Напряжения превышают

Поверхности вращения упрочняют обкатыванием стальными закаленными роликами. Силу прижатия ролика выбирают с таким расчетом, чтобы создать в поверхностном слое напряжения, превышающие предел текучести материала в условиях всестороннего сжатия (для сталей 500 — 600 кгс/мм2 по Герцу).

Особенность прессовых соединений состоит в том, что они еще до приложения рабочих нагрузок преднапряжены силами натяга на посадочной поверхности, причем в охватывающей детали возникают неблагоприятные для прочности трехосные напряжения растяжения. При сложении предварительных напряжений с рабочими могут возникнуть напряжения, превышающие предел текучести материала, вследствие чего соединение выходит из строя.

Работа машинного агрегата сопровождается динамическими воздействиями его.на окружающую среду. При относительном движении звеньев усилия в кинематических парах изменяются, что приводит к переменному нагружению стойки механизма. Вследствие этого фундамент, на котором установлен машинный агрегат, испытывает циклически изменяющиеся по величине и направлению силы. Эти силы через фундамент передаются на несущие конструкции здания, соседние машинные агрегаты и приборы и приводят к колебаниям и вибрациям. Неравномерность движения звеньев механизмов приводит к возникновению дополнительных сил инерции. Эти силы увеличивают колебания и вибрации звеньев механизма и машины в целом и сказываются на точности их работы. Если амплитуда колебаний достаточно велика (например, при работе в зоне резонанса), то в деталях звеньев возникают напряжения, превышающие допускаемые, что приводит к их разрушению. Вибрации — это причина выхода из строя деталей самолетов и вертолетов, элементов газовых и паровых турбин, неточностей в работе станков, роботов и т. п.

Кроме поломок в ряде случаев наблюдается разрушение рабочих поверхностей деталей, вызываемое так называемыми контактными напряжениями. Контактными называются напряжения в месте соприкосновения двух деталей, когда площадки касания малы по сравнению с размерами детали. При статическом характере нагружения контактные напряжения, превышающие допускаемые значения, приводят к появлению на поверхности деталей вмятин и трещин.

Усталостное выкрашивание является наиболее частой причиной выхода из строя колес закрытых зубчатых передач, работающих с обильной смазкой. Переменные контактные напряжения, превышающие предел выносливости, приводят к образованию на поверхности зубьев микротрещин. На рис. 32.12 показано направление микротрещин на поверхности ведущих и ведомых зубьев. При работе зубчатой передачи в микротрещины попадает масло. Силы, действующие в зацеплении, повышают давление масла, находящегося в трещине, расположенной на поверхности ножки зуба, в результате чего размеры ее увеличиваются и в конечном счете 'происходит отслаивание и выкрашивание кусочков металла (рис. 32.14, а).

Эмиссия, связанная с деформацией кристаллической решетки, проявляется в виде сигналов небольшой амплитуды с характеристиками, близкими к белому шуму. Разрывы материалов в области, испытывающей напряжения, превышающие предел упругости, вызывают появление импульсов эмиссии с большой амплитудой.

АЭ, связанная с деформацией кристаллической решетки, проявляется в виде сигналов небольшой амплитуды с характеристиками, близкими к белому шуму. Разрывы материалов в области, где действуют напряжения, превышающие предел упругости, вызывают появление импульсов с большой амплитудой.

При циклическом изгибе в поверхностных слоях металла штанг возникают значительные циклические деформации и напряжения, превышающие его предел текучести и способствующие интенсивному развитию коррозионно-усталостных процессов в условиях малоцикловой коррозионной усталости.

Кажущееся некавитационное поражение может быть вызвано кавитацией. Например, при быстром радиальном движении шейки в смазывающей пленке 'Образуются полости с большим давлением. Возникают местные напряжения, превышающие предел усталости материала подшипника. Это вторичное разрушение является усталостным.

Согласно расчетам (рис. 13), давление метана в этих условиях может достигать больших значений, в результате чего возникают напряжения, превышающие прочность металла. Период времени, когда происходят локализованные реакции и накопление продуктов реакции, но с не наблюдается заметного снижения прочностных и пла- js стических свойств стали, является первым этапом обезуглероживания, называемым индукционным периодом.

Нами проведено комплексное изучение поведения аустенит-ных сталей при нагреве и малоцикловом нагружении на установке ИМАШ-22-71 [2]. Испытания осуществлялись при одночастотном малоцикловом нагружении (частота 1 цикл/мин) по схеме одноосного растяжения — сжатия на образцах сталей Х18Н10Т и ОХ18Н10Ш при 650° С (температуре интенсивного деформационного старения). При построении кривых усталости (о — N) были выбраны значения амплитуды напряжения, превышающие предел текучести материала. Деформационное упрочнение в указанных условиях испытания определялось изменением напряжений и деформаций; при этом упрочнение за каждый цикл характеризуется шириной петли гистерезиса. Ранние стадии усталости сопровождаются наибольшей шириной петли упругопластического гистерезиса, которая затем интенсивно уменьшается в пределах первых 10 циклов нагружения, достигая установившегося значения. Перед разрушением вновь имеет место расширение петли гистерезиса.

проводят к понижению прочности и пластичности металла, т. е. к его охрупчиванию. Если сварочные напряжения превышают прочность металла в указанном состоянии, то образуются холодные трещины.

Переменные напряжения (растягивающие, первого рода), в том числе и знакопеременные напряжения, как известно, вызывают явление усталости металлов. Если переменные напряжения превышают „величину предела усталости металла, то через некоторое число циклов переменных нагружений, которое тем меньше, чем больше напряжения, развиваются трещины усталости и деталь разрушается (кривая 1 на рис. 233). Ниже определенного значения переменного напряжения (предела усталости) металл не разрушается даже при очень большом числе циклов, так как это напряжение является асимптотой для кривой усталости.

При закалке стали одновременно возникают как тепловые, так и структурные напряжения, которые суммируются (рис. 136, в). В данной схеме тепловые напряжения превышают структурные, поэтому на поверхности образовались сжимающие напряжения. Однако в зависимости от соотношения между тепловыми и структурными напряжениями могут получиться различные эпюры суммарных напряжений, а в поверхностных слоях напряжения могут иметь раз-

На рис. 285, в представлено подсчитанное по этой формуле отношение оу'ар в функции s/d для различных коэффициентов трения fi. Суммарные напряжения существенно превышают егр только при высоких значениях/i, слабо возрастая с увеличением sfd. При обычном значении /i = 0,15 и при s/d = 0,12 суммарные напряжения превышают сгр только на 20%.

Первоначально следует принять Kei = YM = 1. Если при этом действующие напряжения превышают допускаемые, производят уточняющий расчет.

При выводе критерия Гриффитса использовались допущения, неприемлемые с точки зрения современных представлений о разрушении металлов. Главное, что вызывает возражения,— это игнорирование пластической деформации, хотя бы локальной, до и во время развития трещины. На самом деле такая пластическая деформация в металлах всегда предшествует зарождению трещины и проходит в более или менее узкой зоне у вершины трещины, где напряжения превышают значения, необходимые для начала пластической деформации. Таким образом, поскольку в металлических материалах невозможно идеально хрупкое разрушение, критерий Гриффитса требует изменений. Простейшим из них является замена ys на

зи, концентрируются главным образом на границах неоднородностей. Разрывы отдельных связей приводят к образованию микротрещин, длина которых имеет порядок диаметра зерна. Микротрещины обычно локализуются вблизи существующих в материале дефектов или надрезов. Размер зоны разрыва межатомных связей имеет порядок 10"'° м. Разрушение межатомных связей в какой-то одной плоскости приводит к образованию новой плоскости разрушения. Разрыв межатомных связей в плоскости, перпендикулярной направлению действия нагрузки, проявляется в разрушении материала, носящем название нормального отрыва (рисунок 2.1.12). Разрыв межатомных связей в плоскости, параллельной направлению действия нагрузки, приводит к сдвиговому разрушению (рисунок 2.1.13). Во всех случаях разрушение происходит лишь тогда, когда локальные напряжения превышают когезионную прочность материала, соответствующую примерно 0,1 модуля упругости.

Одним из механизмов массообменного процесса между слоями является ротационный. Суть его в следующем. За движущимся микровыступом возникают растягивающие напряжения. Если эти напряжения превышают предел текучести материала, появляется микротрещина. Происходит перераспределение напряжений, фрагменты деформированного слоя превращаются в "катки", и возникает как бы турбулизация материала поверхностного слоя с интенсивным массообменом. Такие "катки" называют молями. При качении они приобретают сферическую форму и, перекатываясь, разрыхляют подповерхностный слой материала (рис. 4.7). При перекатывании происходит дальнейшее диспергирование молей, часть из них выносится за пределы области контакта, т.е. происходит изнашивание материала.

Под действием нагрузки теоретический точечный или линейный контакт вследствие деформации материала детали превращается в контакт по небольшой площадке, обычно имеющей форму круга, эллипса или прямоугольника. Контактные напряжения, обычно циклические, могут достигать большой величины и приводить к усталостному разрушению рабочих поверхностей зубьев колес, колец шарикоподшипников, кулачков и других деталей. Если контактные напряжения превышают допускаемые значенья,

При выводе критерия Гриффитса использовались допущения, неприемлемые с точки зрения современных представлений о разрушении металлов. Главное, что вызывает возражения, — это игнорирование пластической деформации, хотя бы локальной, до и во время развития трещины. На самом деле такая пластическая деформация в металлах всегда предшествует зарождению трещины и проходит в более или менее узкой зоне у вершины трещины, где напряжения превышают значения, необходимые для начала пластической деформации. Таким образом, поскольку в металлических материалах невозможно идеально хрупкое разрушение, критерий Гриффитса лребует изменений. Простейшим из них является замена ys на

зи, концентрируются главным образом на границах неоднородностей. Разрывы отдельных связей приводят к образованию микротрещин, длина которых имеет порядок диаметра зерна. Микротрещины обычно локализуются вблизи существующих в материале дефектов или надрезов. Размер зоны разрыва межатомных связей имеет порядок 10"'° м. Разрушение межатомных связей в какой-то одной плоскости приводит к образованию новой плоскости разрушения. Разрыв межатомных связей в плоскости, перпендикулярной направлению действия нагрузки, проявляется в разрушении материала, носящем название нормального отрыва (рисунок 2.1.12). Разрыв межатомных связей в плоскости, параллельной направлению действия нагрузки, приводит к сдвиговому разрушению (рисунок 2.1.13). Во всех случаях разрушение происходит яишь тогда, когда локальные напряжения превышают когезионную прочность материала, соответствующую примерно 0,1 модуля упругости.