Выносливости снижается

Из технологических мероприятий существенное повышение предела выносливости дает накатка резьбы (при правильном технологическом процессе), так как волокна материала не перерезываются, а также обкатка впадин после нарезания или после нарезания и термообработки, если она предусматривается. Обкаткой роликом впадин резьбы удается повысить предел выносливости резьбовых деталей, включая крупные, в 2...3 раза.

Отметим, что в зависимости (32.18) среднее напряжение не учитывается, так как экспериментально установлена независимость предела выносливости резьбовых соединений от величины среднего напряжения при а„ > 0,5ат. Значения пределов выносливости соединений для некоторых распространенных материалов болтов даны в табл. 32.5.

Усталостные испытания показали, что пределы выносливости резьбовых образцов при симметричном изгибе в коррозионной среде для всех исследованных сталей практически находятся на одном и том же довольно низком уровне (12—14 кГ/мм2). Предел выносливости для стали 40Х имел наименьшее значение. Пределы выносливости гладких образцов того же диаметра, испытанных на воздухе при подобном же виде нагру-жения (симметричном изгибе консольного образца), отличаются друг от друга более существенно.

В результате поверхностного наклепа пределы выносливости резьбовых образцов, выполненных из всех исследованных сталей, повышаются от 67 до 130%. Особенно значительно сопротивление усталости повышается у сталей 18ХНВА и 40ХНМА.

Рис. 11. Кривые выносливости резьбовых соединений М12Х1.5. в зависимости от твердости материала (сталь 40ХНМА) болтов (Стср=25 кГ/мм2; точки со стрелками обозначают болты, прошедшие без разрушения заданное число циклов напряжения; точки, взятые в кружочки, обозначают болты, преждевременно разрушившиеся не по резьбо-

Предел выносливости резьбовых соединений принято оценивать по предельной амплитуде переменных напряжений 0ОП.

Обычно аап ^ (0,05 ... 0,12) ав. В реальных конструкциях а0 >- 0,3ав, поэтому при таких напряжениях затяжки испытания по схеме crm = const не вносят существенных погрешностей при определении предела выносливости резьбовых соединений аап.

шее увеличение радиуса открывает большие возможности для повышения предела выносливости резьбовых соединений из стали и особенно из титановых и бериллиевых сплавов.

Рис. 6.11. Кривые изменения предела выносливости резьбовых соединений с накатанной (а) и нарезанной (б) резьбой М10 в зависимости от радиуса впадины и технологии изготовления:

Шаг резьбы. Анализ данных табл. 6.5 показывает, что при одинаковом отношении R/P шаг резьбы практически не влияет на предел выносливости резьбовых соединений. Лишь для резьбы с диаметром 10 мм при R = 0 наблюдается небольшой (до 10'%') .разброс, результатов относительно среднего значения. При других значениях R/P разброс не превышает 2 ... 5 %. Это позволяет рассматривать резьбу как совокупность мелких выточек. Напряжения в стержне с такими выточками распределяются неравномерно лишь на небольшой глубине, прилегающей к вершине. В этом случае коэффициент концентрации напряжений зависит от отношения R'/P и не зависит от отношения R/d.

В работе Р. А. Уолкера и Г. Майера [44] показано, что стремление к высокой прочности и твердости иногда существенно снижает предел выносливости резьбовых соединений, термообрабо-тайных после изготовления резьбы. Это связано с обезуглероживанием поверхностных слоев. У болтов с резьбой, накатанной на термообработанных заготовках, уменьшения предела выносливости при высокой твердости не наблюдается.

Предел выносливости снижается при наличии концентраторов напряжения. Чувствительность он к концентраторам напряжений

кремнистые стали. Для клапанных пружин рекомендуется сталь 50ХФА, не склонная к перегреву и обезуглероживанию. Однако эта сталь имеет малую прокаливаемость и может применяться только для пружин с сечением проволоки, равным или менее 5—6 мм. Для увеличения прокаливаемое™ сталь легируют марганцем (50ХГФА), который снижает ударную вязкость. Оптимальная твердость рессор для получения максимального предела выносливости HRC 42—48; при более высокой твердости предел выносливости снижается. Предел выносливости стали, а следовательно, и долговечность рессор и пружин резко снижаются при наличии па поверхности различных дефектов (забоин, рисок, царапин и т. д.), играющих роль концентраторов напряжений.

Предел выносливости снижается при наличии случайных царапин и повреждений поверхностного слоя, а также износа поверхности. Резкое падение циклической прочности наблюдается при коррозии.

Влияние абсолютных размеров детали. Экспериментально установлено, что с увеличением абсолютных размеров поперечного сечения детали предел выносливости снижается. Это объясняется тем, что с увеличением объема материала возрастает вероятность наличия в нем неоднородностей старения (шлаковые и газовые включения, дефектные зерна и т. п.), это приводит к появлению очагов концентрации напряжений.

Влияние качества обработки поверхностей деталей. При статических нагрузках качество обработки рабочих поверхностей деталей оказывает незначительное влияние на их прочность. При циклических нагрузках разрушение деталей связано с развитием усталостных трещин, возникающих в поверхностном слое. Развитию этих трещин способствует возникшая в результате механической обработки детали шероховатость поверхности в виде рисок, царапин, следов резца и т. п., которые являются концентраторами напряжений. С увеличением шероховатости поверхности предел выносливости снижается, что учитывается коэффициентом влияния шероховатости поверхности Кр, представляющим собой отношение предела выносливости <^IF(T-IJ-) образца с данной шероховатостью поверхности к пределу

Размеры детали. При увеличении размеров образца или детали предел выносливости снижается. Наиболее заметно снижение предела выносливости происходит при изменении диаметра образца от 5 до 25—50 мм. При этом эффективный коэффициент концентрации увеличивается и приближается к значению теоретического коэффициента концентрации напряжений.

тельно (предел выносливости снижается с 425 до 405 МПа при п\ = = 12000 цикл и до 393 МПа при пг =48000 цикл), то при Р= 10 % снижение предела выносливости значительно больше (с 362 до 310 и 230 МПа соответственно).

График зависимости (1) приведен на рис. 18. Значения напряжений, соответствующие пересечению этих линий с ординатой Л = 0, представляют собой предел выносливости гладкого образца. Для образца с концентратором напряжений предел выносливости снижается:

ставляет 17—20 кг/мм?', для образцов с надрезом предел выносливости снижается до 13—17 кг/мм2.

По данным проф. С. В. Серенсена, предел выносливости углеродистой стали при наклепе растяжением повышается на 35%, а при обкатке роликом — на 25%. Аналогичный эффект упрочнения наблюдается и у титановых сплавов. Жаропрочные же сплавы не могут подвергаться сквозному наклепу растяжением, выносливость их при этом снижается, так как в некоторых зернах образуются микротрещины. Поверхностный же наклеп дает повышение предела выносливости. Предел выносливости гладких образцов одного из самых жаропрочных сплавов марки ХН55ВМТФКЮ после точения 30 кгс/мм2; при наличии V-образного надреза, по форме соответствующего пазу замка лопатки, предел выносливости снижается до 18 кгс/мм2; после упрочнения образца с надрезом его выносливость увеличивается до 41 кгс/мм2, у образцов без надреза она также возрастает более чем в 2 раза. На части образцов из сплава ЭИ929 фрезеровали паз по форме первого паза турбинной лопатки [88]. Часть образцов упрочняли обкаткой роликом при 450 кгс в четыре прохода. Усталостные испытания проводили при 750° С. Изменения в микроструктуре фиксировались на оптическом микроскопе методом декорирования дислокаций. Упрочнение накаткой увеличило циклическую прочность с 45 до 80 кгс/мм2 (т. е. примерно на 80%); выдержка при 750° С в течение 300 ч снизила ее до 62 кгс/мм2. Эффект упрочнения, равный 55%, сохранился при выдержке в течение 1000 ч, далее начался спад и при общей выдержке в 1500 ч прочность оказалась даже ниже, чем исходная без упрочнения (рис. 42).

Усталостные трещины могут появляться вследствие прессовой посадки втулки на вал или другую деталь без принятия каких-либо мер для уменьшения возникающих в этих местах напряжений. Так, при насадке втулки с натягом на гладкий вал его предел выносливости снижается на 45—50%. При этом надо учитывать, что при таких посадках возможно схватывание поверхностей и нарушение сплошности контактируемых металлов с образованием при этом мельчайших трещин, что также снижает предел выносливости.