Сжимающих остаточных

Существенное преимущество штамповки в закрытых штампах — уменьшение расхода металла, поскольку нет отхода в заусенец. Поковки, полученные в закрытых штампах, имеют более благоприятную макроструктуру, так как волокна обтекают контур поковки, а не перерезаются в месте выхода металла в заусенец. При штамповке в закрытых штампах металл деформируется в условиях всестороннего неравномерного сжатия при больших сжимающих напряжениях, чем в открытых штампах. Это позволяет получать большие степени деформации и штамповать малопластичные сплавы.

конструкции так же важен, как и расчет на прочность. Более того, практика показала, что для тонких (гибких) стержней потеря устойчивости происходит при сжимающих напряжениях, значительно меньших предела текучести, и тем более предела прочности материала, т. е. при напряжениях еще не опасных с точки зрения прочности. Поэтому, для того чтобы избежать такого грозного явления, как потеря устойчивости, необходимо для длинных тонких центрально сжатых стержней производить расчет на устойчивость.

Давление на стенки трещины у ее вершины может достигать 10 ГПа. Остаточные растягивающие напряжения раскрывают ультра-микротрещины и способствуют проявлению эффекта П.А. Ребиндера. При сжимающих напряжениях трещины замыкаются, может даже произойти "самозалечивание" их, и эффект может не проявиться.

Рис. 81. Чертеж образца для усталостных испытаний при средних сжимающих напряжениях (а) и эпюра напряжений в расчетном сечении А—А (б)

2. Четвертая теория (энергетическая). Поскольку при пластическом деформировании материала и доведении его до разрушения вполне естественно в качестве фактора, ответственного за наступление в материале предельного состояния,, полагать удельную потенциальную энергию деформации, польский ученый М. Т. Губер х) предложил в 1904 г. в качестве фактора, определяющего наступление в материале предельного состояния, считать удельную потенциальную энергию формоизменения, мотивируя это тем, что при трехосном одинаковом во всех направлениях сжатии предельное состояние .не возникает даже при очень высоких сжимающих напряжениях. Соответствующая гипотеза может быть сформулирована следующим образом: предельное состояние материала, независимо от того, находится ли он в линейном или сложном (плоском или пространственном) напряженном состоянии, наступает при достижении удельной потенциальной энергией формоизменения в окрестности рассматриваемой точки тела предельной (опасной) величины Wg, on-

На выносливость сталей заметное влияние оказывает финишная опера-ция — шлифование, т.е. важное значение имеет, какими кругами его про-водили. У закаленной стали ШХ15 условный предел коррозионной выносливости в 3 %-ном растворе NaCI при базе 5 • 107 цикл после шлифования алмазным, боразонным и электрокорундовым кругами составляет соответственно 65; 25 и 17 МПа [39]. У закаленной стали 40Х наблюдается такая же закономерность, однако различие в величине условного предела коррозионной выносливости значительно меньше. При электрокорундовом шлифовании происходит отпуск закаленных сталей на глубину 110—150 мкм, микротвердость поверхностных слоев уменьшается на 15—20 % и возникают растягивающие остаточные напряжения 370— 570 МПа. При алмазном шлифовании, благодаря лучшим режущим свойствам алмазов, температура и давление в зоне контакта круга и изделия меньше, чем при электрокорундовом, поэтому в поверхностных слоях закаленных сталей обнаружено некоторое повышение микротвердости и наличие остаточных сжимающих напряжений до 900—1200 МПа [39]. Остается, однако, непонятным, почему при столь значительных сжимающих напряжениях, возникающих в поверхностных слоях образцов в результате алмазного шлифования и низкой шероховатости поверхности, предел выносливости увеличился несущественно, а в коррозионной среде на 10-50 МПа.

Диффузионное хромирование снизило предел выносливости образцов из мартен-ситной нержавеющей стали с 640 до 230 МПа несмотря на появление в поверхностных слоях остаточных сжимающих напряжений до 600 МПа. В данном случае не подтверждается распространенное мнение об остаточных сжимающих напряжениях как основной причине повышения выносливости. При симметричном циклическом на-гружении изгибом остаточные напряжения сжатия, уменьшая растягивающие напряжения, увеличивают суммарные сжимающие напряжения, что у ряда металлов, особенно мягких, уменьшает амплитуду разрушающих циклических напряжений. Усталостные трещины зарождаются в данном случае, как правило, под диффузионным слоем и при дальнейшем увеличении числа циклов нагружения распространяются в глубь основного металла и в диффузионный слой. Хромирование в 1,5 раза увеличило условный предел выносливости стали 13Х12Н2ВМФ в 3%-ном растворе NaCI,

однородной структуры деформированного металла обработку следует производить при высоких главных сжимающих напряжениях и при боковом давлении [4].

В заключение следует отметить, что диаграмма разрушения (рис. 4.16) может быть построена по опытным данным, относящимся к трещинам разного размера (при соответственно больших или меньших размахах напряжения). Эта диаграмма обычно строится на основании наблюдений за движением трещин длиной в несколько миллиметров. Перенос данных такой диаграммы на трещины значительно меньшей длины не вполне оправдан, особенно в области Д/С, близких к значениям AKth- Если несмотря на это, уравнение (3.40) или (3.44) все же не противоречит экспериментальным данным по усталости при стационарном циклическом нагружении, то это связано с поправкой, вносимой дополнительным параметром 1„. Кроме того, уравнение (4.36) и его дальнейшие модификации должны, вообще говоря, включать еще и параметры, зависящие от R, так как скорость движения трещины определяется не только размахом А К, но в определенной степени еще и величиной /Ст. Теоретически при R < 0 все циклы с одинаковыми амплитудами должны обладать одинаковыми повреждающими действиями, так как с появлением любых сжимающих напряжений трещина должна закрываться. Однако это не вполне согласуется с опытными данными вероятно вследствие того, что из-за остаточных деформаций, возникающих около кончика трещины, она полностью закрывается только при достаточно значительных сжимающих напряжениях.

В случае термического удара на этапе охлаждения, когда диффузионные процессы подавлены, может образоваться свыше 1019 дефектов в объеме 1 см3. При нагреве диффузионные процессы активизируются, возникшие дефекты могут перемещаться, коагулировать. Скопления вакансий образуют первые субмикроде-фекты, которые разрыхляют материал. Об этом свидетельствуют, например, результаты послойных измерений микротвердости [2]. С другой стороны, при высоких сжимающих напряжениях часть этих субмикродефектов может исчезнуть, особенно, если сжимающие напряжения имеют место при максимальных температурах цикла.

следних существенно зависит от анионного состава среды [103]. Так, при сжимающих напряжениях добавление ионов хлора к 20 %-ной H2SO4 замедляет растворение стали ЗОХГСНА.

Охлаждение после отпуска при 400—450 °С следует проводить в воде, что способствует образованию на поверхности сжимающих остаточных напряжений, которые увеличивают предел выносливости пружин.

а - - без начальных напряжений. 6 при растягивающих остаточных напряжениях, сжимающих остаточных напряжениях

Как показывает анализ результатов исследования остаточных напряжений в покрытиях TIN, полученных плазменным напылением в вакууме [94], величина остаточных напряжений может изменяться в широких пределах и принимать в зависимости от условий закрепления детали, режимов напыления, материала основы как положительные, так и отрицательные значения в пределах от +200 до -1200 МПа. Наличие больших остаточных напряжений свидетельствует о несовершенстве кристаллической структуры покрытий. Следует отметить, что величина и знак остаточных напряжений также зависят от материала матрицы и толщины напыляемого покрытия. В частности, остаточные напряжения в покрытиях TIN и TiC на твердосплавных материалах являются растягивающими, в то время как на сталях они сжимающие и гораздо более высокие (250-600 МПа на твердосплавных материалах и 1000-1700 МПа на сталях) [97]. Установлено [94], что при плазменном напылении в вакууме покрытий TIN наблюдалось формирование сжимающих остаточных напряжений, значения которых с ростом толщины покрытия возрастали по абсолютному значению. При изменении толщины покрытия от 8 до 27,5 мкм их максимальное значение изменялось от 700 до 900 МПа. При больших толщинах и напылении на данном режиме покрытие разрушалось из-за больших растягивающих напряжений при наращивании толщины покрытия.

При усталостном, коррозионно-усталостном разрушении оптимальное содержание углерода, обеспечивающее максимальную выносливость стали с сформированным импульсным упрочнением белым слоем, находится в пределах 0,45—0,65 %.^1ля стали без белого слоя при испытании на коррозионную усталость нет оптимума, а увеличение содержания углерода приводит к монотонному снижению долговечности стали. Импульсное упрочнение эффективно повышает сопротивление усталости и коррозионной усталости стальных образцов с концентраторами напряжений. В условиях усталостного и коррозионно-усталостного разрушения трещины в стальных деталях с белым слоем зарождаются на границе перехода сжимающих остаточных напряжений в растягивающие. При этом уменьшение вероятности возникновения трещин и отслаивания белого слоя связано с перераспределением напряжений в результате пластических сдвигов в зоне повышенной травимости. Эта зона характеризуется меньшей, чем у белого слоя и мартенсита, твердостью и пониженным уровнем сжимающих остаточных напряжений.

а — без начальных напряжений, б — при растягивающих остаточных напряжениях, в — при сжимающих остаточных напряжениях

Создание сжимающих остаточных напряжений. Остаточные напряжения в поверхностном слое материала, полученные путем пластической деформации, оказывают положительную роль в повышении стойкости против МКК- В этом случае даже под действием больших действующих растягивающих напряжений при работе изделия не будет ускорения МКК- Кроме того, дробление зерен при деформации и нарушение непрерывности их границ создает в случае развития МКК препятствие для проникновения разрушения в глубь материала. Поверхностное пластическое деформирование производится после отпуска.

что средние напряжения сжатия в довольно широких пределах не влияют на амплитуду цикла, необходимую для возникновения трещины в области концентратора напряжений. В то же время амплитуда цикла, приводящая к разрушению, может существенно увеличиться при наличии сжимающих средних напряжений. В связи с этим можно предположить, что увеличение предела выносливости по трещинообразованию в результате наклепа связано с изменением прочностных свойств поверхностного слоя, а увеличение предела выносливости по разрушению есть результат воздействия сжимающих остаточных напряжений.

Не снижает до нуля стадию зарождения и большинство дефектов сварных соединений. Только при наличии в швах трещин, образовавшихся при сварке, или при наличии весьма острых непроваров можно ожидать сведения к минимуму стадии инициирования усталостного разрушения. Однако здесь существенную роль играют остаточные напряжения. В частности, испытания крупномасштабных образцов со значительными острыми непроварами в средине шва (рис. 2, а, б) показали, что, когда дефект располагается в зоне высоких растягивающих остаточных напряжений (они создавались дополнительными наплавами), усталостные трещины зарождались и начинали развиваться практически после первых циклов нагружения образцов. Однако если такие непровары размещались в зоне сжимающих остаточных напряжений, началу зарождения трещины предшествовал значительный инкубационный период, соизмеримый с периодом ее развития [6].

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.

следует величину г/денъе умножить на 9, а величину г/грекс —• на 10. П. р. и разрывную длину определяют на различных разрывных машинах, в к-рых волокно растягивается при определ режиме нагруже-ния с определ. скоростью. П. р. зависит от темп-ры испытания и длительности приложения нагрузки. В. А. Берестнее. ПРОЧНОСТЬ ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ — сопротивление деформации и разрушению, к-рое должны были бы иметь материалы, согласно физич. расчетам сил сцепления в твердых телах. П. т. имеет величину порядка '/ю Е, где Е — модуль Юнга. С помощью термомеханич. обработки и магнитной закалки сталей в нек-рых случаях удалось повысить прочность до 350 кг/мм*, т. е. порядка 1/eo E. У волоченой пружинной проволоки прочность достигает '/во ^> а у очень тонких нитей железа (см. Усы) — порядка 1000 кг/мм2, т. е. '/so Е. Т, о., доказана достижимость на опыте П. т. и сближение П. т. и прочности технической. Для приближения к П. т. огромное значение имеет количество и распределение дефектов и состояние поверхности. В результате устранения поверхностных дефектов (напр., травлением у стекол, электролитич. полировкой у металлов) и создания поверхностных сжимающих остаточных напряжений (напр., особой термич. обработкой стекол, дробеструйной обработкой металлов) возможно значительно повысить прочность, напр, стекол с 10 кг/мм2 до 80—100 кг/мм? и более.

Сопротивление У. к. значительно повышается также при создании в поверхностных зонах тела сжимающих остаточных напряжений с одновременным поверхностным упрочнением. Особенно надежны комбинированные методы, сочетающие различные виды поверхностного упрочнения (механич., термин, и химико-термич.) с разными мерами защиты от коррозии (неметаллич. и анодные металлич. покрытия, протекторы, катодная поляризация внешним током и др.).