Главная > Разное > Резьбовые и фланцевые соединения
<< Предыдущий параграф
Следующий параграф >>
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Макеты страниц

5.14. Прочность при низких температурах

Расчет на прочность резьбовых соединений при низких температурах очень важен при проектировании машин и механизмов северного исполнения, а также летательных аппаратов.

Понижение температуры окружающей среды приводит к хладноломкости болтов — хрупкому разрушению без заметной пластической деформации. Склонность металлов к хрупкому разрушению оценивают критической температурой хрупкости которая характеризуется резким снижением пластичности и работы деформации, изменением вида излома: волокнистое макростроение заменяется кристаллическим. По температуре можно косвенно судить о безопасной работе резьбового соединения: чем ниже критическая температура, тем безопаснее эксплуатация деталей из данного материала при низких температурах. Следует отметить, что температура хладноломкости не полностью отражает склонности к замедленному хрупкому разрушению резьбовых соединений при нормальных температурах. Например, болтов из стали ниже, чем болтов из мягкой отожженной стали 15. Однако последние не склонны к замедленному разрушению при нормальной температуре. При снижении температуры до значение остается неизменным либо несколько увеличивается; предел ползучести при этом значительно повышается. Разрушение деталей происходит после более или менее существенной пластической деформации.

На температуру хладноломкости влияют факторы (внешние, внутренние, технологические), изменяющие сопротивление хрупкому разрушению и предел текучести. Среди внешних факторов можно выделить понижение температуры, увеличение скорости деформирования и вид напряженного состояния. К внутренним факторам относят структуру и величину зерна, химический состав, загрязненность металла примесями, к технологическим — наклеп, остаточные напряжения и другие факторы.

Прочность резьбовых соединений при пониженных температурах (до —80 С) исследована Б. А. Байковым [2]. Испытывались

Рис. 5.30. Кривые изменения при пониженной температуре

Рис. 5.31. Кривые изменения предела прочности болтов различных размеров при пониженной температуре

соединения из сталей 10, 35, 45 и 40Х с резьбой Образцы охлаждались парами азота. Наряду с регистрацией разрушающих нагрузок определялось среднее относительное удлинение (на базе к моменту наступления разрушения На рис. 5,30 показаны кривые изменения разрушающей нагрузки предела прочности материала (сталь 45 в состоянии поставки) и резьбового соединения а также относительной деформации 8 для соединения с нарезанной резьбой Видно, что при понижении температуры предел прочности несколько возрастает. Однако интенсивное снижение пластичности ограничивает применение стали 45 как конструкционного материала уже при Выполнение перехода от резьбы к гладкому стержню в виде проточки не улучшает условий работы соединения.

Болты из сталей (после термообработки) сохраняют высокие пластические свойства до

Уменьшение шага резьбы наряду с повышением несущей способности (за счет увеличения площади поперечного сечения болта) оказывает благоприятное влияние на характеристики и снижает склонность к хрупкому разрушению. Значение 8 для болтов с мелкой резьбой почти в 1,5 раза больше, чем для болтов с крупной резьбой, а температурный порог хрупкости (критическая температура) в первом случае оказывается более низким чем во втором

При увеличении размеров резьбовых деталей склонность к хрупкому разрушению возрастает, что может быть связано с повышением запаса упругой энергии, а также с вероятностью наличия в болте опасного дефекта в виде трещины. С увеличением диаметра болтов из стали 45 от 6 до критическая

(кликните для просмотра скана)

температура возрастает почти вдвое; предел прочности соединений при этом повышается незначительно (рис. 5.31, кривая

Накатывание резьбы несколько увеличивает (по сравнению с нарезанием) предел прочности соединений и стабилизирует значения разрушающих нагрузок внутри партии. Однако наклепанные поверхностные слои, подобно надрезу, затрудняют пластические деформации, что снижает пластичность болтов при нормальной и особенно при низкой температуре. Б. А. Байковым установлено, что болты из сталей и 35 с нарезанной резьбой (кривые 3, 2) имеют соответственно в 1,46 и 3,7 раза большее относительное удлинение при чем болты с накатанной резьбой. При относительное удлинение при нарезании увеличивается в 1,09 и 1,75 раза для болтов из сталей и 35 соответственно.

Результаты исследований и опыт эксплуатации машин показывают, что болты из углеродистой стали могут работать длительно при Для работы при температурах до болты следует изготовлять из высокопрочных легированных сталей. Тяжело нагруженные болты, предназначенные для использования при более низких температурах, должны изготовляться из коррозионно-стойких сталей переходного класса Эти стали наряду с высокой коррозионной стойкостью характеризуются высокими пластичностью и ударной вязкостью при очень низких температурах. Болты из стали например, сохраняют высокие прочность и ударную вязкость вплоть до (температура жидкого азота) и могут длительно работать при и кратковременно до 500 °С. Эти свойства особенно важны для болтов, используемых в космических аппаратах. В табл. 5.17 приведены механические характеристики отечественных сталей для изготовления болтов, работающих при низких температурах.

За рубежом распространены ниобиевые болты, которые могут работать при высоких и самых низких температурах, так как не обладают хладноломкостью в широком интервале температур.

Проверка прочности резьбовых соединений в условиях пониженных температур не отличается от расчета при нормальной температуре.

<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Оглавление