Образование усталостных

Получить отливки без усадочных раковин и пористости возможно за счет непрерывного подвода расплавленного металла в процессе кристаллизации вплоть до полного затвердевания. С этой целью на отливки устанавливают прибыли-резервуары с расплавленным металлом, которые обеспечивают доступ расплавленного металла к участкам отливки, затвердевающим последними. На рис. 4.5, а прибыль / не может обеспечить доступ расплавленного металла к утолщенному участку отливки 3. В этом месте образуется усадочная раковина 2 и пористость. Установка на утолщенный участок прибыли 4 (р"с. 4.5, б) предупреждает образование усадочной раковины и пористости.

Если первая выше, то уменьшение температуры в зоне их взаимодействия сверху вниз обеспечивает направленное затвердевание расплавленного металла. Это предотвращает образование усадочной пористости и гарантирует хорошую плотность более тонких элементов отливки.

Так, например, на фиг. 398 изображены два варианта сечения станины станка. С левой стороны изображено сечение, в котором нижняя толстая часть изолирована от верхней части тонкой стенкой, остывающей в первую очередь. В результате этого нижняя часть питаться жидким металлом не может, и образование усадочной раковины неизбежно. Справа изображено сечение станины с плавным увеличением размеров в направлении снизу вверх.

и —сечение, вызывающее образование усадочной раковины; б"— правильно выполненное сечение.

Крестообразные сопряжения (фиг. 40, а) могут вызвать образование усадочной рыхлоты в местах сопряжений, поэтому их целесообразно выполнять так, как это показано на фиг. 40, б.

Теория затвердевания отливки изучает условия образования усадочной пористости при свободном питании узлов изделия, полагая, что образование усадочной рыхлоты есть результат затрудненного питания (неправильная конструкция отливки, неправильное расположение прибылей, выбор их размеров и конструкции и т. д.).

Продольная ликвация в цилиндрических слитках встречается редко, если его головная часть достаточна, чтобы предотвратить образование усадочной раковины и рыхлости. Однако иногда продольная ликвация появляется по неизвестным причинам, и систематическое исследование всегда бывает необходимо. Так, в сплавах серебро-олово, богатых серебром, была отмечена продольная ликвация; разница по составу на длине 76 мм составляла 1—2%. Подобного явления не наблюдалось ни в сплавах серебро-индий, ни в сплавах серебро-сурьма. Слитки редких металлов, имеющие, как правило, высоту порядка 1 см, конечно, лучше исследовать по всей длине.

Продольная ликвация в цилиндрических слитках встречается редко, если его головная часть достаточна, чтобы предотвратить образование усадочной раковины и рыхлости. Однако иногда продольная ликвация появляется по неизвестным причинам, и систематическое исследование всегда бывает необходимо. Так, в сплавах серебро-олово, богатых серебром, была отмечена продольная ликвация; разница по составу на длине 76 мм составляла 1—2%. Подобного явления не наблюдалось ни в сплавах серебро-индий, ни в сплавах серебро-сурьма. Слитки редких металлов, имеющие, как правило, высоту порядка 1 см, конечно, лучше исследовать по всей длине.

металла к утолщенному участку отливки. В этом месте образуются усадочная раковина 2 и пористость. Установка на утолщенный участок прибыли 3 (рис. 4.6, б) предупреждает образование усадочной раковины и пористости.

Компрессорные машины работают на сжатом воздухе (см. рис. 14.5, г и д). Расплавленный металл находится в обогреваемом тигле 9, откуда он под постоянным или возрастающим (регулируемым) давлением через металлопровод 10 подается в разъемную металлическую форму. Низкие величины давления в начале процесса обеспечивают спокойное поступление расплава в пресс-форму, а рост давления в процессе затвердевания исключает образование усадочной пористости в отливках.

Разливка спокойной стали. Сталь раскисляется в ковше добавками Si (~0,20%) или АГ(~0,02 %), Благодаря этому исключаются реакции между кислородом и углеродом в расплаве (Процесс кипения, см. 3.3.). Сталь затвердевает «спокойно» (без выделения газов). В результате уменьшения объема при затвердевании образуется усадочная раковина, расположение и конфигурация которой могут быть регулируемы посредством специальных приемов (см. Образование усадочной раковины).

Исследования Института электросварки им. Е. О. Патона показали, что в доброкачественных соединениях, даже в случае высоких растягивающих остаточных напряжений, образование усталостных трещин начинается только после 0,2—0,4 общего числа циклов, потребного для полного разрушения сварного элемента или крупномасштабного образца. Если за критический размер усталостной трещины принять ее глубину, равную 2—3 мм (с учетом невозможности перехода такой трещины в хрупкую при наиболее неблагоприятных условиях изготовления и эксплуатации сварной конструкции [4]), то в этом случае стадия развития составляет меньшую долю, чем стадия зарождения и начала образования макротрещины.

Чаще всего причиной поломки зубьев является образование усталостных трещин в корне зуба, где возникают наибольшие напряжения изгиба и где вследствие относительно небольшого радиуса выкружки и наличия рисок от инструмента происходит значи-

Поломка зубьев. Частой причиной поломки зубьев является образование усталостных трещин у кэрня зуба, где возникает наибольшее напряжение от изгиба. Эти трещины при нереверсивной нагрузке обычно начинаются на рабочей стороне зуба и постепенно развиваются в глубину в направлении, перпендикулярном к выкружке, а также вдоль зуба до тех пор, пока зуб не ослабнет настолько, что потеряет способность выдерживать приложенную нагрузку. У длинных зубьев, в особенности у косых и шевронных, обычно выламывается край зуба. Поломку, происшедшую от усталостных трещин, обычно можно легко отличить от аварийной поломки, вызванной внезапным приложением чрезмерной нагрузки, так как на поверхности излома обнаруживаются следы постепенного распространения усталостной трещины.

4д. Контрольные испытания. Последняя подгруппа испытаний на надежность — это контрольные испытания, проводимые на образцах, отбираемых через регулярные интервалы из парка изделий, находящихся в эксплуатации в действительных полевых условиях. Они состоят из испытаний на воздействие нормальных окружающих условий и осмотров образцов, выполняемых на повышающихся уровнях их демонтажа. Цель этих испытаний состоит в обнаружении признаков отказа или зарождающихся отказов в изделии, в которые включаются не только уход величины параметров компонентов за пределы допусков, но также химическое ухудшение материалов, образование усталостных трещин, коррозия, заусенцы, повышение твердости колец и швов и другие непредвиденные отказы.

динения без разделки кромок образование трещины происходило в корне углового шва с последующим развитием по металлу шва под некоторым углом к оси образца. Для соединения внахлестку с фланговым швом возникновение трещины наблюдалось в накладках в местах окончания швов. Для образца со стыковым швом на рис. 9.16 обозначены два сечения а— а, так как наряду с трещиной, проходящей вдоль шва, наблюдалось одновременное образование усталостных трещин в зоне радиуса перехода от рабочей части образца к зажимным головкам (что объясняется примерно одинаковым уровнем концентрации напряжений в том и другом месте). Переход от квазистатического разрушения к усталостному сопровождается характерным переломом кривой усталости. В соответствии с этим кривая усталости сварных соединений аналогично основному металлу может быть аппроксимирована в координатах lg o"max — lg N двумя прямыми разного наклона для квазистатического и усталостного разрушения.

Согласно (12.7) образование усталостных повреждений представляет собой процесс, инициируемый пластическими деформациями, который может усиливаться под действием растягивающих и замедляться под действием сжимающих напряжений (см. § 3 гл. 11).

Наличие на поверхности напряжений сжатия затрудняет образование усталостных трещин, приводит к повышению предела выносливости и живучести. Для повышения предела выносливости и уменьшения влияния концентраторов напряжений широко применяют закалку при индукционном нагреве, химико-терми-

образцов предел выносливости определяется как наибольшее значение максимальных (по величине) напряжений цикла, при действии которого еще не происходит образование усталостных трещин заданной протяженности или полного усталостного разрушения образцов до заданного числа циклов.

Фреттинг-коррозия развивается на металлических поверхностях, реверснвно перемещающихся друг относительно друга с малыми амплитудами проскальзывания. Высокий износ контактных поверхностей при фреттинге связывают с абразивным действием образующихся при туении окислов металла, более твердых, чем основной металл, в частности, для стали в(гформы окисла железа oC^FejO, в условиях, когда вывод продуктов из зоны контакта затруднен J.18-21J. Наряду с этим разнонаправленное циклическое механическое воздействие на поверхностные слои металла при большом отношении времени контакта ко времени "перерыва" за цикл интенсифицирует образование усталостных трещин, выкрашивание, питтингообразование на трущихся поверхностях и вызывает так называемую фреттинг-уста~ лость металла. По сравнению с обычным однонаправленным граничным трением фреттинг вьщелен в особый, наиболее повреждающий вид трения, приводящий к высокому износу, несмотря на относительно низкие нагрузки и скорости

Опыты, проведенные при сухом трении, показали, что за время испытаний в контакте и вокруг его зоны образуются коричневые порошкообразные продукты, представляющие из себя мелкодисперсные окислы железа. При этом наблюдался высокий износ контактных поверхностей, образование усталостных питтингов и участков, окрашенных в цвета от красно-коричневого до черного.