166 7, Zasady obliczeń wytrzymałościowych śrub
trzymałość na pełzanie. Przez granicę pełzania Rf/(/T (w MPa) rozumie się naprężenie (określone jako stosunek obciążenia do przekroju początkowego próbki), które po określonym czasie t w godzinach w temperaturze T w K wywoła określone względne odkształcenia trwałe e (w %). Wytrzymałością na pełzanie zwaną też wytrzymałością długotrwałą Rz!t/T nazywa się naprężenie, przy którym w określonej temperaturze T po określonym czasie t następuje zerwanie próbki.
166 7, Zasady obliczeń wytrzymałościowych śrub
Rys. 7.43. Krzywe pełzania
Charakterystyczne krzywe pełzania przedstawiono na rys. 7.43. Odpowiednio duże naprężenia doprowadzają do zerwania próbki po określonym czasie. Zerwanie próbki oznaczono na rysunku gwiazdką.
Przełomy próbek w wyniku pełzania przebiegają zwykle po granicach ziaren, co odróżnia je od złomów zmęczeniowych przenikających przez ziarna. Ciekawe jest, że zerwanie śrub o dużych naprężeniach poprzedzone jest tworzeniem się szyjki przewężenia, natomiast przy mniejszych naprężeniach występuje przełom kruchy bez przewężenia. Świadczy to o zmniejszaniu się plastyczności stali w wysokich temperaturach.
Tablica 7.5. Własności mechaniczne stali i stopów stosowanych na śruby pracujące
w wysokich temperaturach
Materiał |
Temperatura pracy K |
Własności mechaniczne w |
MPa | ||
Rm(RmT) |
ReiReT) |
R 2/100 |
•^02/100 | ||
Stal 45 |
293 |
640 |
370 | ||
700 |
510 |
210 | |||
Stal 18HNWA |
293 |
1250 |
1100 | ||
700 |
1000 |
940 |
750 |
565 | |
Stal na osnowie |
293 |
1100 |
660 | ||
niklu |
900 |
920 |
610 |
610 |
260 |
Stop tytanu |
293 |
1100 |
1000 | ||
800 |
800 |
640 |
550 |
200 |
Własności mechaniczne niektórych materiałów stosowanych na śruby pracujące w wysokich temperaturach zestawiono w tablicy 7.5. Wytrzymałość na pełzanie zmniejsza się wraz z czasem trwania obciążenia. Granica pełzania może być nie tylko niższa od granicy plastyczności w określonej temperaturze, ale również od granicy wytrzymałości zmęczeniowej. Na rysunku 7.44 przedstawiono schematycznie ograniczenia uproszczonego wykresu Smitha ze względu na pełzanie. Zakreskowane pola na wykresach wyznaczają obszary naprężeń nie doprowadzających do zniszczenia.
Rys. 7.44. Schematyczne ujęcie wpływu pełzania na ograniczenie wykresu zmęczeniowego Smitha
Występowaniu wysokich temperatur w połączeniach śrubowych z zaciskiem wstępnym towarzyszy zawsze relaksacja naprężeń. Zarówno w śrubach jak i w elementach łączonych następuje (na skutek pełzania) zmniejszanie się naprężeń (obciążeń).
Prędkość pełzania Vp (określona przez stosunek przyrostu trwałego odkształcenia względnego do przyrostu czasu Vp = da/dt) zależy od własności plastycznych materiału w określonej temperaturze oraz od wielkości naprężeń. Wyraża się ją z empirycznej zależności
Vp = B(t)am, (1.104)
gdzie B(t) i m są współczynnikami zależnymi od materiału i temperatury (wyznaczanymi z badań).
Dla określenia przebiegu procesu relaksacji przyjmijmy wstępnie, że w połączeniu śrubowym odkształceniom ulega tylko śruba, zaś elementy łączone są doskonale sztywne. Wówczas naprężenia wynikające z siły zacisku wstępnego ow wywołują w śrubie odkształcenie względne