 |
|
|
Теоретическое металловедение
|
|
|
Предел упругости и предел текучести Особенно важными из определяемых при испытании на растяжение величин, характеризующих пригодность сплава в качестве конструкционного материала, являются его предел упругости и предел текучести.
Эти пределы позволяют, по-видимому, судить о том, какой величины растягивающие или иного вида нагрузки, действующие в течение длительного времени, может выдерживать материал без остаточных деформаций. Подобные нагрузки называют обычно статическими в противоположность ударным нагрузкам и нагрузкам на усталость, называемым динамическими.
Чтобы избежать неточностей в последнем случае том предлагает нагрузки называть постоянными, а нагрузки на усталость - переменными. Значение предела упругости и предела текучести вряд ли можно оспаривать. Какая из двух характеристик считается основной в каждом отдельном случае, не имеет, по-видимому, особого значения. В настоящее время не представляется еще возможным -будить о материале непосредственно по определяемым для него значениям.
Лучше пользоваться определенным коэффициентом безопасности, который указывает, какая часть избранного значения является действительной нагрузкой. Обычно же эти значения служат лишь для сравнения данного сплава с уже испытанным. Этот метод несомненно надежнее, чем непосредственное использование характеристик. Однако полной надежности в этом отношении пока достигнуть нельзя, так как мы еще совершенно неясно представляем себе, какие характеристики являются наиболее решающими.
В каждом отдельном случае можно приблизительно вычислить, какие можно допустить деформации. В Германии принято определять удлинение на образце при сохранении малой (Xullast) нагрузки. В англосаксонских странах наоборот, удлинение замеряется под нагрузкой, особенно при определении пределов 0,1 и 0,5%. Для предела 0,5% способ замера безразличен, так. как упругое удлинение очень мало.
Предел 0,1% при разных способах определения получается, напротив, весьма различным и поэтому более или менее низким по сравнению с пределом текучести 0,2. При испытании чугуна пределы эти. однако, не имеют особого значения, так как обыкновенные сорта настолько хрупки, что они обычно не дают даже необходимого для определения предела текучести удлинения в 0,2%. Возможно, однако, что при дальнейшем применении высококачественного ковкого чугунного литья окажется, что -тому моменту придавалось слишком мало значения.
В известной мере это испытание может впрочем, заменить испытание на твердость. Отношение твердости к пределу текучести ближе к, прямолинейной зависимости, чем отношение твердости к сопротивлению разрыву. Однако испытание на твердость является гораздо менее чувствительным. Впрочем, для чугунов отношения между различными механическими свойствами до сих пор не удается установить вследствие сложности и переменного характера их структуры.
Поэтому определения пределов упругости и текучести проводились почти исключительно для легких металлов. Отклонение от средних результатов при этих испытаниях по нашим исследованиям на образцах значительно меньше, чем при испытаниях на сопротивление разрыву, в большей мере зависящего от пороков в материале (шлаки, пузыри). Это еще больше подчеркивает значение предела упругости и предела текучести, как основных характеристик при расчете конструкции.
Читать статью
Термодинамика Термодинамические соотношения использовались рядом исследователей для анализа поведения водорода в отдельных участках доменной печи. Так, М. А. Стефанович установил, что в окислительной зоне доменной печи при работе на увлажненном дутье отношение концентрации Н2О/Н2 гораздо ближе к равновесному для реакции водяного газа, чем для реакции диссоциации водяного пара.
А. Н. Рамм учитывал равновесные соотношения для оценки степени использования водорода и окиси углерода в доменной печи. Он рекомендует принимать в расчетах для печи в целом отношение степени использования водорода и окиси углерода, равное единице, что соответствует равновесию реакции водяного газа при 810°С.
Н. И. Красавцев рассчитал отношения равновесных концентраций Н2/Н20 в колошниковом газе в зависимости от количества инжектируемого в доменную печь природного газа и сравнил их с фактическими. В большинстве исследований обсуждаются только частные случаи. Поэтому целесообразно дать общий термодинамический анализ вопроса применительно к различным горизонтам доменной печи и к различным количествам водородсодёржащих газов.
Процессы в окислительной области: В горне идут практически необратимые реакции: вначале реакции горения углерода и водорода (в кислородной части окислительной области), затем газификации углерода и прямого восстановления окислов. Здесь расчеты равновесного состава газа излишни конечный состав газа в необратимых реакциях определяется -простыми стехиометрическими соотношениями.
В ряде исследований установлено, что при работе на увлажненном дутье выносимый из кислородной части окислительной области углекислый газ при последующем взаимодействии с углеродом кокса исчезает раньше, чем водяной пар. Аналогичная картина наблюдается при инжекции через фурмы природного газа. Особый интерес представляют результаты исследования. И. Некрасова и Ф. Н. Москалиной, разработавших и применивших методику непосредственного измерения содержания паров воды в горновых газах.
Они обнаружили в газах кислородной части окислительной зоны высокую концентрацию паров воды, .причем максимум содержания Н20 расположен к фурмам ближе, чем максимум содержания СО. Однако при последующем взаимодействии с углеродом водяной пар исчезает значительно дальше от фурм, чем углекислый газ. Эти факты нуждаются в специальном обсуждении.
Специальными опытами установлено что углекислый газ заметно тормозит взаимодействие водяного пара с углеродом. Но дело, очевидно, не только в особенности кинетики совместного реагирования Н20 и С02 с углеродом. При высоких температурах газа и кокса в горне процессы протекают столь интенсивно, что состав газа приближается к равновесному .по отношению к реакции водяного газа, и последовательность взаимодействия двуокиси углерода и паров воды с углеродом определяется термодинамическими соотношениями.
Читать дальше...
Затвердение металла Растворенные в жидком состоянии газы при переходе металла в твердое состояние освобождаются из него в большей своей части. Однако водород же в довольно заметных количествах остается в твердой меди, никеле и железе. То же относится, по-видимому, к хрому и марганцу.
Особенно большие количества водорода могут попадать в эти металлы при известных условиях в процессе электролиза. При низких температурах водород остается в металле несмотря на отсутствие в атмосфере парциального давления водорода и сообщает ему твердость и хрупкость. При более высоких температурах, приблизительно с 300°, водород снова освобождается, и электролитический металл постепенно приобретает нормальные свойства.
Растворимость газа в этих металлах в твердом состоянии увеличивается с повышением температуры. Подобным же образом относятся к водороду кобальт, хром, серебро и платина. Золото, по-видимому, не растворяет водорода. Наблюдалось, однако, что рекристаллизация золота сильно замедляется после плавки в водороде, что указывает на значительную растворимость водорода в золоте в твердом состоянии. В другой большей группе металлов газы практически не растворяются в жидком состоянии.
Особенно подробно исследован из этих материалов палладий. Вследствие поглощения водорода палладии становится твердым (твердость его от 40-50 повышается до 110-120 кг /мм2) и хрупким. Выделение водорода приблизительно при 300° оказывается недостаточным, чтобы сообщить ему прежнюю мягкость; это достигается только при значительно более высоких температурах (500°). Особенно сильно ухудшаются при этом свойства металлического тантала, который жадно поглощает газы при высоких температурах.
В то время как холоднотянутая проволока из тантала, в вакууме, очень мягка, достаточно уже небольшого нагрева даже в относительно высоком вакууме, чтобы сообщить ему твердость и ломкость вследствие поглощения водорода, углерода и азота. В условиях очень высокого вакуума газы вновь освобождаются. Вследствие этого проволока в радиолампах сама регулирует свои вакуум. Азот в больших количествах растворяется также железом при температурах выше 900.
Эта более полно исследованные металлы увеличивают свой объем при всех- процессах растворения газов. Рентгенографические исследования показывают, что при этом сильно расширяется их кристаллическая решетка. Атомы водорода располагаются, следовательно, между атомами металла в решетке, и образумится так называемые твердые растворы по типу внедрения. Отношение остальных металлов к неметаллам в основном то же, что и к металлам.
Очевидно, в этом случае в результате пониженного давления, возникающего вследствие упадки при затвердеваний, извлекается и меньшее количество газа из расплава. Наконец, очень бедный газом материал затвердевает теперь с образованием еще большей внутренней усадочной раковины.
Читать далее |
|
|
