Остаточные микронапряжения

Анализ на макроуровне предполагает, что основным структурным элементом материала является элементарный слой. Внутренние по отношению к слою микроструктурные напряжения проявляются только во влиянии на термоупругие, прочностные и другие характеристики слоя на макроуровне. Остаточных напряжений в однонаправленном материале на макроуровне не существует. Однако в слоистых материалах, армированных под различными углами, вследствие анизотропии модулей упругости и коэффициентов линейного расширения слоев, остаточные макронапряжения существуют и могут достигать значительной величины.

коэффициенты линейного расширения волокна и матрицы различные. Остаточные макронапряжения примерно постоянны внутри слоя. Они возникают потому, что температурные коэффициенты линейного расширения слоя различны в продольном и поперечном направлениях.

Чамиса [19]. Приведенные в ней результаты показывают, что на остаточные макронапряжения влияют такие факторы, как модуль упругости смолы, ее температурный коэффициент линейного расширения, объемное содержание пустот, неоднородность объемного содержания волокон по толщине композита и введение промежуточных слоев. В работе даны некоторые предложения по минимизации и (или) устранению остаточных макронапряжений.

Существующие характеристики качества поверхностного слоя (шероховатость поверхности, глубина и степень наклепа и остаточные макронапряжения) недостаточно полно отражают физическое состояние и напряженность металла поверхностного слоя и его связь с эксплуатационными свойствами детали.

НАКЛЕП, ОСТАТОЧНЫЕ МАКРОНАПРЯЖЕНИЯ И ШЕРОХОВАТОСТЬ ПОВЕРХНОСТИ

Остаточные макронапряжения. Остаточные макронапряжения определяли механическим методом, величину их рассчитывали по замеренным деформациям после разрезки и послойного удаления напряженных поверхностных слоев в образцах. Напряжения вычисляли по формулам акад. Н. Н. Давиденкова.

Остаточные макронапряжения определяли по кривой деформации образца при стравливании исследуемого поверхностного слоя. Кривую деформации строили на основании данных замеров толщины стравленного слоя и прогибов после каждого травления.

Остаточные макронапряжения, возникающие в процессе механической и электрической обработки. Величина, знак и характер распределения макронапряжений в поверхностном слое существенно зависят от вида и условий обработки и физико-механических свойств обрабатываемого металла. Поэтому результаты исследования влияния методов и режимов обработки на макронапряжения будут здесь рассматриваться применительно к тем видам обработки (резанию, механическому упрочнению и электрическим методам), которые использовали при исследовании поверхностного наклепа.

Точение. Остаточные макронапряжения после точения сплава ЭИ437А изучали в зависимости от режимов резания и износа резца по задней поверхности. При точении в поверхностном слое обычно возникают растягивающие тангенциальные макронапряжения, осевые напряжения в зависимости от режимов резания и износа резца могут быть как растягивающими, так и сжимающими (рис. 3.11— 3.13).

Механическое полирование. Остаточные макронапряжения после полирования изучали в зависимости от вида предшествующей обработки. Полирование осуществляли двумя методами: фетровыми кругами с наклеенными абразивными зернами (ручное полирование) и абразивной лентой (так называемое виброконтактное полирование).

Данные многочисленных опытов показывают, что остаточные макронапряжения не обнаруживаются в исследуемых сплавах и стали после электрохимической обработки, осуществленной с различной плотностью тока.

Композиты волокно — полимер отверждаются обычно при повышенных температурах. В процессе отверждения возникают остаточные микро- и макронапряжения [17]. Остаточные микронапряжения действуют внутри слоя в составляющих его компонентах. Они прежде всего появляются из-за того, что температурные

В разд. VI рассмотрены неизбежные в волокнистых композитах остаточные микронапряжения и влияние окружающей среды на прочность композита. Глава содержит также некоторые заключительные замечания по рассмотренным вопросам.

В процессе изготовления волокнистых композитов в компонентах и на границе раздела неизбежно возникают остаточные микронапряжения. Возникновение остаточных микронапряжений обусловлено двумя основными причинами: (1) различием в коэффициентах термического расширения компонентов и (2) повышенной температурой, необходимой для отверждения композита. Для исследования остаточных микронапряжений развиты и экспериментальные, и теоретические методы [10]. В настоящем разделе мы будем интересоваться величиной этих напряжений в связи с их возможным влиянием как на свойства матрицы в композите, так и на истинное напряженное состояние, вызванное приложенной механической нагрузкой.

— — остаточные микронапряжения 156-157

Остаточные микронапряжения II рода определяли (в лаборатории Г. М. Воробьева) по относительным величинам микроискажений решетки путем локального рентгеноструктурного анализа на установке ДРОН-1 в хромовом излучении. Анализу подвергали, участки вдоль перпендикулярной шву линии с шагом, равным 1 мм.

в зерне аустенита, питтинги не возникали. Деформация интенсивнее стимулировала питтингообразование на отожженной стали, несмотря на то что укрупнение зерна и повышение* пластичности -понизили упрочнение и уменьшили остаточные микронапряжения, т. е. несколько снизили среднюю по зерну меха-нохимическую активность. На более поздних стадиях деформации (начиная с 18%) появилась шероховатость поверхности вследствие облегченного скольжения в отожженной стали. Сдвиги развивались в первоначальных системах скольжения и образовали на поверхности крупные ступеньки (отчетливо наблюдался деформационный рельеф и уменьшение класса чистоты поверхности с 8 до 4), края которых обусловили рост числа питтингов на заключительной стадии динамического возврата.

При этом в результате хемомеханического эффекта благоприятно изменяются физико-механические свойства поверхностного слоя — уменьшаются микротвердость и остаточные микронапряжения. Для изучения изменения этих свойств после механохими-ческой обработки провели испытание в специальной камере образцов, вырезанных из стальных труб нефтяного сортамента. В качестве механического инструмента применяли вращающуюся металлическую жесткую щетку, позволяющую производить очистку в режиме микрорезания и копировать макронеровности поверхности. Силу прижатия щеток к обрабатываемой поверхности регулировали и поддерживали в пределах 50—80 МПа. Обработку образцов производили по сухой поверхности и с подачей травильного раствора, содержащего в 1 л 3—5 г сульфанола НП-3

Остаточные микронапряжения II рода определяли (в лаборатории Г. М. Воробьева) по относительным величинам микроискажений решетки путем локального рентгеноструктурного анализа на установке ДРОН-1 в хромовом излучении. Анализу подвергали участки вдоль перпендикулярной шву линии с шагом, равным 1 мм.

Различия в электрохимическом поведении металла (электрохимическая гетерогенность) оценивали начальными значениями локальных электродных потенциалов в различных зонах сварных соединений трубных малоуглеродистых сталей локально в каждой зоне сварного соединения с помощью капиллярного микроэлектрода (см. гл. IV). В качестве рабочей среды наряду с растворами хлорида натрия для повышения разрешающей способности использовали модельный электролит, а также дистиллированную воду. Оценку физико-механического состояния металла производили рентгеноструктурным анализом, путем измерения микротвердости, а также микроструктурными исследованиями. Микроискажения кристаллической решетки и эквивалентные им остаточные микронапряжения определяли на рентгеновском дифрактометре ДРОН-1 (при этом использовали методику определения изменения межплоскостных расстояний по уширению интерференционного максимума). Для определения начальных значений электродных потенциалов в насыщенных растворах солей и подтверждения характера зависимости, полученного в модельном электролите и дистиллированной воде, измеряли потенциалы в каплях насыщенного раствора NaCl. Капли наносили на подготовленную поверхность образца на участках шва, линии сплавления, околошовной зоны и основного металла. Исследования показали существенную неравномерность распределения физико-механических свойств и потенциалов и полную корреляцию между распределением физико-механических величин и электрохимической гетерогенности в сварном соединении (рис. 107): в зоне шва отмечался максимальный градиент потенциалов (кривые 1—7), максимальные значения микротвердости (кривые 8—10) и микро- и макронапряжений (кривые 11, 13 и 12, 14). Это свидетельствует о том, что физико-механическое состояние является причиной электрохимической гетерогенности сварного соединения, которая приводит к возникновению корро-

ее роста или убывания действуют дополнительно остаточные микронапряжения, обусловливая неупругое поведение материала [77].

При нагружении до точки А (рис. 4.17,а) и последующем снятии нагрузки в случае упругой разгрузки кривая, ограничивающая петлю гистерезиса, должна была бы следовать до прямой AF. Однако в силу того, что возникшие под действием пластической деформации остаточные микронапряжения, имеющие знак, противоположный знаку напряжений, которыми они были наведены, вызывают дополнительную упругую деформацию и тем самым нарушают линейность прямой разгрузки, т. е. разгружение фактически протекает по кривой АВ, определяющей модуль разгрузки Е, который меньше упругого модуля Е. В результате имеет место неупругая деформация Дбн, на величину которой уменьшается фактическая пластическая деформация в полуцикле. Такая же картина наблюдается и в полуцикле сжатия, с той лишь разницей, что при разгрузке со сжатия модуль разгрузки