Применение поверхностного

Большинство деталей машин испытывает напряжения, возрастающие от нейтральной оси или слоя к поверхности (изгиб, кручение). На поверхности деталей действуют концентраторы, резко увеличивающие напряжения. Известно, что повышение прочности материалов свыше некоторого предела, в частности прочности сталей свыше 1200 МПа, мало повышает предел выносливости деталей из-за роста влияния концентрации напряжений. Большинство деталей машин выходит из строя вследствие поверхностных разрушений. Поэтому одной из современных тенденций повышения прочности деталей является применение поверхностных упрочнений и покрытий.

5. Выбор оптимальных материалов и термической обработки, применение поверхностных упрочнений, биметаллических и неметаллических деталей. Применение закалки, например, практически приводит к повышению допустимых напряжений для деталей типа зубчатых колес почти в 2 раза. Если размеры колес определяются прочностью на изгиб, то их масса может быть уменьшена в 2 раза. В зарубежной печати был приведен пример уменьшения массы редуктора в 8 раз при повышении твердости зубчатых колес с 200 НВ до 600 НВ.

кон. Опыты, проведенные на однослойных эпоксидных композиционных материалах, изготовленных на основе высокомодульных поливинилспирто-вых волокон [34], показывают, что применение поверхностных модификаторов из ряда ароматических диизо-цианатов способствует снижению почти в 100 раз скоростей растрескивания композиционных материалов при действии постоянных во времени растягивающих напряжений. Такой эффект объясняется более сильным химическим взаимодействием между составляющими композиционного материала, а также снижением остаточных микронапряжений на границе раздела волокно—связующее. Экспериментальные исследования остаточных напряжений на границе волокно—связующее, выполненные поляризационно-оптическим методом, на полиэфирных и эпоксидных модельных стеклопластиках показывают, что, аппретируя поверхность стекловолокна или вводя аппрет в связующее, можно эффективно управлять остаточными радиальными, осевыми и тангенциальными микронапряжениями. Использование аппрета ГВС-9 в полиэфирном стеклопластике холодного отверждения понижает все указанные напряжения примерно на 50 %, а аппрет АГИ-9 в эпоксидном стеклопластике холодного отверждения уменьшает главные растягивающие напряжения Oj и о3 примерно на 43%.

Применение поверхностных упругих волн для контроля металла роторов в условиях электростанций позволяет исключить необходимость контроля по методу МПД и перископический осмотр осевого канала ротора.

Повышение характеристик механической прочности ств, 0Т и НВ сопровождается увеличением чувствительности конструкционных материалов к фреттинг-усталости [1, 2]. Применение поверхностных обработок, сопровождающихся образованием в слое сжимающих остаточных напряжений, способствует повышению сопротивления фреттинг-усталости конструкций [1, 4] Под коэффициентом К подразумевается влияние конструктивного фактора на сопротивление усталости — особенности конструкции сопряжения контактирующих деталей, силовая схема передачи циклических нагрузок и др.

кон. Опыты, проведенные на однослойных эпоксидных композиционных материалах, изготовленных на основе высокомодульных поливинилспирто-вых волокон [34], показывают, что применение поверхностных модификаторов из ряда ароматических диизо-цианатов способствует снижению почти в 100 раз скоростей растрескивания композиционных материалов при действии постоянных во времени растягивающих напряжений. Такой эффект объясняется более сильным химическим взаимодействием между составляющими композиционного материала, а также снижением остаточных микронапряжений на границе раздела волокно—связующее. Экспериментальные исследования остаточных напряжений на границе волокно—связующее, выполненные поляризационно-оптическим методом, на полиэфирных и эпоксидных модельных стеклопластиках показывают, что, аппретируя поверхность стекловолокна или вводя аппрет в связующее, можно эффективно управлять остаточными радиальными, осевыми и тангенциальными микронапряжениями. Использование аппрета ГВС-9 в полиэфирном стеклопластике холодного отверждения понижает все указанные напряжения примерно на 50 %, а аппрет АГИ-9 в эпоксидном стеклопластике холодного отверждения уменьшает главные растягивающие напряжения Oj и о3 примерно на 43%.

Выше было показано, что применение поверхностных утилизаторов тепла не обеспечивает максимального использования природного газа. Для этого целесообразно применить в газифицированных котельных теплообменники смесительного типа —i контактные водяные экономайзеры.

Если исходить из того, что в нормально эксплуатируемом котле коэффициент избытка воздуха в продуктах сгорания природного газа составляет около 1,2—1,3, то точка росы таких газов близка к 53—55 °С. Из этого следует, что для работы котла в режиме конденсации всей его конвективной части требуется, чтобы температура нагрева воды в конвективном пакете не превышала 50 °С. В топках водогрейных котлов малой производительности обычно передается не менее 60 % теплоты, воспринимаемой котлом. Следовательно, перепад температур в отопительной системе при температуре обратной воды 20 °С должен быть (50 — 20)/(1,0 — 0,6) =75 °С, т. е. температура нагретой воды 20 + 75 = 95 °С. При температуре обратной воды 30 °С температура воды на выходе из котла должна быть (50 —30)/(1,0 —0,6)+30 = 80 °С. Аналогичным образом, при температуре обратной воды 40 °С температура ее на выходе из котла должна быть не более (50 — 40)/(1,0 — 0,6)+40 = 65 °С. Отсюда следует, что применение поверхностных конденсационных водогрейных котлов и экономайзеров для обычного перепада в системе отопления 95/70 °С неприемлемо, поскольку конденсация части водяных паров была бы возможна лишь в наиболее теплое время отопительного сезона, когда температура обратной воды ниже 40—50 °С.

Применение поверхностных конденсационных котлов и экономайзеров для отопления целесообразно, таким образом, при условии снижения температуры обратной воды отопительной системы. Соответственно снижаются и средняя температура воды и, как было показано выше, температура прямой воды, поступающей в систему. Поэтому применение поверхностных конденсационных котлов и экономайзеров для нагрева воды систем отопления неизбежно связано с определенным перерасходом металла на сооружение систем отопления. Тем не менее за рубежом конденсационные котлы и экономайзеры используют в основном именно для систем отопления.

4. Крупнейшим недостатком поверхностных конденсационных теплообменников является выпадение неразбавляемого водой конденсата с рН = 4-=-5, что требует применения кислотостойкой стали для изготовления «мокрой части» котла и теплообменника (являющейся в СССР весьма дефицитной), а в установках производительностью более 100—200 Мкал/ч — сооружения устройств для нейтрализации кислоты перед сбросом ее в канализацию и персонала, умеющего грамотно провести эту операцию. На данном этапе эти обстоятельства сдерживают применение поверхностных конденсационных теплообменников в установках высокопроизводительных. В контактных теплообменниках выпадающий из газов конденсат разбавляется водой, нагреваемой в тешюобменике, и поэтому его нейтрализации не требуется, поскольку рН>6,6-=-6,8.

водить к ухудшению горения топлива и т. д. Только применение поверхностных пароохладителей на котловой воде или использование в поверхностном пароохладителе воды после экономайзера в заметной мере не сопряжено с ухудшением экономичности котлоагре-гата. Однако, применение воды, выходящей из экономайзера, в качестве средства для охлаждения насыщенного пара возможно только при условии, что температура этой воды при обычных режимах работы агрегата существенно ниже температуры кипения.

Несущая способность зубчатых передач по контактной прочности тем выше, чем выше поверхностная твердость зубьев. Поэтому целесообразно применение поверхностного термического или химико-термического упрочнения. Эти виды упрочнения позволяют в несколько раз повысить нагрузочную способность передачи по сравнению с улучшаемыми сталями. Например, допускаемые контактные напряжения [а]н цементованных зубчатых колес в два раза превышают значения а]н колес, подвергнутых термическому улучшению, что позволяет уменьшить массу в четыре раза.

Применение поверхностного наклепа несколько увеличивает сопротивление сталей возникновению усталостных трещин; при этом характер изменения пределов выносливости по трещинообразованию наклепанных образцов с увеличением коэффициента концентрации напряжений аналогичен характеру изменения того же предела для ненаклепанных (кривая DE). Предел выносливости по разрушению увеличивается в результате применения поверхностного наклепа тем больше, чем выше концентрация напряжений (кривая DF). Известно значительно меньшее влияние поверхностного наклепа на сопротивление усталости гладких образцов и очень большое его влияние на со противление усталости надрезанных образцсс.

Применение поверхностного наклепа сопровождается образованием в поверхностном слое остаточных напряжений сжатия из-за неравномерности пластической деформации, а также изменением прочностных свойств поверхностного слоя, связанным с деформационным упрочнением материала (увеличением прочности и плотности, уменьшением пластичности). Проведенные нами исследования, как и данные других авторов, показывают,

ющих на износ, повышает их стойкость в 5—6 раз, применение поверхностного упрочнения зубьев зубчатых колес. повышает нагрузочную способность всей зубчатой передачи (а это наиболее дорогая сборочная единица почти во всех машинах) в 2—3 раза. Поэтому за короткий с"рок были построены и введены в эксплу-ата-. цию два крупных специализированных термических отделения. В результате выпуск термически обработанных деталей увеличился с 5000 т в 1964 г. до 26 000 т в 1975 г.

Упрочнение чеканкой галтелей крупных и мелких образцов повысило предел выносливости до уровня не меньшего, чем соответствующие значения пределов выносливости гладких образцов. Таким образом, применение поверхностного наклепа чеканкой приводит к полному устранению влияния переходной поверхности на предел выносливости вала [58, 61]. Степень понижения предела выносливости с увеличением абсолютных размеров вала с упрочненными наклепом переходными поверхностями выражается теми же величинами, что и валов неупрочненных.

В соответствии с характером распределения остаточных напряжений определится и эффективность последующего упрочнения наклепом для поверхностно-закаленных деталей. Если в результате поверхностной закалки возникают высокие остаточные сжимающие напряжения, то следующее упрочнение детали наклепом сравнительно мало повышает предел выносливости. Наоборот, в тех случаях, когда поверхностная закалка приводит к образованию растягивающих остаточных напряжений, применение поверхностного наклепа может быть полезным.

В цикле, рассмотренном на рис. 3-3, процесс генерации пара По — п'о — /о осуществляется путем испарения воды в газовом потоке. Можно перенести этот процесс в парогенератор поверхностного типа, включенный в газовый тракт до турбины. По такой схеме была построена установка П. Д. Кузьминского, камера сгорания которой имела экранную поверхность нагрева. Однако в рассматриваемом случае переход к генерации пара в поверхностном аппарате может быть оправдан только необходимостью защитить турбину от заноса солями или стенки камеры сгорания от перегрева. В установке по схеме рис. 1-3,з применение поверхностного парогенератора обеспечивает, кроме того, существенное повышение значения к. п. д. по сравнению со схемой чисто контактного типа (в условиях умеренных степеней повышения давления).

Таким образом, применение поверхностного наклепа чеканкой привело в данном случае к полному устранению влияния галтели на усталостную прочность вала. Изломы упрочненных образцов (рис. 2) происходили вне галтелей (улучшенная сталь) или в галтелях (нормализованная

Указанное распределение остаточного аустенита и неблагоприятное вследствие этого снижение уровня сжимающих остаточных напряжений приводят к некоторому понижению сопротивления усталости цианированных или цементованных деталей. Следовательно применение поверхностного пластического деформирования для указанных случаев являет-

В соответствии с характером распределения остаточных напряжений находится и эффективность последующей пластической деформации для поверхностно-закаленных деталей. Если в результате поверхностной закалки возникают высокие остаточные сжимающие напряжения, то последующее упрочнение детали наклепом дает сравнительно малый эффект в смысле повышения усталостной прочности. Наоборот, в тех случаях, когда поверхностная закалка приводит к образованию растягивающих остаточных напряжений, применение поверхностного наклепа может быть полезным.

Для повышения выносливости сварных конструкций после ремонта производятся: запиловка сварных швов, комбинированная сварка, сварка с «усом» и применение поверхностного наклепа сварного шва.