Сжимающие остаточные

Дробеструйная и пескоструйная обработки труб, создающие сжимающие напряжения на их поверхностях^ были рекомендованы еще первыми исследователями КР [226]. Дальнейшие лабораторные исследования подтвердили их эффективность [114].

Во фланце в радиальном направлении действуют растягивающие напряжения ар, втягивающие фланец в отверстие матрицы, и сжимающие напряжения ст0, действующие в тангенциальном направлении и уменьшающие диаметральные размеры заготовки. При определенных размерах фланец заготовки может потерять устойчивость под действием сжимающих напряжений 0е, что приведет к образованию складок 6 (рис. 3.41, а). Складки могут появиться, если (D — d) > (18-Г-20) S.

Толщина фланцевой части заготовки при вытяжке изменяется: краевая часть (где сжимающие напряжения ое > стр ) утолщается, а участки вблизи донышка — утоняются. Это обстоятельство приводит к тому, что поверхность заготовки при вытяжке изменяется незначительно, и размеры заготовки можно определять из условия равенства поверхности детали (по средней линии) и площади плоской заготовки. Для осесимметричных деталей заготовка обычно имеет форму круга.

Вследствие того что к заготовке при волочении приложено тянущее усилие, в отверстии волоки (очаге деформации) и после выхода из нее металл испытывает растягивающие напряжения. Но если в очаге деформации, в котором действуют и сжимающие напряжения со стороны инструмента, металл пластически деформируется, то на выходящем из волоки конце прутка пластическая деформация недопустима. В противном случае пруток искажается или разрывается. Поэтому величина деформации за один проход ограничена, и вытяжка ц = 1,25-И,45. Поскольку тянущее усилие, приложенное к заготовке, необходимо не только для деформирования металла, но и для преодоления сил трения металла об инструмент, эти силы трения стараются уменьшить применением смазки и полированием отверстия в волоке.

I) внутренние сжимающие напряжения, появляющиеся при росте защитной пленки, который происходит с увеличением объема, так как VJVMe > I (рис. 46, а);

Борьбу с этим очень опасным видом коррозии ведут: а) применяя металлы, менее склонные к коррозионному растрескиванию (например, малоуглеродистую сталь, содержащую 0,2% С, с фер-рито-перлитной структурой); б) используя коррозионностойкое легирование (например, сталей хромом, молибденом); в) проводя отжиг деформированных металлов для снятия внутренних напряжений (например, отжиг деформированных латуней); г) создавая в поверхностном слое металла сжимающие напряжения (например, путем обдувки металла дробью или обкаткой роликом); д) тщательной (тонкой) обработкой поверхности для уменьшения на ней механических дефектов; е) проводя обработку коррозионной среды (например, питательной воды котлов высокого давления); ж) вводя в электролит замедлители коррозии; з) нанося защитные покрытия; и) применяя электрохимическую защиту (катодную или анодную поляризацию).

Наибольшие сжимающие напряжения возникают в точках левой кромки сечения:

Характер деформации металла сильно сказывается па его склонности к коррозионному растрескиванию. Так, как правило, глубокая штамповка оказывает более сильное влияние, чем холодная прокатка или гибка. Те виды механической обработки, при которых в верхнем слое металла образуются сжимающие напряжения (проковка, обдувка дробью, обкатка роликами, опе-скоструирование и др.), уменьшают склонность металла к коррозионному растрескиванию. Эти виды обработки обычно рекомендуются для борьбы с коррозионным растрескиванием сварных швов. .

электролитов. Развивающиеся при упрочнении остаточные сжимающие напряжения препятствуют превращению равномерной коррозии в сосредоточенную и, таким образом, препятствуют развитию коррозионно-усталостных трещин. В зависимости от характера поверхностной упрочняющей обработки эффективность этого метода защиты различна. Обработка наклепом повышает коррозионно-усталост-ную прочность стали в нейтраль-ных и слабокислых агрессивных средах. Поверхностная электро-

сжимающие напряжения и эмаль откалывается. Ввиду того что эмаль хрупка и плохо сопротивляется действию растягивающих напряжений, обычно стремятся получить эмаль с коэффициентом термического расширения немного меньше, чем у металла. Имеются указания, что примерно 87% применяемой .эмалированной химической аппаратуры эксплуатируется с подогревом, около 97% ее выходит из строя по термическим причинам '. Вот почему очень важным является определение числа тепло-смен или максимальный перепад температур до растрескивания эмали. Величину коэффициента термостойкости эмали 'вычисляют по формуле

Пластинки графита менее значительно, чем при растяжении, снижают прочность и при изгибе, так как часть изделия испытывает сжимающие напряжения. Предел прочности при изгибе имеет промежуточное значение между пределом прочности па растяжение и на сжатие. Твердость чугуна составляет НВ 143—255 (1430—2550 МПа).

Как известно, в условиях коррозионной усталости происходит увеличение электрохимической активности поверхности стали. Металлические покрытия могут повышать стойкость сталей в условиях коррозионной усталости в хлорсодержащих средах. Эффективно применение покрытий, создающих сжимающие остаточные напряжения и формирующих слой, обладающие повышенной коррозионной стойкостью. Увеличивают стойкость стали в условиях коррозионной усталости в хлорсодержащих средах термодиффузионное хромирование и карбохро-мирование, что обусловлено наличием карбидной диффузионной зоны, обладающей повышенной коррозионной стойкостью и возникновением остаточных напряжений сжатия в поверхностных слоях, при этом предел коррозионной усталости повышается в 2—3 раза по сравнению со сталью без покрытия. Эффект повышения выносливости сталей, легированных ванадием, кремнием, марганцем, хромом (в количестве не более 1 %) в хлорсодержащих средах при усталостном нагружении наблюдается у боридных покрытий. С увеличением легирующих элементов в стали эффект снижается. При алитировании образуется двухслойное покрытие А1 и Fe2 A15, которое повышает условный предел выносливости углеродных сталей в 3 раза, а в областях высоких амплитуд нагружения корро-зионно-усталостная прочность сталей растет в 8-10 раз.

При фрезеровании тепловой фактор уже не играет такой роли в образовании остаточных напряжений, особенно при низких и средних скоростях резания. В поверхностном слое при фрезеровании с различными скоростями резания могут возникнуть как сжимающие, так и растягивающие напряжения. При малой скорости резания большее влияние оказывают силы резания и поэтому в поверхностном слое возникают сжимающие остаточные напряжения. '

Для ряда покрытий сжимающие остаточные напряжения имеют максимум у линии раздела «защитный слой — подложка» (рис4. 15, б, слева). Такая эпюра напряжений может иметь место при насыщении углеродистых сталей некарбидообразующими элементами, оттесняющими углерод из зоны насыщения в глубь основного металла, а также при получении защитных покрытий гальванотермическим способом. При диффузионном отжиге деталей с гальваническими покрытиями, металл которых способен диффундировать в сталь, на границе раздела «покрытие—подложка» будет возникать диффузионный слой, обладающий большим удельным объемом, чем основной металл покрытия, что вызовет в этом месте появление сжимающих напряжений.

Следует отметить, что при выглаживании деталей их поверхностный слой свободен от абразивных включений, что улучшает эксплуатационные характеристики деталей машин. В поверхностном слое при выглаживании обычно возникают сжимающие остаточные напряжения, повышающие предел текучести материала.

В статье В. Ф. Шатинского и др. [25] отмечается, что нанесенное на изделие покрытие может оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на конструктивную прочность. Формирование покрытий приводит к залечиванию поверхностных микротрещин; покрытие, служа барьером на пути движущихся дислокаций, зарождающихся в основе, повышает предел текучести; сжимающие остаточные напряжения, возникающие в приповерхностных слоях основы и покрытии при его нанесении, вызывают увеличение усталостной прочности детали. Ухудшение механических свойств металлов с покрытиями может происходить: в результате образования на межфазной границе «покрытие — основа» интерметаллических или химических соединений повышенной хрупкости; в случае возникновения в поверхностных слоях растягивающих напряжений.

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.

В их исследовании термические радиальные напряжения на поверхности раздела оказались сжимающими и росли с ростом температуры полимеризации. Эти сжимающие остаточные напряжения компенсируют растягивающие радиальные напряжения,, возникающие на поверхности раздела при последующем сжатии образца. Поэтому прочность поверхности раздела растет с ростом температур термической обработки. Однако, если интервал температур при охлаждении слишком велик, у концов волокна развиваются дополнительные термические напряжения сдвига. Они приводят к преждевременному разрушению образца у конца волокна, так что прочность связи уменьшается, если температура термической обработки превышает оптимальную.

При больших плотностях мощности (<7 > 4 • 10* Вт/см2), когда наблюдается оплавление обрабатываемого материала, у поверхности возникают сжимающие остаточные напряжения I рода, постепенно переходящие в растягивающие. В точках максимумов напряжения имеют большой градиент.

Существование на поверхности материала особого слоя обнаружено в работах [58, 59] при изучении эпюры остаточных напряжений в образцах из углеродистой стали, деформированных растяжением за предел текучести. Сжимающие остаточные напряжения, распространяющиеся на глубину до 0,1 мм, свидетельствуют о более интенсивном протекании процесса пластической деформации в поверхностных слоях. Авторы предполагают, что поверхностный слой является ослабленным из-за отсутствия атомов кристаллической реше'тки со стороны свободной поверхности.

Результаты исследования распределения остаточных напряжений в поверхностно закаленных изделиях [10, 11] показывают, что при индукционной закалке сталей Ст. 3 и 10Г2С1 на поверхности образцов возникали значительные сжимающие остаточные напряжения, которые, складываясь с напряжениями от внешней нагрузки, снижают суммарные напряжения в поверхностном слое и тем самым повышают циклическую прочность.

крутизна в плоскости о"оСТ — о"ном наблюдается в области небольших значений номинальных напряжений, плоскостями аост — «а показывает, что концентраторов могут формироваться сжимающие остаточные напряжения. Все это свидетельствует о том, что привычные представления о сопротивлении усталости соединений, сложившиеся на основании испытания сварных образцов небольшого размера (без учета влияния остаточных напряжений), в ряде случаев требуют корректировки. Применительно к начальной стадии усталостного разрушения наблюдаемые изменения сопротивления усталости сварных соединений под влиянием остаточных напряжений рассматривались в работе [4]. Менее изучена роль остаточных напряжений в изменении закономерностей развития усталостных трещин, хотя и на этой стадии разрушения влияние их может проявляться весьма заметно.