Механического уравнения

Изменение состояния поверхностных слоев металла проявляется в виде пластической деформации и механического упрочнения, хемосорбции и диффузии из смазочной среды и образования вторичных структур. На эти процессы большое влияние оказывают поверхностно-активные вещества, раскрытию механизма взаимодействия которых с материалом поверхности посвящена специальная литература 126; 166].

Упрочнение отверстия может быть проведено за счет механического воздействия путем его протягивания в холодном состоянии [74, 75]. Испытания пластин толщиной 15 мм из алюминиевого сплава A7-U4SG-T651 на растяжение блоками нагрузок, имитирующих циклы земля—воздух-земля (ЗВЗ), показало, что в результате механического упрочнения возникает асимметричное распространение усталостной трещины по поверхности со стороны входной и выходной кромки отверстия (рис. 8.29). Этот эффект подтвержден результатами сравнения данных по изучению формы усталостных линий (фрактографически) и путем слежения за ростом трещины по поверхности образца. Стартовавшая от отверстия трещина сначала замедляется, а затем начинает постепенно ускоряться, как и в случае естественного зарождения усталостной трещины без упрочнения отверстия. Влияние упрочнения поверхности отверстия после протягивания материала без его нагрева выражается в существенном снижении эффективности циклической нагрузки в результате резкого увеличения закрытия берегов трещины [5]. Наиболее значительно эффект закрытия трещины проявляется в области асимметрии цикла нагружения R < 0,5. Применительно к алюминиевому сплаву А12650 напряжение раскрытия берегов трещины возрастало почти в 2 раза при асимметрии цикла R = -0,5. При этом снижение скорости роста трещины почти на порядок имело место уже при асимметрии цикла 0,1 в случае регулярного нагружения пластины толщиной 6 мм обычными циклами переменной нагрузки.

Современное понимание зарождения усталостных трещин в армированных волокнами металлах можно резюмировать следующим образом. Зарождение усталостных трещин в композитах отличается от зарождения усталостных трещин в металлах только тем, что, кроме свободных поверхностей, играющих роль мест зарождения трещин, новым источником усталостных трещин в композитах служат разорванные волокна. Эта проблема, естественно, является более острой для случая хрупких волокон, наличия хрупких покрытий на волокнах или хрупких продуктов реакций на поверхностях раздела. Важно, что зарождение трещин происходит во внутренних точках и не без труда поддается наблюдениям или контролю методами неразрушающих испытаний. Будут ли усталостные трещины зарождаться на самом деле у разорванных волокон или нет, зависит от величины соответствующего коэффициента интенсивности напряжений, который пропорционален диаметру волокна (длине начальной трещины) и амплитуде напряжений. Последующий рост трещин определяется упругими свойствами, пределом текучести и характеристиками механического упрочнения компонентов, а также прочностью границы раздела волокна и матрицы и ее микроструктурой.

Практика показала, что рекомендуемая СНиП П-28-73* полиэфирная смола ПНТ-2У не стойка к действию агрессивных сред, а ПН-1 может применяться лишь для механического упрочнения конструкций при изготовлении их из бипластмасс.

механического упрочнения — обдувки дробью, обкатки роликом, вибро- и гидрогалтовки.

3.7. Качество поверхностного слоя после механического упрочнения

Результаты изучения поверхностного наклепа после механического упрочнения исследуемых сплавов даны в табл. 3.7.

Глубину и степень наклепа, как.и другие параметры качества поверхностного слоя (шероховатости поверхности, технологических макронапряжений), после механического упрочнения определяли с целью последующего изучения влияния их на характеристики усталости, но не для установления зависимостей параметров качества поверхности от режимов упрочнения, так как эти зависимости изучены [43, 62]. Глубина и степень наклепа в исследуемых сплавах после механического упрочнения на заданных режимах обработки составляла: в сплаве ЭИ437А после обдувки дробью /1Н = 150-4-190 мкм, иа = 69-^76%; после обкатки роликом в сплавеЭИ437А hn = 140-нЗОО мкм, ин = 51-Н>5%, ав сплавах ЭИ617, ЭИ826 и ЭИ929 А„ = 25-4-225 мкм, ин = 27-н65%; после виброгалтовки в сплаве ЭИ437А hH = 50-И 00 мкм, ин = — 20-^-37%. Наклеп в титановом сплаве ВТ9 после виброгалтовки Ан == 80-И80 мкм, ин = 14ч-24 %, а после гидрогалтовки Лн = 20-н80 мкм и иа = 7,0-4-21,5%.

Доля участия только поверхностного наклепа в повышении усталости при изгибе с вращением после механического упрочнения гладких образцов стали составляет 65—75% и на остаточные сжимающие макронапряжения приходится 25—35% по данным И. В. Кудрявцева [43].

Незначительное использование методов термо-механического упрочнения объясняется не столько тем, что эта операция является завершающим этапом обработки, после которого невозможны другие виды обработки: формование, сварка и механическая обработка, сколько малой надежностью деталей, изготовленных из упрочненной до высоких значений 0В стали; слишком большой оказывается вероятность преждевременного разрушения высокопрочной стали. Эта вероятность возрастает с переходом к плоскому и тем более к объемному напряженному состоянию. При перепаде жесткостей, а также в случаях возникновения статически неопределимых напряжений, обусловливаемых требованиями совместности деформаций, особое значение имеет наличие различных повреждений поверхности и возможных отклонений от нормы состояния околоповерхностных слоев. Здесь приходится считаться с остаточными напряжениями растяжения, возникающими при обработке peaai нем, с наклепом при неисправном инструменте или нарушением рекомендуемых скоростей резания, подачи и т. д., дополнительно повышающим прочность и снижающим пластичность; с местным термическим воздействием, возникающим при нарушении режимов шлифования; с геометрией поверхности, представляющей при невысоком классе чистоты сетку перекрещивающихся рисок, переходящих зачастую в микронадрывы; со всевозможными механическими повреждениями — вмятины, забоины, закаты, царапины, внедрившиеся дробинки (при дробеструйной обработке), клейма различного происхождения, очаги коррозии, искры электроразрядов, загрязнение поверхности металлами, жирами, щелочами и т. д. и т. п.

Практическая бесплодность дальнейших уточнений легирующего состава конструкционных марок стали и вместе с ней необходимость решения комплексной проблемы повышения прочности и надежности путем упрочняющей обработки выдвинули в начале 60-х годов на первый план задачу улучшения металлургического качества стали. Многочисленными исследованиями было показано, что серьезным препятствием к использованию возможностей термического, а равно и термо-механического упрочнения стали являются ее дефекты металлургического происхождения: неметаллические включения, газы, анизотропия (неодинаковость) механических свойств, ликвационные образования, дефекты кристаллизационного строения.

ниями о закономерностях развития пластической деформации на разных этапах ползучести. Такую дополнительную информацию можно получить с помощью механического уравнения состояния и уравнений температурно-силовои зависимости характеристик жаропрочности, в которых отражена закономерность накопления деформации и повреждений на разных стадиях процесса.

Все полученные здесь безразмерные комплексы: Fr, Re, Ш2, Ей вытекают из чисто механического уравнения Навье — Стокса. Обратимся теперь к уравнению энергии, входящему в систему (4-25).

4.3.1. Случай, когда возможно применение механического уравнения состояния...................... 119

4.3.2. Случай, когда невозможно применение механического уравнения состояния..................... 126

4.3.1. Случай, когда возможно применение механического уравнения состояния

с помощью механического уравнения состояния (t = 11 520 мин) F55I:

Приведенные данные свидетельствуют, что при медленном циклическом изменении напряжения со сравнительно длительным периодом (10 мин — 96 ч) и при сравнительно малой амплитуде напряжения возможно использование механического уравнения состояния.

На рис. 4.32 штриховыми линиями показаны расчетные кривые ползучести, а на рис. 4.33, в — соотношение между эквивалентным статическим напряжением ае и временем t. Экспериментальные результаты хорошо объясняются с помощью эквивалентного статического напряжения. Следовательно, динамическая ползучесть при циклических напряжениях высокой частоты также хорошо описывается с помощью механического уравнения состояния. Применяя уравнение (4.87) построили диаграмму са—ат в безразмерных величинах (рис. 4.34, а).

при постоянном напряжении (сталь с 0,15 % С, а = 200 МН/мг, р = 24 ч) [66, 67]: / — экспериментальные данные; 2 — величины, рассчитанные с помощью механического уравнения состояния; 3 — т/р = 91,8 %; 4 — 50,0 %; 5 — 8,3 %

релаксацией. Анализ этого явления осуществляли, как и явления динамической ползучести, с помощью механического уравнения состояния твердого тела [61—63]. На рис. 4.36 показан пример такого анализа.

Если амплитуда напряжений мала по сравнению со средним напряжением, то в высокочастотной области [64] (при частоте более нескольких десятков циклов в минуту) при динамической релаксации наблюдаются такие же характерные особенности, как и при описанной выше динамической ползучести. В низкочастотной области (когда период изменения напряжений составляет более нескольких минут) наблюдаются характерные особенности ползучести, возникающей при циклическом напряжении (см. рис. 4.30 и 4.31). В обоих случаях деформация ползучести может быть определена с помощью механического уравнения состояния. Хотя в промежуточной области (между высокочастотной и низкочастотной областями) экспериментальных данных не получено и поэтому определенных выводов сделать невозможно, тем не менее можно считать, что характеристики деформации ползучести подобны описанным.