Поверхностных неровностей

Метод определения остаточных напряжений на основе регистрации твердости используют при исследовании поверхностных напряжений. Разработанные физические основы метода устанавливают однозначное влияние одно- и двухосных напряжений на изменение твердости поверхностного слоя. Для участков сварного соединения, претерпевших высокотемпературную пласти-

2. Трение качения. В зоне контакта тел качения с беговыми дорожками колец происходят сложные физические процессы, приводящие к потерям механической энергии. В результате равнодействующая поверхностных напряжений в зоне контакта при качении не совпадает с направлением общей нормали (рис. 13.16, б), как то имеет место в состоянии покоя (рис. 13.16, а). Касательную составляющую этой равнодействующей называют силой трения качения FTK. По аналогии с трением скольжения эту силу принято выражать через нормальное давление FN, полагая

емного соединения стержней. Однако в конструкциях современных машин эти случаи встречаются не часто. Поэтому область применения клиновых соединений несколько сузилась. 2. Штифтовые соединения. При малых нагрузках, например в приборостроении, часто применяют соединение на штифтах (рис. 14.7). Внешне оно напоминает клиновое, но по характеру работы больше похоже на шпоночное. Так как в штифтовом соединении на поверхностях касания скрепляемых деталей не возникает начальных поверхностных напряжений, оно относится к числу ненапряженных. При нагру-

Моменты Т12 и Т32, уравновешенные на среднем звене-кулисе, передаются с помощью поступательных пар. Чтобы определить необходимую площадь контактной поверхности этих пар, заменим неизвестный действительный закон распределения поверхностных напряжений приближенным линейным законом (рис. 15.7, в). Тогда равнодействующая каждой треугольной эпюры поверхностных на-о bh -

в которой их удобно использовать при анализе поверхностных напряжений трения.

Режим и технология точения также могут определенным образом влиять на усталостную прочность. Высокая скорость резания и большая подача заметно снижают предел выносливости вследствие повышения шероховатости поверхности и появления неблагоприятных поверхностных напряжений. Однако -имеются режимы резания, которые создают поверхностный наклеп и сжимающие напряжения, повышающие предел выносливости титана. Замечено отрицательное влияние на усталостную прочность титановых сплавов охлаждения жидкостями (вода, эмульсия и пр.) при высоких скоростях резания точением. В этом случае происходит поверхностное наводороживание и даже появление гидридных пленок и слоев, способствующих возникновению растягивающих напряжений и хрупкости поверхности. Во всех случаях конечные операции механической обработки деталей из сплавов титана, подвергающихся систематическим циклическим нагрузкам, необходимо строго регламентировать, а еще лучше предусмотреть специальную поверхностную обработку, снимающую все неблагоприятные поверхностные явления и упрочняющую металл.

Ранее была отмечена особая чувствительность усталостной прочности титановых сплавов к характеру финишной поверхностной обработки. .Естественно, что многие исследования были направлены на разработку специальных методов поверхностного упрочнения титана, максимально повышающих его предел выносливости. Выявлен наиболее эффективный способ —применение различных видов ППД. Этот способ уже широко используют для многих металлов, а для титановых сплавов он оказался крайне необходимым и перспективным. По исследованиям в этом направлении в настоящее время постоянно публикуется большое число работ (главным образом в периодической литературе). Можно без преувеличения утверждать, что основные резервы повышения усталостной прочности титановых сплавов состоят именно в правильном выборе метода ППД и финишного сглаживания поверхности деталей, подвергающихся циклической нагрузке. Если для стали основная польза ППД заключается в создании сжимающих поверхностных напряжений, то для титановых сплавов, как уже показано, имеет не меньшее значение повышение прочности (за счет наклепа) и однородности механических свойств поверхностных слоев. Часто поверхностный наклеп титана необходим, чтобы снять неблагоприятный эффект предшествующей обработки, которую исключить из технологического процесса не всегда удается (например, шлифование или травление).

При измерении скорости поверхностных волн проще обеспечить точное расстояние между преобразователями (базу), поэтому при определении поверхностных напряжений можно достичь большей точности измерения. Экспериментальная установка

Рис. 24. Разрушение образца в результате выгибания плечей образца ДКБ при действии поверхностных напряжений сжатия, возникших при закалке. Этот образец был изготовлен из плиты сплава 7075-Т651 толщиной 25 мм и термообработан по режиму: нагрев до 460 °С+закалка в холодную во-ду+старение при 70 °С в течение 72 ч. Рост трещины в этом образце происходил исключительно в результате действия остаточных закалочных напряжений, поскольку нагружающие болты были сняты после нанесения трещины механическим разрывом [75]

5. Операции, связанные с гибом, прокаткой, кручением, могут приводить к возникновению остаточных поверхностных напряжений. Если последние ориентированы неблагоприятно по отношению к структуре, то могут возникнуть проблемы, связанные с КР. Выполнять эти операции на чувствительном к КР материале необходимо, когда он находится в свежезакаленном или по возможности в нагретом состоянии. Горячая обработка некоторых сплавов серии 5000 рекомендуется для уменьшения влияния холодной обработки и для снижения остаточных напряжений.

Некоторые меры защиты, такие как дробеструйная обработка и нанесение покрытий, способствуют значительному замедлению КР* однако они не исключают необходимости разработки сплавов, стойких к КР. Возможна следующая последовательность стадий, приводящая к разрушению полностью защищенной детали (рис. 143). Механическое разрушение может вызвать потерю защиты анодного слоя, грунта и верхнего покрытия, таким образом среда достигает нагартованного дробеструйной обработкой слоя. В соответствующих условиях питтинговая коррозия может привести к сквозному в нагартованном слое поражению, способствующему зарождению КР в нестойком материале в присутствии растягивающих напряжений. Следует остановиться на требованиях в инструкциях воздушных сил США, согласно которым штамповки и прессованные алюминиевые материалы, применяемые в авиации в коррозионных средах, необходимо подвергать предварительно испытаниям в течение 2000 ч при переменном погружении без защиты в коррозионную среду. Окончательная механическая обработка должна гарантировать отсутствие высоких остаточных поверхностных напряжений растяжения [252 а]. Лучшим путем исключения требований, связанных с проведением таких испытаний, является применение стойких к КР материалов.

ее положения. Смещение заготовки из положения, определяемого установочными элементами, а значит, и смещение ее измерительной базы происходят вследствие деформаций отдельных звеньев цепи, через которые передается сила зажатия: заготовка—установочные элементы — корпус приспособления. Здесь могут быть упругие отжимы деталей и элементов приспособления, деформация поверхностных слоев металла и поверхностных неровностей (шероховатостей). Смещения заготовки могут быть осевые, радиальные, угловые.

С целью выяснения оптимальной твердости поверхности трения шкива были проведены испытания со стальными шкивами, имеющими твердость поверхности трения от НВ 118 до НВ 610. Высокая твердость поверхности шкивов была получена как объемной закалкой, так и цементацией поверхности трения. Высокая твердость шкива, казалось, должна была бы привести к увеличению износа накладки, так как с увеличением твердости одного тела облегчается процесс срезания поверхностных неровностей другого, более мягкого тела. На самом деле этого не происходит: увеличение твердости поверхности трения тормозного шкива уменьшает износ накладки и шкива. Это объясняется тем, что с увеличением твердости поверхность шкива становится менее подверженной пластическим деформациям, а, следовательно, и свариванию контактирующих неровностей поверхности трения с частицами металла, вкрапленными в тело накладки.

Пневматический метод измерения используется также для контроля высоты поверхностных неровностей.

Измерение чистоты поверхности производится по среднему квадра-тическому отклонению Нск высоты поверхностных неровностей или по среднему арифметическому отклонению Нса в пределах 4—9-го классов чистоты по ГОСТу 2789-59 относительным методом, т. е. путем сравнения с аттестованными образцами того же вида обработки и классов чистоты. Шкала прибора тарируется по образцам соседних классов чистоты. Описанный метод пригоден для цехового контроля в массовом производстве. Может производиться качественная оценка чистоты поверхности непосредственным сравнением с образцами и оценка количественная (в Нск или Нса) по тарированной шкале прибора.

С геометрической точки зрения качество поверхности определяется отклонениями реальной поверхности от идеальной (даваемой на чертежах). Эти отклонения могут быть различных порядков по величине — макрогеометрические, микрогеометрические и промежуточные между ними. Для более полного определения геометрической формы поверхностных неровностей необходимо учитывать также несущую поверхность и направление штрихов — следов механической обработки.

Для определения частоты колебаний якоря вибратора необходимо знать величину шага т поверхностных неровностей, возникающих в процессе той или иной обработки поверхности (фиг. 4).

Шаг поверхностных неровностей зависит от применяемого метода механической обработки. Для определения шага шероховатости в зависимости от применяемого метода обработки изделия проведен ряд исследований: П.Е.Дьяченко [6], Б.М.Левиным [8J, К. А. Зеликиной [9], Е. П. Осмоловской и др.

Используя данные исследований шага шероховатостей, можно установить примерно следующие предельные значения шага поверхностных неровностей, возникающих в производственных условиях при обработке деталей для каждого класса чистоты по ГОСТу 2789-51 (табл. 2).

Качество отделки измерительных поверхностей наряду с его антикоррозийным значением оказывает существенное влияние и на износоупорность калибров. Поверхностные неровности являются основной причиной первоначального быстро протекающего износа. Независимо от влияния величины поверхностных неровностей следует отметить низкую износоупорность смягчённого тонкого поверхностного слоя измерительных частей калибров, не удаляемого доводкой при существующих припусках и не обнаруживаемого при контроле твёрдости на обычных приборах. Чтобы избежать этого, рекомендуются (если не применяется хромирование) увеличение припусков под доводку и особо осторожный режим шлифования (малая подача при обильном охлаждении),

Погрешность, связанная с измерительным усилием, вызывается сминанием поверхностных неровностей, упругими деформациями стоек или скоб, в которых закреплены изме-

В главе II „Технические измерения в машиностроении" изложены• краткие сведения по различным средствам и методам измерений длин и углов, приведены материалы по новейшим методам измерений (пневматическим, электрическим, автоматическим), а также даны методические указания по выбору и назначению различных измерительных средств (сведения по средствам и методам измерений чистоты поверхности, а также по влиянию величин поверхностных неровностей на зазоры и натяги в соединениях изложены в т. 7, гл. I).