МЕХАНИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА ВЕЩЕСТВ И КОНСТРУКЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ
В буровом оборудовании применяет разнообразные вещества и конструкционные материалы. Приводимые ниже сведения об их механических свойствах почерпнуты, главным образом, из работы [1], однако использовались и другие источники. Более подробные данные представлены для тех материалов, которые чаще применяют в разведочном бурении.
Плотность некоторых твердых веществ, материалов, минералов и горных пород
|
Вещество |
Плотность р, 103 юг-м-3 |
Вещество |
Плотность р, 103 кг-м’-* |
|
Алмаз |
3,52 |
Корунд |
4,02 . |
|
Алюминий |
2,71 |
Кремень |
2,46—2,75 |
|
Алюминий кованый |
2,75 |
Латунь: |
|
|
Алюминий литой |
2,55-2,6 |
литая |
8,3—8,6 |
|
Алюминиевые литейные |
2,5 -2,94 |
тянутая |
8,43—8,73 |
|
сплавы |
Лед |
0.9 |
|
|
Апатит |
3,16—3,27 |
Линолеум в рулонах |
1,15—1,3 |
|
Асбест листовой (картон) |
1,2 |
Липа сухая |
0,44— 0,8 |
|
Баббит: |
Магний |
1,74 |
|
|
Б83 |
7,46 |
Магниевые сплавы |
1,76— 1,83 |
|
БН, БТ, Б16 |
9,73 |
Магнетит |
5,17 |
|
Б6 |
10,04 |
Малахит |
3,9-4,03 |
|
Базальт |
2,22—2,85 |
Материалы антифрикци |
5,5—7 |
|
Барит |
4,3—4,7 |
онные металлокерами |
|
|
Береза воздушно-сухая |
0,5—0,8 |
ческие |
|
|
Бетон |
-2,2 |
Медь: |
|
|
Бронза: |
чистая |
8,93 |
|
|
алюминиевая |
7,7—82 |
красная литая |
8,5—8,9 |
|
бериллиевая |
8,23 |
красная кованая и про |
8,9—9 |
|
марганцовистая |
7,63 |
катная |
|
|
оловянистая |
8,7—8,9 |
красная в проволоке |
8,93—8,95 |
|
оловянно-цинковая |
8,8 |
электротехническая |
8,9—8,95 |
|
Свинцовистая |
9,4 |
Мел |
2,56—2,8 |
|
Бук белый сухой |
0,62—0,82 |
Мергель |
2,58—2,8 |
|
Бумага хлопчатобумаж |
1,5 |
Молибден |
10,03 |
|
ная сухая |
Мрамор |
2,68—2,72 |
|
|
Плутоний |
19,84 ’ |
Набивка пеньковая сухая |
0,5—0,6 |
|
Пробковая кора |
0,15 |
Стеклопластик |
1,6—1,7 |
|
Пробка |
0,22—0,26 |
Сурьма |
6,69 |
|
Резина |
1,1 —1,5 |
Тальк |
2,7—2,8 |
|
Свинец |
11,34 |
Тантал |
16,6 |
|
Серебро |
10,4—10,7 |
Титан |
4,54 |
|
Сиенит |
2,57—2,65 |
Топаз |
3,4—3,55 |
|
Слюда |
2.6—3,2 |
Уголь каменный |
1,4 |
|
Сплавы твердые воль |
13.9—15,4 |
Уран |
19,07 |
|
фрамокобальтовые |
Фанера березовая |
0,7—0,8 |
|
|
Сплавы твердые титано |
6,5—13,6 |
Фарфор |
2,2—2,5 |
|
вольфрамовые |
Фибра |
1,3—1,5 |
|
|
Сосна сухая |
-0,5 |
Флюорит |
3,01—3,25 |
|
Соль каменная |
2.4—2,7 |
Халькопирит |
4,1—4.3 |
|
Сталь: |
Хром |
7,14 |
|
|
углеродистая и леги |
7,65—7,85 |
Целлулоид |
1,4 |
|
рованная |
Цемент |
2,6—3,2 |
|
|
хромоникелевая* |
7,7—7,9 |
Цинк |
7,13 |
|
хромистая |
7,55—7,75 |
Чугун |
6,8-*7,7 |
|
Стекло: |
Шеелит |
5,8—6,2 |
|
|
оконное |
2,4—8 |
Эбонит |
1,15 |
|
кварцевое |
2,2 |
Электрон — |
1,8 |
|
Войлок технический |
0,32—0,39 |
Ясень сухой |
0,6—0,95 |
|
Вольфрам |
19,1 Г |
Наждак |
4л; , |
|
2 3477 |
* *ч / 3 17 |
||
|
& A U & 5 |
1 ■ |
W..-‘ V->‘t |
|
Вещество |
Плотность р, 103 кг-м-3 |
Вещество |
Плотность р. 103 кг-м 3 |
|
Вяз сухой |
0,63 |
Никель: |
|
|
Г аббро |
2,75—3,1 |
литой |
8,35 |
|
Галенит |
7,5—7,15 |
прокатный |
8,6—8,9 |
|
Гипс |
2,31-2,48 |
Олово: |
|
|
Глина |
1,2 2,78 |
литое |
7,2 |
|
Г ранит |
2,55— 2,67 |
прокатное |
7,3—7,5 |
|
Г рафит |
2,09—2,25 |
Опока |
1—1,6 |
|
Диабаз |
2,62—2,95 |
Песчаник |
2—2,9 |
|
Доломит |
2,76—2,88 |
Пирит |
4,91-5,02 |
|
Дуб воздушно-сухой |
0,6—0,8 |
Пластмассы: |
|
|
Дунит |
2,66—3,2 |
фенопласты |
1,35 -1,9 |
|
Дюралюминий |
2,64—2,9 |
фаолиты |
1,5—1,6 |
|
Ель воздушно-сухая |
0,37—0,75 |
аминопласты |
1,4—1,5 |
|
Железо чистое |
7,87 |
м очевин оп ласты |
1,4—1,5 |
|
Золото |
19,25—19,35 |
углеграфитовые анти |
1,5—3,1 |
|
Известняк |
2,62—2,8 |
фрикционные матери |
|
|
Иридий |
22.4 |
алы |
|
|
Кадмий литой |
8,54—8,57 |
полиэтилен |
0,92—0,97 |
|
Картон прокладочный |
0,75—0,1 |
полипропилен |
0,9—0,92 |
|
непро питанный |
винипласт |
1,35 — 1,43 |
|
|
Каучук естественный |
0,9—0,92 |
фторопласт |
2,1—2,3 |
|
Кварц |
2,65 |
пентапласт |
1,4 |
|
Керамика кислотоупор |
2,1— 2,3 |
полистирол |
1,05—1,1 |
|
ная |
полиамиды |
1,09—1.5 |
|
|
Клен сухой |
0,53—0.81 |
полиформальдегид |
1,42 |
|
Кожа |
0,85- 1 |
этрол |
1,07—2,0 |
|
Кокс |
0,6 |
Плексиглаз |
1,2 |
|
Таблица 2.2 |
|
Таблица 2.3 Плотность некоторых газообразных веществ (при 0° С и 101,3 нПа)
|
|
Плотность некоторых жидкостей (при 20° С)
|
| Таблица 2.4
: Ориентировочные значения коэффициентов трении скольжении
|
Коэффициент трения |
||||
|
Материалы трущихся тел |
покоя |
движения |
||
|
насухо |
со смазкой |
насухо |
со смазкой |
|
|
Металл по металлу: |
||||
|
сталь—сталь |
0,15 |
0,1 0,12 |
0,15 |
0,05 0,1 |
|
сталь —мягкая |
— |
— |
0,20 |
0,1- 0,2 |
|
сталь |
||||
|
сталь—чугун |
0,3 |
— |
0,18 |
0,05- 0,15 |
|
мягкая сталь — чугун |
0,2 |
— |
0,18 |
0,05- 0,15 |
|
сталь —бронза |
0,12 |
0,08—0,12 |
0,1 |
0,07—0,1 |
|
мягкая сталь—бронза |
0,2 |
— |
0,18 |
0,07—0,15 |
|
чугун—чугун |
— — |
0,18 |
0,15 |
0,07—0,12 |
|
чугун — бронза |
— |
— |
0,15—0,2 |
0,07 —O. i 5 |
|
бронза —бронза |
— |
0.1 |
0.2 |
0,07 0,1 |
|
Металл по дереву: |
||||
|
мягкая сталь—дуб |
0,6 |
0,12 |
0,4—0,6 |
0,1 |
|
мягкая сталь — вяз |
— |
— |
0,25 |
— |
|
чугун—дуб |
0,65 |
— |
0,3— 0,5 |
0,2 |
|
чугун—вяз, тополь |
— |
— |
0,4 |
0.1 |
|
бронза—дуб |
0,6 |
— |
0,3 |
— |
|
Некоторые другие пары: |
0,2—0,25 |
|||
|
сталь—текстолит |
— |
0,17 0,22 |
0,02—0,06 |
|
|
сталь—асбест |
0,3—0,37 |
— |
0,25- 0,35 |
— |
|
дерево—дерево |
0,4—0,65 |
0,1 |
0,2 -0,5 |
0,07 -0,15 |
|
кожа лицевой стороной — |
0,6 |
— |
0,3 -0,5 |
— |
|
дуб |
0,47 |
0,27 |
||
|
кожа—другое дерево |
— |
•s-Ti |
||
|
кожа —- металл |
0,3—0,5 |
0,15 |
0,6 |
0,15 |
|
кожа—серый чугун |
0,56 |
— |
0,28 |
0,12 |
|
резина—чугун |
— |
— |
0,8 |
0,5 |
|
пеньковый канат—дуб |
0,8 |
— |
0,5 |
— |
|
сталь—лед |
— |
— |
— |
0,014 |
|
автомобильная шина — |
0,55 |
— |
0,5 |
0,2 |
|
мостовая |
||||
|
автомобильная шина — |
0,55 |
— |
0,3 |
0,15 |
|
асфальт |
||||
|
Металл по горной породе: |
||||
|
сталь—антрацит |
0,84 |
— |
0,29 |
— |
|
сталь—бурый |
1.0 |
— |
0,58 |
— |
|
уголь |
1,4 |
|||
|
сталь—руда |
— |
0,7 |
— |
|
|
сталь—песок |
0 1/1 1 1 о 00 |
— |
0,4 0,7 |
— |
|
твердый сплав—габбро |
— |
— |
0,52—0,65 |
— |
|
твердый сплав — мрамор |
— |
— |
0,3 0,6 |
— |
|
твердый сплав—хранит |
— |
— |
0,55 -0,65 |
— |
|
твердый сплав—глина |
-— |
— |
0.12—0,2 |
— |
|
твердый сплав—глинис |
— |
— |
0,15—0,25 |
— |
|
тый сланец |
||||
|
твердый сплав—мергель |
— |
у— |
0,18—0,27 |
— |
|
твердый сплав—известняк |
— |
— |
0,3—0,4 |
|
|
твердый сплав—доломит |
— |
— |
0,25—0,4 |
— |
|
Коэффициент трения |
||||
|
Материалы трущихся тел |
покоя |
движения |
||
|
насухо |
со смазкой |
насухо |
со смазкой |
|
|
твердый сплав— песчаник |
— |
0,3-0,5 |
— |
|
|
алмазная коронка—гранит |
— |
— |
0,16—0,3 |
— |
|
алмазная коронка — пес |
— |
— |
0,2—0,36 |
— |
|
чаник породоразрушающий инс |
0,2—0,7 |
— |
© 1 1 о © Ui |
— |
|
трумент—крепкая горная порода породоразрушающий инс |
0,1 -0,4 |
0,05—0,25 |
||
|
трумент—мягкая горная порода Горная порода — горная порода: гранит (без обработки) — |
0,3—1,5 |
0,2—1,2 |
||
|
гранит песок — песок |
0,4—0,9 |
— |
0,3—0,8 |
— |
|
Примечание. Для трущихся пар породоразрушающий инструмент—горная порода, включая алмазный и твердосплавный инструмент, пределы изменения коэффициента трения указаны для случаев наличия в скважине промывочной жидкости и сухого трения (нижние и верхние значения соответственно). |
|
Материал подшипника |
Коэффициевт трения |
|
Серый чугун |
0,15- -0,2 |
|
Антифрикционный чугун |
0,12—0,15 |
|
Бронза |
0,1 — 0,15 |
|
Баббитовая заливка |
0,07—0,12 |
|
Текстолит |
0,15—0,25 |
|
Полиамиды, капрон |
0,15 -0,2 |
|
Нейлон |
0,10—0,2 |
|
Пластик древесный сло |
0,15—0,25 |
|
истый |
|
|
Фторопласт без смазки |
0,04—0,06 |
|
Резина при смазке водой |
0,02—0,06 |
|
Таблица 2.5 |
|
Коэффициенты трения при слабой смазке дли стального вала но подшипникам |
|
Коэффициенты трения скольжении но стали броизы Бр. СЗО и подшипниковых пластмасс |
|
1 Материал |
Коэффициент трения |
|
Бронза Бр. СЗО |
0,004 |
|
Нейлон |
0,03—0,055 |
|
Древесный слоистый |
|
|
пластик ДСП-5 при смаз |
|
|
ке: |
|
|
минеральным маслом |
0,04—0,08 |
|
водой |
0,01—0,05 |
|
Лигнофоль |
0,004 |
|
Таблица 2.6 |
В табл. 2.12 представлены данные о модулях деформации первого (Е) и второго (G) рода и коэффициенте Пуассона |д для некоторых конструкционных материалов.
|
Коэффициенты восстановления к при ударе (для т«- л м/с) |
Коэффициенты трения и износ капрона и металлов
|
Материал |
Коэффициент трения |
Абсолютный износ, 10-6 кг |
|
Капрон |
0,055 |
2 |
|
Бронза Бр. |
0,158 |
22 |
|
ОЦС6-6-3 |
||
|
Латунь Л-63 |
0,127 |
54 |
|
Сталь 45 |
0,113 |
33 |
|
Таблица 2.9 |
Ориентировочные значения коэффициентов i. трения качении для катка на плоскости
|
Материал соприкасающихся тел |
м |
|
Мягкая сталь—мягкая |
5 10’s |
|
сталь |
|
|
Закаленная сталь—зака |
1 10 ~s |
|
ленная сталь |
|
|
Чугун—-чугун |
5-10‘s |
|
Дерево—сталь |
(Зч-4)10 4 |
|
Дерево—дерево |
(5ч-8)10-4 |
|
Таблица 2.11 |
|
Таблица 2.8 Коэффициент сопротивления движению
|
|
Соударяемая пара. |
к |
|
Дерево по дереву |
0,5 |
|
Пробка по дереву |
0,556 |
|
Слоновая кость по сло |
0,889 |
|
новой кости |
|
|
Сталь по стали |
0,555 |
|
Стекло по стеклу |
0,938 |
|
Таблица 2.10 |
|
Скорость звука в различных средах
|
|
1 При 0 °С. |
Приближенные значении модулей деформации и коэффициента Пуассона для некоторых конструкционных материалов
|
Материал |
Е, Ю5 Па |
G, 105 Па |
Ц |
|
Сталь малоуглеродистая и вы |
20—21 |
00 1 00 |
0,28 |
|
соколегированная Сталь с большим содержанием |
<22 |
8,5 |
0,29 |
|
yi лсрида Чугун серый, белый, ковкий |
8—16 |
4,5 |
0,22—0,27 |
|
Чугун модифицированный |
9—16 |
— |
— |
|
Медь техническая |
11 — 13 |
4,9 |
0,35 |
|
Бронза |
11—9 |
— |
|
|
Латунь |
9—14 |
3,5-3,7 |
0,32—0,42 |
|
Алюминиевые сплавы |
7,2 |
2,7 |
0,26—0,33 |
|
Магниевые сплавы |
4,2 |
1,6 |
0,25—0,3 |
|
Никель |
20 |
7,5 |
0,33 |
|
Цинк катаный |
8 |
3,2 |
0,27 |
|
Свинец |
1,6 |
0,7 |
0,44 |
|
Известняк, гранит |
4,2-4,9 |
— |
0,16—0,18 |
|
Бетон при пределе прочности (100ч-200) 10s Па Железобетон обычный (сжа |
1,8—4,3 |
||
|
тые элементы) Железобетон обычный (изги |
М-2,7 |
_ |
_ |
|
баемые элементы) Дерево: вдоль волокон |
0,09—0,14 |
0,045—0,065 |
|
|
поперек волокон |
0,04—0,1 |
0,045—0,065 |
— |
|
Фанера авиационная 1 сорта: вдоль волокон |
0,13 |
0,08 |
— |
|
поперек волокон |
0,065 |
— |
— |
|
Текстолит, фибра |
0,06—0,1 |
0,22 |
— |
|
Стекло |
5—7 |
0,21—0,23 |
0,24—0,27 |
|
Оргстекло |
0,2—0,3 |
— |
0,35—0,38 |
|
Целлулоид |
0,15—0,25 |
О 0 1 © |
0,4 |
|
Каучук |
0,0008 |
— |
0,47 |
|
Кирпичная кладка |
0,25—0,3 |
— |
— |
|
Алюминий |
7,1 |
2,6 |
0,34 |
|
Вольфрам |
39 |
0,29 |
|
|
Германий |
8,1 |
— |
0,31 |
|
Иридий |
52,8 |
— |
0,26 |
|
Серебро |
— |
2,8 |
— |
|
Фарфор |
5,8 |
— |
0,23 |
|
Примечание. Цифры, указанные в таблице (без умножения на 105), примерно соответствуют значениям модулей в кгс/см2 |
С целью большего удобства в пользовании последующими таблицами в табл. 2.13 приведен перечень основных принятых обозначений.
В табл. 2.14—2.20 представлены данные о механических свойствах различных конструкционных материалов.
В табл. 2.21 и 2.22 указан перечень государственных стандартов на стальные и алюминиевые профили, выпускаемые в нашей стране. 22
Механические свойства материалов. Основные принятые обозначения
|
Обозначения |
Термины |
|
о. |
Предел прочности при растяжении (временное сопротивление), Па |
|
От |
Предел текучести, Па |
|
0-1 |
Предел выносливости при изгибе с симметричным циклом, Па |
|
[о р] |
Допускаемое напряжение, Па: |
|
при растяжении |
|
|
[<?„,] |
при изгибе |
|
[^сж ] |
при сжатии |
|
[°см 1 |
при смятии |
|
[Тср J |
при срезе |
|
[т«Р] |
при кручении |
|
Твердость, Па: |
|
|
11В |
по Бринеллю |
|
HRC |
по Роквеллу (шкала С) |
|
8з |
Относительное удлинение при разрыве, %, короткого образца длиной, равной пяти диаметрам |
|
Механические свойства углеродистой стали обыкновенного качества группы А |
Примечание. Во всех последующих таблицах настоящего раздела соответствующие напряжения даны в основных единицах СИ, т. е. в паскалях. Цифровые данные, однако, представлены в виде произведения определенного числа на коэффициент 105 или 107. Таким образом, число без коэффициента представляет собой напряжение в привычной технической системе единиц, т. е. в кгс/см2 или в кгс/мм2. При переводе предполагалось, что 1 кгсда 10 Н. Следовательно, представленные в таблицах данные несколько завышены (примерно на 2%).
|
Марка стали |
о., 107 Па |
от, 107 Па |
|
СтО |
>31 |
_ |
|
Ст1 |
31—50 |
— |
|
Ст2 |
32—44 |
19—23 |
|
СтЗ |
37—49 |
21—25 |
|
Ст4 |
41—54 |
23—27 |
|
Ст5 |
50—64 |
26—29 |
|
Стб |
>60 |
30—32 |
|
Таблица 2.14 |
Примечания. 1. Помимо сталей группы А, поставляемых по механическому составу, сталь обыкновенного качества подразделяется также на группу Б, поставляемую по химическому составу, и группу В, поставляемую по механическим свойствам и химическому составу. 2. Для обозначения степени раскисления к марке стали добавляют индексы: кп—кипящая, пс—полуспокойная, сп—спокойная. 3. Предел текучести указан для толщины стали от 0,02 до 0,1 м и выще. Чем толще сталь, тем ниже предел текучести.