Возникновения усталостных

При выборе скорости нагрева необходимо учитывать химический состав стали. С увеличением С в стали уменьшается ее теплопроводность. Особенно резко уменьшается теплопроводность при легировании стали. Чем меньше теплопроводность стали, тем медленнее должен быть ее нагрев во избежание возникновения внутренних напряжений

ление до окончания затвердевания литой заготовки. В этом случае к моменту повышения давления в автоклаве слиток или отливка уже частично затвердевает, претерпевает усадку, в результате чего могут начаться процессы формирования усадочных раковин и пор, а также возникновения внутренних напряжений.

Основными причинами возникновения внутренних напряжений4 являются изменение объема пленок при их формировании, различие КТР материала пленки и подложки и различие параметров и типа решеток пленки и подложки. В соответствии с этим различают

Чем больше скорость охлаждения при закалке, тем выше механич. свойства деталей. Однако по мере повышения скорости охлаждения увеличивается опасность возникновения внутренних напряжений, которые могут быть причиной образования трещин,.- особенно для отливок сложной формы.

Во избежание возникновения внутренних напряжений и трещин литые заготовки в разных своих частях должны иметь различные по толщине сечения стенок, что обеспечивает более равномерное их охлаждение. Сечения, от которых отвод тепла затруднителен, должны быть тоньше тех сечений, охлаждение которых протекает быстрее. Поэтому обычно внутренние стенки литых заготовок делают тоньше наружных (примерно на 20%).

При конструировании заготовок, имеющих в местах переходов углы:, следует не допускать внутренних острых углов без галтелей (фиг. 396, а), так как они часто являются причиной возникновения внутренних напряжений и образования трещин. Неправильно сконструированные углы способствуют скоплению металла и приводят к образованию усадочных раковин (фиг. 396, б). Лучшим решением является конструкция по фиг. 396, в.

превращения требуется такая скорость охлаждения (критическая скорость закалки), при которой подавляется превращение в перлитной и промежуточной областях. Критическая скорость охлаждения зависит в основном от состава стали. Как правило, при термической обработке конструкционной стали требуется быстрое охлаждение в интервале температур 650—400°С, где аустенит менее всего устойчив и быстрее превращается в феррито-цементитную смесь. В мартенситном интервале 200—300°С охлаждение желательно более замедленное. Это безопаснее в отношении возникновения внутренних напряжений и закалочных трещин. Обеспечение надлежащей скорости охлаждения возможно с помощью использования различных закалочных сред и приемов закалки.

Толщину стенок нужно выбирать равномерную и как можно меньшую. Это нужно как для экономии материала, так и для обеспечения максимальной производительности пресса, а утолщенная стенка удлиняет время прессования. Кроме того, утолщенная стенка подвержена большей опасности возникновения внутренних напряжений и возможности появления внутренних пороков вследствие несовершенного или неравномерного отверждения материала детали (рис. 4).

При высоком содержании углерода структура характеризуется массивными первичными карбидами дендритного расположения с заметными плоскостями образований, которые могут служить причиной разрушения отливок при работе или вследствие возникновения внутренних напряжений во время остывания. При малом содержании углерода первичные карбиды мельче и располагаются равномернее, без столбчатой ориентации.

Нагрев. При термической обработке деталей необходима скорость нагрева, обеспечивающая максимальную производительность печей, снижение трудоёмкости и экономию топлива. При этом следует учитывать, что допустимая скорость нагрева деталей должна гарантировать их от возникновения внутренних напряжений, коробления, образования наружных и внутренних трещин и обеспечивать

Заливочные компаунды получают смещением дробленой смолы с порошковыми наполнителями. Составы некоторых компаундов приведены в табл. 1.22. В отличие от заливочных компаундов на основе эпоксидиановых смол, отверждение ЭНК и ЭНТ происходит практически без экзотермического эффекта. Это позволяет более точно соблюдать температурный режим, предотвращать перегрев и избегать возникновения внутренних напряжений и трещин на поверхности изделий. Вследствие низкой вязкости расплава эпоксидно-наволачных компаундов из них можно получать покрытия окунанием и напылением [7].

Рис. 160. Схема возникновения усталостных трещин

Для многих конструкций характерен периодический режим нагру-жения. В этом случае одной из основных причин неисправностей и отказов колонны является усталостное разрушение. Результаты многочисленных исследований процесса возникновения усталостных трещин в крупногабаритных конструкциях позволяют сделать вывод о стохастическом распределении трещин, как по времени, так и по поверхности аппарата. Объясняется это системным воздействием комплекса факторов, проявляющихся при эксплуатации объекта. К числу таких факторов следует отнести особенности структуры материала (размер зерен, наличие дисперсных выделений и т. д.), последовательность нагружения, влияние термо-активационных процессов и т. п. Механизмы усталостного разрушения и особенности их проявления в крупногабаритных конструкциях рассмотрены в [39,40, 48].

Для многих колонных аппаратов характерен периодический режим нагружения. В этом случае одной из основных причин неисправностей и отказов колонны является усталостное разрушение Результаты многочисленных исследований процесса возникновения усталостных трещин в крупногабаритных конструкциях позволяют сделать вывод о стохастическом распределении трещин как по времени, так и по поверхности аппарата. Объясняется это системным воздействием комплекса факторов, проявляющихся при эксплуатации колонны. К числу таких факторов следует отнести особенности структуры материала (размер зерен, наличие дисперсных выделений и т.д.), последовательность нагружения, влияние термоактива-ционных процессов и т.п. Механизмы усталостного разрушения и особенности их проявления в крупногабаритных конструкциях рассмотрены в [45-47].

Цементуемые стали наиболее широко используют для изготовления шестерен, подшипников скольжения, золотниковых прецизионных пар гидроаппаратуры и других высокоответственных деталей пар трения. Зубья шестерен работают в тяжелых условиях трения качения со скольжением и подвержены усталостному осповидному износу, известному под названием "питтинг". Этот вид износа является следствием возникновения усталостных микротрещин от циклического действия нагрузки. Высокая твердость в поверхностном слое стали (например, 18Х2Н4ВА, применяемой для изготовления шестерен топливных авиационных насосов) после цементации и термообработки повышает усталостную прочность зубьев и существенно увеличивает срок службы шестерен. Чем выше твердость поверхностного слоя и предел текучести сердцевины зуба, тем выше контактная выносливость и общая усталостная прочность и износостойкость зубьев шестерен. Для избежа-

ДЕФЕКТЫ МЕТАЛЛОВ — отклонения от предусмотренного технич. условиями качества металла по хим. составу, структуре, сплошности, состоянию поверхности, механич. и др. св-вам. Д. м. возникают из-за несовершенства или нарушения технологич. процессов при плавлении металла и получении отливок (неметаллические включения, шлаковины, усадочная пористость, раковины, газовая пористость и т. д.), при обработке давлением (расслоения, заковы, закаты, волосовины, флокены и т. д.), при термич., химико-термич., электрохимич. и механич. обработке (трещины, прижоги, обезуглероживание и т. д.), при сварке, пайке, склёпывании (непровар, непропай, трещины, коррозия и т. д.). Нек-рые Д. м. можно частично или полностью устранить на последующих стадиях произ-ва — корректированием процесса или дополнит, обработкой. Д. м., допустимые для одних условий работы, могут быть недопустимы для др. Напр., риски от резца допустимы для статически нагруженной детали и недопустимы для детали, подверженной циклич. нагрузкам, т. к. они служат очагами возникновения усталостных трещин. Выявлением Д. м. без разрушения занимается дефектоскопия.

Результаты анализа излома по всем этапам развития разрушения позволяют ответить лишь на некоторую часть вопросов о причине разрушения детали, даже если в ней выявлены дефекты материала или однозначно показано, что инициирование усталостной трещины обусловлено повреждениями поверхности, например, в результате фреттинг-процесса [14-16]. Сказанное может быть проиллюстрировано примером разрушений картеров поршневого двигателя АШ62-ИР, которые были результатом возникновения фреттинг-процесса во фланцевом стыке [17]. В процессе эксплуатации происходило падение момента затяжки, что способствовало микроперемещениям в стыке и последующему развитию фреттинг-процесса. Условия жесткости стыка в рассматриваемом соединении не были полностью учтены конструктором. Оказалось, что в переменном по толщине стыке усилия затяжки болтов также должны быть переменными. После введения в эксплуатацию дифференцированного момента затяжки по отвер^ стиям с учетом толщины стыка условия для возникновения фреттинг-процесса были устранены, и возникновения усталостных трещин в стыке более не наблюдалось.

АЭ можно исследовать следующими способами: 1} образец нагружают постепенно до полного разрушения; 2) образец нагружают постоянной нагрузкой и наблюдают за изменением уровня сигналов АЭ во времени; 3) предварительно нагруженный или свободный образец подвергают действию циклически изменяющихся напряжений вплоть до возникновения усталостных эффектов и трещин.

/ — предельные напряжения поломки оси без насаженного колеса; 2 — то же, с насаженнымколесом; 3 — минимальные напряжения возникновения усталостных трещин в подступичной части оси

Для получения расчетных характеристик, соответствующих экспериментально установленной области существования нераспространяющихся усталостных трещин, были использованы •опытные данные Н. Фроста (см. рис. 5). Характеристики исследуемого материала: модуль упругости Е = 2-105 МПа, предел текучести стт = 300 МПа, коэффициент упрочнения 1,2-103 МПа. Для упрощения построения петли циклического гистерезиса 'были приняты одинаковые характеристики материала при растяжении и сжатии. Были выбраны три уровня амплитуд внешнего нагружения, соответствующие трем характерным областям: +5,7 кН — для области, где усталостная трещина развивается Ко полного разрушения образца; ±3,5 кН — для области, где было обнаружено существование нераспространяющихся усталостных трещин, и +2,1 кН — для области, где вообще не наблюдали возникновения усталостных трещин.

Сопоставление экспериментальных данных (см. табл. 6) для -образцов различных размеров показывает, что влияние размеров для электрополированных образцов из среднеуглеродистой стали проявляется в том, что с их уменьшением заметно уменьшаются напряжения, необходимые для развития усталостных трещин в области существования нераспространяющихся трещин. Вместе с тем напряжения, необходимые для возникновения усталостных трещин в той же области, остаются постоянными независимо от размеров образца. Влияние размеров для образцов из той же стали, но с механически обработанной поверхностью проявляется, как и в предыдущем случае, в существенном уменьшении разрушающих напряжений с увеличением размеров образцов при наличии нераспространяющихся усталостных трещин. Однако в этом случае он сопровождается заметным уменьшением напряжений, необходимых для возникновения усталостных трещин. Основной же закономерностью является постоянство критического радиуса при вершине надреза для всех размеров образцов.

Любой реальный материал обладает некоторым комплексом свойств, результирующее влияние которых и определяет его сопротивление усталости. При этом одни и те же свойства могут оказывать различное воздействие на разные стадии усталостного процесса. Так, сопоставление областей существования нераспространяющихся усталостных трещин при изгибе с вращением в образцах с кольцевым надрезом из низкоуглеродистой (0,13 % С; ав = 425 МПа.) и среднеуглеродистой (0,34 % С; (Тв = 553 МПа) сталей, приведенное на рис. 19,6, показывает, что одно и то же изменение свойств материала может увеличить предельные напряжения возникновения усталостных трещин и уменьшить предельные напряжения, необходимые для роста трещин. В результате область существования нераспространяющихся трещин для среднеуглеродистой стали оказывается существенно большей, чем для низкоуглеродистой. В общем виде свойства материала проявляются в том, что для сталей с более высокими прочностными характеристиками (ств, от) наблюдается более низкая скорость роста усталостных трещин.