Возникновение усталостных

С термической обработкой, пластической дефформациея, сваркой может быть связано возникновение внутренних напряжений ( которые в дальнейшем способствуют коррозии), а также

К недостаткам сварных соединений относятся изменение структуры металла вблизи сварных швов из-за нагрева деталей до высокой температуры; возникновение внутренних напряжений и деформаций деталей в .результате неравномерности нагрева и охлаждения свариваемых изделий, а также неравномерной усадки наплавленного металла; опасность появления трещин, газовых пузырей, шлаковых включений /, подреза 2, непровара 3 и других дефектов швов (рис. 248).

Следующей особенностью статически неопределимых систем является возникновение внутренних усилий вследствие неточности изготовления элементов конструкции и их сборки. Эти усилия складываются с эксплуатационными и могут при-

Наконец, специфической особенностью поверхностного слоя является возникновение внутренних остаточных напряжений.

Исследования закаленной на аустенит стали 20Х позволили установить, что в результате воздействия абразивов при изнашивании мартенситные превращения на поверхности происходят на глубину до 60 мкм [52]. При этом количество мартенсита увеличивается до 60% (в исходном состоянии в тех же слоях 22%). Появление мартенсита приводит к увеличению объема поверхностной зоны на 1,59%, что вызывает возникновение внутренних напряжений

Возникновение внутренних напряжений в значительной степени связано с различием величин температурных коэффициентов ли^ нейного расширения основного металла, переходного слоя и покрытия. Экспериментальным и расчетным методами установлено, что

Повреждающее влияние фреттинг-коррозии очень велико при наличии дефектов, вызывающих возникновение внутренних растягивающих напряжений (шлифовочные прижоги) и дефектов, проникающих за упрочненный поверхностный слой (закалочные трещины и т. п.).

При сварке заготовок в них возникают внутренние напряжения, вызывающие их деформацию. Даже при повышенной жесткости заготовок, способствующей снижению деформаций, в заготовках часто появляются трещины из-за остаточных напряжений, вызванных неудовлетворительными конструктивными формами заготовок. Возникновение внутренних напряжений в значительной степени обусловливается также способом сварки. Даже при наиболее полном учете указанных выше факторов сварные заготовки деталей машин в ряде случаев должны подвергаться термической обработке для снятия внутренних напряжений.

Толщина стенок оказывает существенное влияние на возникновение внутренних напряжений в теле изделия; в соответствующих случаях можно усиливать такие стенки ребрами жесткости.

Влияние внутренних напряжений и скорости нагружения. Возникновение внутренних напряжений в термореактивных

Чтобы повысить прочность пластмассовых корпусных деталей, иногда применяют армирование. С этой целью перед заливкой компаунда в литейную форму закладывают металлические стержни или целый каркас. Однако значительная разница в коэффициентах температурного расширения пластмасс и металлов обусловливает возникновение внутренних напряжений, в результате чего могут образоваться трещины в армированных корпусах, работающих в условиях переменного температурного режима.

Рис. 169. Возникновение усталостных трещин 10 П. И. Орлов, кн. 1

Усталостное разрушение материала не обязательно должно привести к поломкам детали. Возможно возникновение усталостных трещин, которые до определенных размеров незначительно снижают работоспособность изделия, и опасность представляет в основном возможность их быстрого роста, приводящая к снижению несущей способности изделия.

Возникновение усталостных трещин в стыковочных балках вертолетов Ми-2, Ми-6 и Ми-8 в процессе эксплуатации было обусловлено раскрытием стыка. Раскрытие стыка может возникать в эксплуатации по многим причинам [15]. Однако известно, что при раскрытии стыка, когда момент затяжки недостаточен для создания усилия, компенсирующего растягивающую переменную нагрузку, в стяжном, элементе напряжение может возрастать в 2 раза. Уровень возросшего напряжения зависит от толщины стягиваемых элементов, плоскостности их поверхности, диаметра стяжного элемента, наличия или отсутствия смазки и прочее. В частности, в рассмотренном выше примере (§ 13.3) раскрытие стыка было обусловлено неплотным прилеганием подвижного (вращаемого) шлицевого фланца вала винта, в котором возникала неплотность стыка при передаче крутящего момента. Устранение неплотности стыка может быть достигнуто различными путями. Так, например, применительно к картеру поршневого двигателя АШ62-ИР в неподвижном фланцевом стыке возникал фреттинг-процесс из-за потери момента затяжки болтов [16]. Жесткость стыка в рассматриваемом соединении была переменной по окружности из-за переменной толщины сопрягаемых дета-

Проведенные оценки длительности роста усталостных трещин и напряженности гидрофильтров свидетельствовали о том, что их ресурс не соответствует предполагаемой расчетной долговечности. Выполненным металлографическим исследованием материала показано, что возникновение усталостных трещин в штампованных агрегатах обусловлено наличием по границам текстуры повышенного содержания интерметаллидов. Потребовалось проведение специальных технологических операций по снижению плотности интерметаллидов по границам волокон штампованного корпуса гидрофильтров, что привело к существенному увеличению их долговечности.

Один из важнейших элементов подъемной установки — надшахтный копер, несущий направляющие шкивы и воспринимающий нагрузки от шахтного подъема (шкивов, подъемных сосудов, канатов, собственного веса металлоконструкций), ветра. Кроме того, металл конструкции копра подвергается интенсивному воздействию окружающей среды, что ведет к его значительному коррозионному износу. В результате всех этих воздействий возможно снижение прочности несущих конструкций копра и возникновение усталостных повреждений в сварных соединениях элементов.

Так, если после первичного контроля штанга по доле дефектных деталей занимала среди проконтролированных деталей второе место, то после вторичного — четвертое. Это объясняется отсутствием на ней резьбы и галтели, в которых наиболее вероятно возникновение усталостных трещин. О том, что при повторном контроле основной вклад в дефектность вносят усталостные трещины, говорит и распределение дефектов по участкам деталей: около 80% дефектов располагалось во впадине резьбы и проточке, остальные — трещины или заковы (закаты) — в теле деталей. Выявление дефектов типа заков (закат) объясняют рядом причин: пропуском этих дефектов при первичном УЗ контроле из-за неблагоприятной ориентировки их относительно направления прозвучивания; отсутствием данных по удалению дефектов, допускаемому НТД; некоторой недостоверностью данных, зависящей от не всегда достаточной квалификации и добросовестности дефектоскопистов.

По мере углубления знаний менялись и представления о деталях процесса разрушения металлов от усталости. В исследованиях первого этапа основное внимание обращалось на возникновение усталостных трещин, так как считалось, что дальнейший их рост происходит весьма быстро. Затем стали появляться исследования, показывающие, что развитие усталостной трещины может быть весьма длительным, а зародыши трещин существуют в металле практически всегда.

Возникновение усталостных трещин в образцах различных размеров происходило на самой ранней стадии нагружения. При этом наблюдалась тенденция к уменьшению относительной долговечности до образования трещины с увеличением размеров образца. Вместе с тем, несмотря на равенство критических (максимальных) напряжений, при которых возможно еще существование нераспространяющихся усталостных трещин для образцов различных размеров, предельный размер этих трещин для крупных образцов был существенно меньше, чем для мелких (см. табл. 8). Полученные результаты еще раз говорят о том, что основным параметром, определяющим пределы области существования нераспространяющихся усталостных трещин в образцах различных размеров, является градиент напряжений. Действительно, для образцов различной ширины изменение градиента напряжений оказывается практически незаметным: от 4,189 мм-1 для образцов шириной 50 мм до 4,247 мм-1 для образцов шириной 200 мм. Таким образом, можно утверждать, что одинаковый диапазон напряжений, в котором в данном случае существовали нераспространяющиеся усталостные трещины в образцах различных размеров, является следствием

ными за возникновение усталостных трещин на элементах конструкции, нагруженных в долевом направлении.

В процессе поверхностного пластического деформирования, кроме того, происходит заглаживание, завальцовывание микроскопических надрывов и трещин, являющихся концентраторами напряжений. Существует мнение, что основное влияние поверхностный наклеп оказывает даже не на возникновение усталостных трещин, а на их развитие, задерживая его. Развитию усталостных трещин на базе имеющихся концентраторов напряжений особенно благоприятствует агрессивная среда, в которой работают многие детали.

Рис. 169. Возникновение усталостных трещин 10 П. И. Орлов, кн. I