Материалы с высокими упругими свойствами

1. Материалы с высокими упругими свойствами

Мембраны, пружины, сильфоны, растяжки, подвески

2. Примеры упругих элементов и пружин

3. Основные требования к пружинным материалам

Не допускается остаточная деформация
Высокое сопротивление малым пластическим
деформациям
Сопротивление малым пластическим деформациям
оценивается: пределом упругости, релаксационной стойкостью

4. Диаграмма деформации, объясняющая релаксацию и упругое последействие

5.

Для достижения в сплаве высокого предела упругости и
релаксационной стойкости необходимо создать
стабильную дислокационную структуру, в которой
прочно заблокированы практически все дислокации
Используют:
Легирование
Повышение плотности дислокаций
Выделение дисперсных частиц вторичных фаз
Термомеханическую обработку

6. Рессорно-пружинные стали

Применяют для изготовления жестких (силовых) упругих
элементов
Материалы должны иметь:
Высокий предел упругости
Высокий предел выносливости
Высокую релаксационную стойкость
Используют стали с 0,5-0,7%С.
Термическая обработка – закалка и отпуск при 420-520оС
Структура - троостит отпуска

7. Зависимость механических свойств пружинной стали (0,6%С, 2%Si) от температуры отпуска

8.

Используют углеродистые стали:
65, 70, 75, 80, 85, 60Г, 65Г, 70Г - обладают невысокой
релаксационной стойкостью, особенно при нагреве.
Легированные стали перлитного класса:
55С2, 60С2, 70С3А
Теплостойкие до 300оС : 50ХФА, 50ХГФА
60С2ХА, 60С2Н2А – прокаливаются до 50-80 мм
Предел упругости 880-1150 МПа

9. Материалы для упругих элементов приборостроения

Упругие элементы приборов, кроме высоких пределов
упругости, выносливости и релаксационной стойкости,
должны обладать:
Высокой коррозионной стойкостью
Немагнитностью
Электропроводностью
Одно из важнейших эксплуатационных требований – точная
и стабильная характеристика

10. Характеристика двух упругих элементов

11.

Характеристика упругого элемента зависит от его
конструкции (числа витков пружины, диаметра
проволоки и т.п.) и упругих свойств материала: модуля
упругости и предела упругости.
Угол наклона характеристики к оси деформации определяется модулем упругости
Для упругих элементов приборов используют сплавы на
основе меди, имеющие меньший модуль упругости

12.

При нагружении упругого элемента проявляются неупругие
эффекты, ухудшающие работу элемента и всего прибора
Неупругие эффекты:
Упругое последействие
Релаксация напряжений
Гистерезис
Внутреннее трение

13.

Упругое последействие проявляется в отставании части
упругой деформации материала от напряжения
В результате релаксации напряжение снижается, что
приводит к появлению остаточной деформации –
показания прибора не возвратятся на нуль

14. Диаграмма деформации, объясняющая релаксацию и упругое последействие

15. Петля упругого гистерезиса

16.

Гистерезис - несовпадение характеристик упругого
элемента при нагружении и разгрузке.
В результате не совпадают и показания прибора,
определяемые упругим элементом.
Гистерезис вызван рассеиванием в материале энергии
при нагружении.
Мерой рассеивания упругой энергии является площадь
петли гистерезиса.
Гистерезис оценивают отношением максимальной ширины
петли гистерезиса к наибольшей упругой деформации.

17. Резонансная кривая упругого элемента

18.

Внутреннее трение проявляется при при циклических
напряжениях ниже предела упругости в результате
необратимой потери энергии деформирования
В реальных поликристаллах амплитуда колебаний упругого
элемента растет в некотором интервале частот, что и
является проявлением внутреннего трения.
Ширину этого интервала на высоте 0,7Аmax условились
принимать за величину внутреннего трения.
Отношение резонансной частоты к ширине интервала
называют добротностью

19. Свойства термически упрочненных сплавов для упругих элементов приборов

20.

Термическая обработка бериллиевых бронз – закалка от
770-780 оС в воду, старение при 300-350 оС
Термическая обработка сплава 36НХТЮ – закалка от 925950 оС и старение при 700 оС