Файл: Степнов И.Е. Конструирование форм для стеклянных изделий.pdf

У всех марок сталей с повышением температуры модуль упру­ гости вначале медленно, а затем все быстрее падает. С повыше­ нием температуры разница в значениях модулей упругости возра­ стает. Особенно резко убывает с повышением температуры модуль упругости у цветных металлов и сплавов.

Коэффициент поперечной деформации с возрастанием тем­ пературы несколько повышается. Однако в расчетах в первом приближении его значения можно считать неизменными.

Пределы текучести, прочности и выносливости в зоне темпе­ ратур 500—600° С для всех материалов заметно уменьшаются, особенно при длительном действии нагрузок.

Определяющим условием термической усталости металлов яв­ ляются повторяющиеся пластические деформации.

Исследования, проведенные Хаасом {26], подтверждают, что если исключить влияние коррозии, концентрации напряжений и структурных факторов и принять для упрощения расчетов пара­ болический закон кривых распределения температур по сечению быстро нагреваемой пластины, то возникновения трещин от пере­ мены температур не будет, пока отсутствуют повторяющиеся плас­ тические деформации циклического нагружения (область предела усталости).

Для этого между напряжениями на поверхности оп и преде­ лом текучести оо.гг металла при данной температуре должно быть следующее соотношение:

2а0і2(

Напряжение ап возрастает с увеличением модуля упругости Еи коэффициента термического расширения ß(, показателя пара­ болы п и максимального перепада температуры между поверх­ ностью и серединой пластины в следующей зависимости:

°n — Et A^max ———-.

п + 1

Отсюда максимально допустимая разница температур при быст­ ром нагревании и замедленном ощ аждении

Максимальные термические напряжения растяжения — сжатия

‘при заданной интенсивности теплового потока пропорциональны толщине стенки и фактору К\.

где ц — коэффициент поперечной деформации..

Фактор Кі является характеристикой теплофизических свойств материала.

157

Из формулы (VIII. 1) следует, что при прочих одинаковых условиях лучшим будет материал с меньшим значением Кі.

Если взять отношение предела выносливости материала а_іь к фактору Кі, получим показатель термомеханической выносли­ вости материала в следующем виде:

К а = а~ '^ Е (VIIL2)

Значения показателя термомеханической выносливости для не­ которых материалов при средней температуре 400°С приведены в табл. 12.

Т а б л и ц а 12

Показатели термомеханической выносливости некоторых металлов и сплавов

Большему значению Кг соответствует более высокая термо­ механическая выносливость материала. При температуре до 400° С

первом месте находятся алюминиевые бронзы. Однако при повы­ шении температуры до 500—600° С предел выносливости алюми­ ниевых сплавов, чугунов и алюминиевых бронз резко понижается. Алюминиевые сплавы при этих температурах вообще не пригодны к эксплуатации, а критерий Кг для сталей оказывается относи­ тельно выше, чем для чугунов.

Из сказанного ранее следует, что для выработки изделий из стекломасс с низкой температурой по термомеханической выносли­ вости пригодны всё рассмотренные материалы.

Для прессования термостойких изделий из стекломасс с высо­ кой температурой выработки требуются материалы с высоким пределом термомеханической выносливости.

Оценку пригодности материала для изготовления основных де­ талей пресс-форм из условий термостойкости можно также устано-

158

йн — ударная вязкость, Н-м/м2.

Здесь меньшему значению факторов Кз и Кі соответствует бо­ лее высокая стойкость материала.

Формулу (ѴІІІ.З) целесообразно применять для расчета прессформ с воздушным охлаждением, а формулу (VIII.4) — для дета­

металлической группы факторов могут быть оценены показателем жесткости:

f = f>T:El, (VIII.5)

где Т — перепад температур, 0 С.

Коррозио-, жаро- и ростостойкость характеризуются как спо­ собность металла оказывать сопротивление росту (не более 0,2%) и окалинообразованию (не более 0,5 г/м2) при температуре 600° С в течение 150 ч.

Жаростойкость материала может быть оценена в соответствии с ГОСТ 5632—61 по привесу образца в г/м2 или глубине корро­ зии, мм/год, при эксплуатационных температурах.

Рассмотренные параметры позволяют для каждого конкретного случая выбрать материал для стекольных форм, исходя из основ­ ных требований к ним.

Окончательное решение вопроса должно быть обосновано рас­ четами эффективности по технико-экономическим показателям, ос­ новным из которых является себестоимость выработки одного стеклянного изделия.

Если исключить влияние других конструктивных факторов, то в общем случае выбор материала с оптимальными свойствами должен быть основан из условий минимальных затрат на изго­ товление одного изделия.

Оптимальным материалом для изготовления основных деталей пресс-форм будет такой, который обеспечит получение изделий

159

где М — стоимость материала, руб.; 5ф — себестоимость изготовления пресс-формы, руб.; Сф— себестоимость ремонта, руб.;

Следует отметить, что стоимость материала составляет незна­ чительную часть формы — всего 5—8%, а остальные статьи рас­ ходов образуются за счет затрат на ее изготовление, которые обу­ словливаются технологией изготовления.

Для различных материалов колебания расходов на изготовле­ ние форм могут быть учтены введением коэффициента обрабаты­ ваемости.

В связи с меньшим колебанием значения 5ф + С ф , чем N, опре­ деляющим фактором себестоимости является стойкость формы.

На основании анализа свойств некоторых известных материа­ лов их можно расположить в порядке уменьшения термостойкости, при температуре до 500° С приблизительно в следующем порядке

1.Аустенитные специальные стали, содержащие, кроме хрома, дополнительно до 12% никеля и другие легирующие элементы.

2.Мартенситные специальные стали, содержащие от 12 до 20% хрома.

3.Алюминиевые бронзы (до 10% алюминия).

4.Ковкие чугуны перлитного класса с присадкой меди от 0,5 до

1,5%.

5.Ковкие чугуны перлитно-ферритного и ферритного классов.

6.Машиноподелочные углеродистые стали с никелевым покры­

тием.

7.Машиноподелочные углеродистые стали с хромовым покры­

тием.

8.Специальные жаростойкие чугуны.

9.Высокопрочные чугуны.

10.Модифицированные низколегированные чугуны — хромони­

келевые, титаномедистые и медистые.

11.Немодифицированные низколегированные чугуны на пер­ литной основе.

12.Простые серые чугуны без легирующих элементов типа СЧ

21-40.

13.Простые серые чугуны без легирующих элементов типа СЧ

15-32.

14.Теплостойкие алюминиевые сплавы с анодированными или никелированными рабочими поверхностями деталей форм.

Из-за чрезвычайно большого количества марок и модификаций различных материалов, которые представляют интерес в свете требований к ним как материалу для форм, в данной работе не представляется возможности произвести их глубокое исследо­

вание.

Общие сведения о большинстве из названных материалов имеются в специальной литературе.

160