Сжимающих напряжений

сжимающих нагрузках, не чувствителен к внешним надрезам, гасит вибрации, имеет высокие антифрикционные свойства, легко обрабатывается резанием.

На явления трения оказывают влияние свойства поверхностей. Вследствие шероховатости и волнистости поверхностей, неточности изготовления деталей и изменения формы под действием приложенных нагрузок поверхности контактируют не по всей их площади, а по отдельным малым площадкам, вследствие этого на соприкасающихся поверхностях даже при небольших сжимающих нагрузках возникают большие удельные давления. Под действием этих давлений происходят упругие и пластические деформации элементов поверхности, выступы поверхностей взаимно внедряются и на площадках контакта возникают силы молекулярного взаимодействия.

Отмеченное выше наличие режимов неизотермического нагружения, обладающих большим повреждающим эффектом, когда максимальная температура достигается в условиях растяжения, требует определенной осмотрительности при использовании результатов термоусталостных испытаний в оценке прочности. Воспроизведение на термоусталостных установках лишь режима типа, показанного на рис. 1.3.1, в, исключает возможность выявить минимальные характеристики сопротивления малоцикловому неизотермическому нагружению. Отмеченное обстоятельство указывает на то, что термоусталостные испытания, проводимые с высокотемпературными выдержками при сжимающих нагрузках, могут дать завышенную, не идущую в запас прочности оценку долговечности, когда рассчитываемая на прочность конструкция работает в условиях высокотемпературного растяжения (режим — рис. 1.3.1, б).

Таким образом, испытания подшипниковой стали при термоциклических сжимающих нагрузках на высокотемпературной установке ИМАШ-5С-65 моделировали в определенной степени контактные напряжения, возникающие при работе подшипников качения, и могут быть применены в качестве ускоренного метода испытаний подшипниковых сталей.

По механич. св-вам С. х. уступает переплавленному металлу, особенно по пластичности. Однако совершенствование технологии и экономичность в ряде случаев сделают целесообразным применение деталей из хрома и пек-рых его сплавов, изготовленных методами порошковой металлургии. Сплавы типа Сг 4-30% Со + -f 6% W, изготовленные методами порошковой металлургии, обладают св-вами, близкими к сплавам, полученным методами металлургии. Однако они имеют более низкую у и пониженные a0j2: Разработано леек, композиций сплавов системы хром— окись Л1 и Mg (напр., хром +16% окиси алюминия); после спекания и деформации сплав имеет след, механич. св-ва: при 20° оь= 38 кг/мм?, разрушение хрупкое. При (550° аь=:'Л8кг1ммг, ci0j2=36 кг!мм*, 6=0,5%; при 815й соответственно 33, 29 и 3,5 и при Ш0° соответственно 19, 18, 14. При 815° и выше сплав пластичен и обладает довольно высокими прочностными св-вами, однако стойкость против ударных нагрузок невысокая. Данный тип сплава может найти применение для деталей, когда от материала требуется высокая прочность, коррозионная стойкость в окислит, атмосфере, низкий уд. вес, но не требуется пластичности и высокой стойкости против ударных нагрузок. Напр., сплавы могут надежно работать в стационарных условиях при сжимающих нагрузках. Из сплавов типа Сг + (10—'15%) Ni прессуют готовые изделия или заготовки и спекают. Спекание сплава производится при 1200—4300° в проточной атмосфере сухого и очищенного от примесей водорода (усадка сплава при спекании достигает 17—20%). Сплавы могут быть подвергнуты деформации истечением в условиях всестороннего неравномерного сжатия при 1000—1350°. Несмотря на высокую темп-ру деформации, сплавы сильно наклепываются, что повышает их хрупкость. При использовании смазки деформация облегчается, а стойкость инструмента повышается. После деформации сплавы подвергают термич. обработке. Отличит, особенностью сплавов является высокая твердость (ИВ —- 650 кг'мм?).

Высоколегированные X. с. типа ВХ-3 обеспечивают стойкость более 100 час. при 1030° и напряжениях до 20 кг/мм2, а. при 1150° с напряжениями до 15 кг/мм2. a_j при асимметричном изгибе на базе 10' циклов имеет след, значения (кг/мм2): 20 (20°), 15(1150°). сг02 =6 кг/мм2 при 1150° за 100 час. 'А, (кал/см-сек- °С): 0,21 (100°), 0,13 (900—1000°). а-106 (1/°С): 8,1 (20—100°), 10,5 (20—1000°). с (кал/г-°С): 0,098 (100°), 0,12 (500°), 0,19 (1200°). у = 7,6 г/см3. Сплавы данного типа представляют интерес для стационарных установок со стабильным рабочим режимом, особенно при сжимающих нагрузках. Сплавы в процессе длительной работы при 1100—1200° в окислит, атмосфере, воздухе и водяном паре не окисляются и не охруп-чиваются. Высоколегированные X. с. не деформируются. Детали изготавливают методами точного литья, подвергают тер-мич., а затем механич. обработке. При этом надо опасаться появления поверхностных трещин.

По данным работы [165], деформация установившейся радиационной ползучести при 550° С и сжимающих нагрузках до 210 кгс/см2 изменяется линейно с флюенсом вплоть до ~ 1022 нейтр./см2. Скорость установившейся ползучести анизотропна. Она выше в направлении перпендикулярном к плоскости (000 • Обобщение данных по скорости установившейся радиационной ползучести различных графитовых материалов, в том числе высокоанизотропных (табл. 3.17), показало, что при учете анизотропии свойств и приложенной нагрузки «приведен-

стью 600—700 ед., имеющих красивый декоративный вид, а при использовании щавелевокислых электролитов — высокие износостойкость и диэлектрические свойства. Пленки могут быть блестящими, матовыми, окрашенными. По внешнему виду они напоминают фарфор, пластмассу, мрамор, эмаль. Эматалевый слой стоек в органических растворителях, минеральных и животных маслах, органических кислотах; не трескается при ударных и сжимающих нагрузках; выдерживает нагрев до температуры 300° С. Эти качества пленки используются для защиты от коррозии и отделки медицинских аппаратов, приборов, мебели, а также для повышения износостойкости деталей машин из алюминиевых сплавов, в которых содержание легирующих добавок не должно превышать 2% Си, 1% Fe, 1% Ni, 8%Zn,8%Mg, l%Mn.

Сплавы типа ВХ-5 надежно работают только в стационарных условиях, при сжимающих нагрузках и нерезких колебаниях температуры. Некоторые сплавы рассматриваемого типа обладают удовлетворительной стойкостью к термическим напряжениям при нагревании и охлаждении в газовом потоке в интервале температур от 400—600 до 1200—1300° С в течение 15—30 сек.

Эматалирование — электролитическое нанесение непрозрачных эма-левидных пленок толщиной 10—12 мкм микротвердостью 600—700 ед., имеющих красивый декоративный вид, а при использовании щавелевокислых электролитов — высокие износостойкость и диэлектрические свойства. Пленки могут быть блестящими, матовыми, окрашенными. По внешнему виду они напоминают фарфор, пластмассу, мрамор, эмаль. Эматалевый слой стоек в органических растворителях, минеральных и животных маслах, органических кислотах; не трескается при ударных и сжимающих нагрузках; выдерживает нагрев до 300° С: Эти качества пленки используются для защиты от коррозии и отделки медицинских аппаратов, приборов, мебели, а также для повышения износостойкости деталей машин из алюминиевых сплавов, в которых содержание легирующих добавок не должно превышать: 2% Си; 1% Fe, 1% Ni; 8% Zn; 8% Mg; 1% Mn.

Серый чугун обладает высоким временным сопротивлением (100 ... 450 МПа), малым относительным удлинением (0,2 ... 0,5 %), повышенной твердостью (НВ 140 ... 283), хорошо работает при сжимающих нагрузках, не чувствителен к внешним надрезам, гасит вибрации, имеет высокие антифрикционные свойства, легко обрабатывается резанием.

Более качественную поверхность среза получают вырубкой со сжатием, когда заготовка со значительным усилием прижимается к торцу пуансона и рабочей плоскости матрицы. Увеличение сжимающих напряжений в зоне резания повышает пластичность и уменьшает возможность образования трещин, дающих шероховатую поверхность среза.

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.

Повышения стойкости металлов против коррозионной усталости достигают: а) устранением вредных переменных напряжений, если они не эксплуатационные, а случайные; б) созданием в поверхностном слое металла сжимающих напряжений, например

Так как усталостная трещина начинается в поверхностном слое, то чем тщательнее обработана поверхность образца (детали), тем выше предел выносливости. По сравнению с полированными образцами стали (ап = 1000 МПа) предел выносливости шлифованных образцов снижается на 10—15 %, а фрезерованных на 45—50%, С увеличением размера образца предел выносливости уменьшается («масштабный фактор»). Предел выносливости изделий всегда ниже, чем образцов. Чем больше растягивающие напряжения на поверхности, тем ниже выносливость. Увеличение сжимающих напряжений при неизменном растягивающем напряжении смещает кривую усталости в направлении больших напряжений. Это объясняется тем, что растягивающие напряжения способствуют раскрытию трещины, а сжимающие, наоборот, затрудняют.

этом тепловые напряжения условно учитываться не будут. По достижении при закалке температур ниже точки Мп мартенсит в первую очередь образуется на поверхности, где точка Мн будет достигнута раньше, чем в сердцевине. Так как превращение аустенит —>- мартенсит сопровождается увеличением объема, то это приводит к образованию на поверхности временных сжимающих напряжений, а во внутренних слоях — растягивающих. По мере развития превращения знак напряжений на поверхности и в сердцевине меняется.

Прокаливаемость сердцевины должна обеспечить высокие механические свойства, особенно повышенный предел текучести, и твердость HRC 30—40. При циклических нагрузках сопротивление цементованных и нитроцемептованных деталей разрушению зависит от прочности сердцевины. Повышение прочности сердцевины способствует увеличению контактной прочности. Так, при твердости выше HRC 35 допустимые контактные напряжения при базе 107 циклов составляют 1900 МПа, а при твердости HRC 25—35 не превышают 1750 МПа. Однако сближение прочностных свойств слоя и сердцевины снижает уровень остаточных сжимающих напряжений на поверхности, а увеличение объема, претерпевающего фазовые и структурные превращения при термической обработке, повышает деформацию и коробление деталей после закалки. Оба фактора приводят к снижению предела выносливости деталей. Для получения высокого сопротивления хрупкому разрушению и возможности использования непосредственной закалки после цементации стали должны быть наследственно мелкозернистые (балл 6—10).

Как видно из предыдущего, деление на напряжения первого, второго и третьего родов является условным. Все они тесно переплетаются друг с другом и могут быть местными, зональными и общими. Для практических целей существенно, что внутренние напряжения могут действовать разупрочняюще и упрочняюще. Опасны напряжения того же знака, что и рабочие, например разрывающие напряжения в случае растяжения. Благоприятны напряжения, знак которых противоположен знаку рабочих, например сжатия в случае растяжения. Следует отметить, что внутренние напряжения одного знака всегда сопровождаются Появле^ нием в смежных объемах уравновешивающих напряжений противоположного знака; относительная величина напряжений разного знака зависит от протяженности охватываемых ими объемов. Таким образом," определяющим для прочности является, во-первых, расположение и ориентация напряженных объемов относительно действующих рабочих напряжений и, во-вторых, величина внутренних напряжений, одноименных и одинаково направленных с рабочими напряжениями. Неоднородности, создающие очаги повышенных разрывающих напряжений, нарушающие сплошность металла, вызывающие появление трещин и облегчающие местные пластические сдвиги, являются дефектами металла. Неоднородности, создающие обширные зоны сжимающих напряжений, способствующие уплотнению металла и препятствующие возникновению и распространению пластических сдвигов, являются упрочняющими факторами.

При поверхностной закалке (обработка ТВЧ, газопламенная закалка) и химико-термической обработке (цементация, нитроцементация, азотирование) упрочнение обусловлено главным образом возникновением в поверхностном слое остаточных сжимающих напряжений вследствие образования структур большего удельного объема (мартенсит при цементации и закалке ТВЧ, нитриды и карбонитриды при нитроцементации и азотировании), чем структуры основного металла. Расширение поверхностного слоя тормозит сердцевина, сохраняющая исходную перлитную структуру, вследствие чего в поверхностном слое возникают двуосные (а в цилиндрических деталях — трехосные) напряжения сжатия. В нижележащих слоях развиваются реактивные растягивающие напряжения, имеющие небольшую величину вследствие незначительности сечения термически обработанного слоя сравнительно с сечением сердцевины.

для сжимающих напряжений (горячая сторона стенки)

В трубе, несущей рабочую жидкость или газ под давлением и нагреваемой снаружи (случай б), сложение термических at и рабочих Стр напряжений создает пик растягивающих напряжений ст на внутренней поверхности стенки (вид IV). Если труба подвергается наружному давлению, то при нагреве как изнутри (случай в), так и снаружи (случай г) в ней возникают только пики сжимающих напряжений, менее опасных, чем растягивающие. '

Поэтому широко применяют поверхностные упрочнения. Их эффект складывается из упрочнения поверхностного слоя и из создания в нем остаточных сжимающих напряжений, которые вычитаются из опасных растягивающих напряжений от внешней нагрузки. Поверхностные упрочнения цементацией и закалкой повышают, по сравнению с объемной закалкой до той же твердости, сопротивление усталости на 30...40 % и более.