

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,02...

0,1

250

400

 

Д20

6...

7

 

0,4...

0,8

<0,3

0,1...

0,2

12

 

 

 

 

 

 

 

 

 

0,2

 

 

 

 

П р и м е ч а н и е . Буква Д в начале марки обозначает сплав типа дуралюмин: буква А с« начале марки обозначает технический алюминий; буквы АК — алюминиевый ковкий сплав; не­ редко в начале марки ставится буква В — высокопрочный. После условного номера часто сле­ дуют обозначения, херактеризующне состояние сплава: буква М — мягкий (отожженный); Т — термический обработанный (закалка и естественное старение); Н — нагартованный; П — полу-

нагартованный и т. д. Совокупность этих обозначений . характеризует

марку сплава, например:

Д16-М — дуралюмин отожженный; Д16ТН — дуралюмин закаленный,

естественно состаренный

н дополнительно нагартованный.

 

 

* Механические свойства после закалки и естественного старения.

 

жанием в нем примесей кислорода, азота и в меньшей степени — углерода,

железа

и кремния. Химический состав технического титана и его механические

свойства

приведены в табл. 2.25 и 2.26 [84]. Особо чистый титан (йодистый) имеет предел проч­ ности 256 МПа, предел текучести — 106 МПа, относительное удлинение — 72 %, поперечное сужение 86,2 % [84].

К положительным свойствам титана и его сплавов следует отнести наряду с вы­ сокой удельной прочностью высокую температуру плавления, стойкость против кор­ розии, пластичность, отсутствие хладноломкости, хорошую технологичность (под­ вергается штамповке, прокату, фасонному литью, сварке). В то же время сплавы ти­ тана имеют низкое сопротивление фреттинг-коррозии, высокую чувствительность к состоянию поверхности, наличию технологических дефектов.

 

 

Гладкие образцы

 

Температура

 

 

 

 

испытаний, К

аВ, МПа

5К, МПа

Ф. %

Ô, %

293

430/491

523/—

20,1/19,5

9,0/10,7

233

425/503

521/635

19,8/23,0

8,7/12,6

203

422/525

521/647

19,7/21,7

8,7/12,1

77

510/—

620/—

1 8 ,0 /-

8 ,6 / -

Образцы с надрезом

Температура испытаний, К

293

233

203

77

П р и м е ч а н в е .

а_, МПа

SK, МПа

KCV, МДж/м*

m

о/

В

 

Ф»

/0

480/636

490/666

—/0,190

1,8/4,1

475/671

482/705

—/0,196

1,59/4,8

471/683

480/703

—/0,215

1,4/3,8

522/—

535/—

1 ,0 /-

Перед косой приведены значения для АК4, после — для ВД17.

Т а б л и ц а 2.24. Химический состав и типичные механические свойства некоторых

 

 

 

Химический состав, %

 

Сплав

Mg

Si

Mn

Си

 

 

 

AlSi

 

 

 

 

 

(силумины)

10... 13

 

1

 

АЛ 2

 

АЛ4

0,17...0,3

8...10,5

0,2...0,5

.

 

АЛ9

0,2...0,4

6...8

 

A l—Си

 

 

 

 

 

АЛ7

4...5

 

АЛ 19

0,6..Л ,0

СЛ

СО

Al—Mg

 

 

 

 

АЛ 8 '

9,5...11,5

-

 

 

АЛ27

9,5...11,5

 

 

Жаропрочные

 

 

 

 

 

АЛ1

1,25... 1,75

3,7...4,5

АЛ 20

0,7...1,2

1,5...2,0

0,15...0,3

3,5...4,5

АЛ 21

0,8...1,3

0,15...0,25

4,6...6

 

П р и м е ч а н и е : Т1 — искусственное старение; Т2 —

•тжиг; ТЗ, Т4 — закалка к естества!

старение; Т7 — закалка и стабилизирующий отпуск.

 

Рпс. 2.34. Влияние различных элементов на механические свойства титана:

а — элементы, образующие твердые растворы внедрения; б — твердые растворы замещения

литых

алюминиевых сплавов (ГОСТ 268S—83)

 

 

 

1

 

 

Термическая

0 , МГЪ

сгп МПа

Ч

л/

1

Прочие

 

обработка

в

 

О»

,0

 

 

 

 

 

 

1

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Т2

180

90

 

5

 

 

TI

180

140

 

2

 

 

Тб

260

200

 

4

 

 

 

Т4

200

140

 

5

 

 

 

Т5

220

160

 

3

 

 

 

Т4

240

160

 

7

 

 

 

Т5

260

200

 

3

0,15...0,35

 

Т4

320

180

 

9

 

 

 

Т5

360

250

 

5

 

 

 

ТЗ

350

170

10

0,05...0,15

 

Т4

360

180

18

0,05...0,2

 

 

 

 

 

 

0,05...0,15

 

 

 

 

 

 

1,75...2,25

 

Т5

260

200

 

0,6

 

 

 

Т7

220

180

 

1,2

0,15...0,25

,

Тб

300

230

0,8

 

1,2...1,7

Т7

230

180

0.8

0,06...0,1

 

Т2

210

_

1,2

2,6...3,6

 

Т7

220

200

1.5

старение; Т5 — закалка и кратковременное

старение;

Тв — закалка и полное искусственное

Т а б л и ц а 2.25. Химический

состав

технического

титана

 

 

 

Содержание примесей,

% (не

более)

 

М арк.

ре

Si

С

Н

N

О

 

ВТ 1-00

0,12

0,08

0,05

0,008

0,64

0,10

ВТ 1-0

0,18

0,10

0,07

0,010

0,04

0,12

ВТ1-1 *

0,25

0,12

0,08

0,012

0,05

0,15

* Рекомендуется по возможности заменять низколсгнров'.иным сплавом OTI-D, имеющим более стабильные свойства.

Т а б л и ц а

2.26. Механические свойства полуфабрикатов из технического

титана

 

 

 

 

 

Марка

Вид и размеры полуфабрикатов, мм

0 , МПа

б. %

ВТ 1-00

Листы

толщиной

 

 

 

 

 

0,3...0,4

 

 

25

 

 

0,5...1,8

 

300... 450

30

 

 

2,0...6,0

 

25

 

 

 

 

 

 

6,5... 10,0

 

 

20

ВТ1-0

Листы

толщиной

 

 

 

 

 

0,3...0,4

 

 

25

 

 

0,5...1,8

 

400... 550

30

 

 

2,0...6,0

 

25

 

 

 

 

 

 

6,5...10,0

 

 

20

ВТ1-1

Проволока диаметром 1...7

Не более 480

12

 

 

 

 

 

(по длине

 

 

 

 

 

100 мм)

 

Трубы диаметром 6,0...54,0

 

 

 

Поковки, шта ловки,

прутки

450...600

20

 

кованые диаметром до

100

 

 

При повышении температуры прочностные свойства титана снижаются довольно быстро. Например, титан марки ВТ1-1 при 293 К имеет предел прочности не ниже 450 МПа, а при 623 К предел длительной прочности на базе 50 ч составляет только 150 МПа [84].

Более высокие характеристики прочности при высоких температурах имеют спе­ циальные титановые сплавы. Существует довольно обширная номенклатура про­

мышленных титановых сплавов, которые получены путем легирования

титана алю­

минием, молибденом, ванадием, марганцем, хромом, оловом, железом,

цирконием,

ниобием. Влияние некоторых элементов на механические свойства титана

показано

на рис. 2.34 [69]. Химический состав титановых сплавов, выпускаемых

в

СНГ, по

данным работы

[84], приведен в табл. 2.27. В табл. 2.28 дана классификация

тлга*

новых сплавов по уровню их прочности [84]. В табл. 2.29 приведены типичные ме­

ханические свойства отожженных листов из титановых сплавов при

различных

тем­

пературах [84].

 

 

 

 

 

2.2.4.

Сплавы магния. Основными достоинствами магния

и его сплавов явля­

ются высокая удельная прочность и удовлетворительная работоспособность

при

низ­

ких температурах. Хотя они имеют более низкую коррозионную стойкость по сравненеиию с алюминиевыми сплавами, высокую чувствительность к концентрации напря­ жений, низкий модуль упругости, тем не менее магний и его сплавы находят широ­ кое использование в технике в качестве конструкционного материала. Некоторые физические свойства .магния приведены в табл. 2.20. Механические свойства литого

СПлав

Сплавы с а-структурой ВТ 1-00 ВТ 1-0 ВТ1-1

ВТ5 BT5-I

Сплавы с a -структурой бетированные (до 2 % 8-стабилизаторов)

ОТ4-0 ОТ4-1 ОТ4 ВТ4 ОТ4-2 АТЗ АТ4

Двухфазные сплавы (более 2 % 0-стаби­ лизаторов)

ВТ6С

ВТ6

ВТ8

ВТ9 ВТЗ-1 ВТ14 ВТ16

Сплавы с Р-структурой ВТ15

Номинальный химический состав, % (TJ — остальное)

Технический титан

5А1 5А1; 2,5Sn

1А1; 1,5Мп 2А1; 1,5Мп ЗА1; 1,5Мп 4А1; 1,5Мп 6А1; 1,5*Мп

3AI; 1,5 (Fe -f Сг -J- Si -f В) 4А1; l,5 (F e -f Сг-f Si -J-В)

4.5A1; 3,5V 6A1; 4V

6,5A1; 3,5Mo; 0,2Si 6,5A1; 3,5Mo; 0,2Si; 2Zr 5,5A1; 2Mo; 2Cr; IFe 4A1; ЗМо; IV

2.5AI; 7,5Mo

3A1; 8Mo; HCr

Т а б л и ц а 2.28* Классификация титановых сплавов по прочности

Уровень прочности, МПа

|

Сплав

Сплавы невысокой прочности (300...700) ВТ1-00, ВТ1-0, ВТ1-1, ОТ4-0, OT4-I

Сплавы средней прочности (700...1000) ВТ4, ОТ4, АВТ5, ВТ5-1, ВТ6, ВТ6С, ВТ8, ВТ9, ВТ 14, ВТ 15, ВТ16 (после отжига)

Сплавы высокопрочные (свыше 1000) Bf3-1, ВТ8, ВТ9, ВТ6, ВТ14, ВТ15, ВТ16 (после упрочняющей термической обработки)

Пр и м е ч а н и е . Сплавы ВТЗ-1, ВТ8 и ВТ9 применяются главным обрезом в качестве жаропрочных.

Температура

Е, МПа

<7r , МПа

ад 2i МПа

испытания, К '

 

 

Сплав ОТ4-1

 

 

77

 

1150

1050

203

820

770

293

700

520

523

400

320.

573

380

300

623

370

280

673

350

270

 

 

 

 

 

 

 

Сплав ОТ4

 

 

77

_

1220

1120

203

/

870

830

110000

293

800...830

680...730

523

93 000

540...570

450...510

573

86 000

500...530

440...470

623

82000

490...520

420...460

673

510

 

723

480

 

773

440

 

Сплав ВТ4 (листы толщиной 1...4 мм)

203

1150

980

7?

1380

1270

293

900

800

523

670

580

543

650

570

623

630

550

673

610

530

723

570

460

773

530

380

 

Сплав ВТ5-1 (листы толщиной 3 мм)

293

115000

870

750

523

95 000

610

520

623

85 000

550

480

673

540

460

773

73 000

480

400

 

Сплав

ВТ 14 (листы

толщиной

1...Ю мм)

623

89 000

850..

. 10 000

700..

.800

673

87 000

800..

.950

680..

.750

723

85 000

750...900

600...700

773

67 000

700...760

500... 600

873

380...430

---

—,

973

150... 180

--

---

 

 

Сплав

ВТ4С

 

 

293

115000

850

800

473

100 000

600

580

523

—85 000

540

500

773

470

400

(б,о). %

13

16

30

27-

22

12

15

(13

...15)

(14...18)

(11... 14)

(10...13)

 

26

 

25

 

29

15

 

10

 

22

 

20

 

19

 

17

 

17

 

20

 

25

 

И

 

13

 

10

 

10

 

9

 

5 ..

.10

6 ..

.11

6...12

 

8 . . . 14

 

30...50

35...55

8

12

15

15

Соседние файлы в папке книги