Изменение геометрических размеров деталей СТС.

Анализ приведенной зависимости (см. рис. 2.21) показывает, что при из­менении температуры объем и размерь! твердых тел также меняются. Интен­сивность этих изменений можно описать с помощью КТР - коэффициента термического расширения , представляющего собой величину, обратную наклону кривой, соответствующей среднему положению колеблющегося атома. Его числовые значения хорошо кореллируют с другими характеристи­ками материала. Чем меньше значение , тем выше температура плавления материала, его прочность и твердость (табл. 2.11).

Следует отметить, что для поликристаллических твердых тел при сим­метричном строении кристаллической решетки (ОЦК, ГЦК) значения КТР для всех измерений равны - т.е. деталь изменяет свои размеры пропорцио­нально исходным:

(2.16)

где - изменение температуры (может быть как положительным при нагре­ве, так и отрицательном (при охлаждении).

 

Таблица 2.11— Значения КТР и его связь с другими свойствами основных материалов для судостроения и судоремонта

    Материал Свойства материалов
  КТР 10-61/град Температура плавления Тпл,   Твердость НВ, МПА
Вольфрам 4,4
Титан 8,2 140…220
Железо 14,0
Медь 16,5 37…42
Алюминий 24,3 16…19
Магний 26,0 30…40
Цинк 39,5

 

Для монокристаллов и кристаллов с несимметричной решеткой значения КТР, в зависимости от направления, могут заметно отличаться не только по величине, но и по знаку. Так, при нагреве кальцита СаСО3 по одному из на­правлений 001 = 25 -10-6, а по перпендикулярному к указанному = -6 10-6 . Это означает, что такой кристалл при нагревании расширяется по одной из осей координат и сжимается по 2-м другим.

Практическое значение теплового расширения материалов в судовой тех­нике чрезвычайно велико. Его наличие позволяет создавать компактные ре­гуляторы температуры с датчиками из биметалла (две пластинки из материа­ла с отличающимся КТР). Учет КТР необходим при создании подвижных со­пряжений - в противном случае вместо ожидаемого зазора получится схва­тывание деталей (т.н. "задир") по трущимся поверхностям и внезапный отказ СТС. Особенно важно это для топливной аппаратуры дизелей, в которой за­зоры часто находятся в пределах всего 0,006...0,015 мм.