Остаточных деформаций

По-видимому, остаточные внутренние напряжения, возникающие при формировании покрытия, играют двоякую роль при возникновении и распространении усталостных трещин. Если в покрытии и приповерхностных слоях основного металла имеются сжимающие остаточные напряжения, то они увеличивают долговечность, задерживая зарождение и распространение усталостных трещин. При образовании напряжений растяжения (что происходит чаще), неблагоприятных с точки зрения конструктивной прочности, разрушение образца ускоряется вследствие усиления напряженности состояния и инициирования трещинообразования.

Остаточные внутренние напряжения

Причины нестабильности геометрической формы, размеров и физико-механических свойств металлических деталей. Причинами нестабильности геометрических свойств металлических деталей в основном являются наличие и постепенная релаксация внутренних напряжений и структурная нестабильность. Так, например, непостоянство размеров некоторых деталей машин (специальных осей, подпятников и т. п.), имеющих простую форму и высокую твердость, определяется преимущественно структурным фактором. На стабильность размеров деталей типа корпусов, каркасов, тонкостенных обечаек и т. п., имеющих сложную форму, часто недостаточную жесткость, основное влияние оказывают остаточные внутренние напряжения. Остаточные внутренние напряжения подразделяются (в порядке убывающей значимости) на фазовые или структурные, тепловые (термические), первичные усадочные (в отливках), возникающие в результате механического наклепа и вследствие химического воздействия на поверхность детали. Существенное влияние на стабильность размеров могут оказывать микроскопические напряжения первого рода. Дополнительное влияние на размеры могут оказывать напряжения второго рода, уравновешивающиеся в масштабе отдельных зерен в тех случаях, когда микронапряжения обладают общей ориентировкой (т. е. не погашаются взаимно вследствие противоположной направленности).

При одинаковых условиях внешнего воздействия на деталь (при ее механической и термической обработке и сборке) остаточные внутренние напряжения обнаруживают следующую зависимость от свойств материала детали: понижаются с уменьшением модуля упругости, предела текучести, коэффициента усадки (при литье), коэффициента линейного расширения, релаксационной стойкости, теплостойкости, температуры рекри-

При одном и том же материале детали остаточные внутренние напряжения изменяются в зависимости от металлургического цикла изготовления. У литых деталей остаточные напряжения уменьшаются с увеличением податливости материала формы, применяющейся для заливки жидкого металла, например, при заливке в земляную форму •— ниже, чем при заливке в металлическую; они могут быть понижены путем выбора рационального способа заливки и питания формы во время затвердевания. Остаточные напряжения снижаются с уменьшением температурных перепадов, возникающих в массе детали при нагреве и охлаждении, поэтому слишком большая разница в толщине разных элементов детали оказывает неблагоприятное влияние на уровень внутренних напряжений.

б) остаточные внутренние напряжения, возникающие, как и временные, в процессе проведения какой-либо технологической операции, но после окончания этого процесса остающиеся в изделии (необратимое изменение).

Остаточные внутренние напряжения (перед нагревом). Остаточные напряжения в исходном состоянии деталей, обусловленные характером макро- и микроструктуры (в результате штамповки, отливки, предварительной термообработки), приводят к необходимости во избежание коробления или получения трещин некоторого уменьшения скорости нагрева.

При толщине слоя о^.р нагрев должен проводиться с большими скоростями и выделением значительной удельной мощности, так как при замедленном нагреве тепловая волна пройдёт в глубь металла и толщина нагретого слоя будет выше заданной. При больших скоростях нагрева и указанном соотношении 8^р толщина переходной зоны, как правило, получается меньше 0,58. При этом остаточные внутренние напряжения, возникающие после закалки, концентрируются на узкой переходной зоне и могут достигать чрезмерных значений, превышающих предел текучести стали или близких к нему. Особенно резко проявляется данная особенность поверхностного нагрева при обработке изделий из легированных сталей, имеющих малую теплопроводность. Как показала практика, при поверхностной закалке малонагруженных в работе изделий, выпол-

Стойкость изделий, работающих под большими нагрузками, должна быть после поверхностной закалки тщательно проверена путём исследования закалённых образцов. Возникающие в обработанных изделиях остаточные внутренние напряжения могут в определённых условиях складываться с внешними усилиями, прилагаемыми к изделию во время работы. Сумма этих нагрузок может превысить предел текучести стали и привести к разрушению изделия. Особенно это относится к изделиям из высоколегированных сталей, обладающих низкой теплопроводностью и склонностью к образованию трещин в процессе неравномерного быстрого нагрева и охлаждения при поверхностной закалке.

90 мм .пластинки твердого сплава припаивают к корпусу фрезы. Недостаток этого способа крепления в том, что возникают остаточные внутренние напряжения при пайке, приводящие к трещинам и выкрашиванию. Механические способы крепления пластин твердого сплава не имеют этого недостатка, но не позволяют полностью использовать пластинку твердого сплава; кроме этого, это крепление конструктивно сложнее и при эксплуатации необходимо чаще перестанавливать ножи из-за их малого вылета.

д) Внутренние напряжения. В процессе обработки поверхностный слой материала претерпевает значительные пластические деформации. Металл в этом слое оказывается наклепанным и твердость — повышенной: возникают остаточные внутренние напряжения. Влияние внутренних напряжений на точность обработки можно уменьшить введением в технологический процесс операции по снятию их, например старения, отжига, отпуска.

Процесс КР магистральных газопроводов контролируется рядом внутренних и внешних факторов [1, 28], среди которых помимо факторов строительно-монтажного и эксплуатационного происхождений весьма существенную роль играет металлургическое качество труб. Вклад последнего до настоящего времени изучен недостаточно. В частности, не определена чувствительность металла к КР по периметру трубы, хотя в ряде случаев наиболее глубокие трещины располагаются на расстоянии 100-250 мм от продольного заводского сварного шва. В связи с этим проводились исследования влияния распределения технологически унаследованных остаточных деформаций и напряжений по периметру прямо-шовной электросварной трубы диаметром 0,82 м производства Челябинского трубопрокатного завода (ЧТПЗ) на ее склонность к коррозионно-механическому разрушению.

Сварку швов с Х- или U-образным скосом кромок выполняют в общем так же, как и с V-образным скосом. Однако для уменьшения остаточных деформаций и напряжений, если это возможно, сварку ведут, накладывая каждый валик или слой попеременно с каждой стороны. Швы с Х- или U-образным скосом кромок по сравнению с V-образным имеют преимущества, так как в первом случае в 1,6 —1,7 раза уменьшается объем наплавленного металла (повышается производительность сварки). Кроме того, уменьшаются угловые деформации, а возможный непровар корня шва образуется в нейтральном по отношению к изгибающему моменту сечении. Недостаток U-образного скоса кромок — повышенная трудоемкость его получения.

Твердость — это способность материала сопротивляться внедрению в него другого, не получающего остаточных деформаций, тела. Значение твердости и ее размерность для одного и того же материала зависят от применяемого метода измерения. Значения твердости, определенные различными методами, пересчитывают по таблицам я эмпирическим формулам. Например, твердость по Бринеллю (НВ, МПа) определяют из отношения нагрузки Р, приложенной к шарику, к площади поверхности полученного отпечатка шарика FOTn:

Остаточные деформации можно в значительной степени уменьшить, если правильно разработать технологический процесс сварки и правильно наметить способы борьбы со сварочными деформациями. Для этого необходимо четко представлять себе механизм возникновения остаточных деформаций и разбираться в приближенных расчетных методах определения остаточных деформаций, разработанных Н. О. Окербломом, которым для расчетов рекомендовано пользоваться следующими формулами:

2. Как влияет проковка металла шва и зоны термического влияния на величину остаточных деформаций?

Целью расчета является предотвращение остаточных деформаций или хрупкого разрушения поверхностного слоя или самих зубьев при действии пикового момента 71ИК. Действие пиковых нагрузок оценивают коэффициентом перегрузки Ктр=Т1ШК/Т, где T=T\ = Tmax — максимальный из длительно действующих (номинальный) момент, по которому проводят расчеты на сопротивление усталости (см. рис. 2.2).

Для предотвращения остаточных деформаций или хрупкого разрушения поверхностного слоя контактное напряжение а#тах не должно превышать допускаемое напряжение [а]Ягаах;

Целью расчета является предотвращение остаточных деформаций или хрупкого разрушения поверхностного слоя ILIU самих зубьев при действии пикового момента 7^ик. Действие пиковых нагрузок оценивают коэффициентом перегрузки А"11С, = =TtmJT, где Т= Т\ — Ттях — максимальный из длительно действующих (номинальный) момент, по которому проводят расчеты на сопротивление усталости (см. рис. 2.2).

наличие остаточных деформаций, вызванных силами, приложенными для соединения деталей;

- течи в разъемных соединениях, видимых остаточных деформаций;

Различают подбор подшипников: по динамической грузоподъемности для предупреждения усталостного разрушения (выкрашивание), по статической грузоподъемности для предупреждения остаточных деформаций.