ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Сопротивление термической усталости из "Инструментальные стали и их термическая обработка Справочник " Поверхностные слои инструментов горячей деформации в каждом цикле нагрев — охлаждение изменяют свой объем. При нагреве поверхностные слои должны были бы расшириться, но более холодные внутренние слои препятствуют этому, вследствие чего вначале внешние слои упруго сжимаются (рис. 30). Если температурный градиент от поверхности внутрь детали достаточно велик, то при данном коэффициенте теплового расширения напряжение сжатия при доминирующей температуре достигнет действительного предела текучести (предела ползучести) и в поверхностном слое произойдет пластическая деформация (сжатие). При быстром охлаждении этот же слой должен был бы постепенно сжиматься, но из-за предшествовавшей пластической деформации и из-за сопротивления теперь уже более нагревшихся внутренних слоев протекание этого процесса затруднено или он вообще не происходит и, таким образом, поверхностный слой сначала упруго, а затем пластично растягивается. При восстановлении первоначальной температуры размер поверхностного слоя совпадает с его первоначальным размером, но в нем остается растягивающее напряжение, величина которого соответствует пределу текучести стали. Поэтому в новом цикле нагрев — охлаждение возникает дополнительная остаточная деформация (см. рис. 30). Если можно было бы повышение температуры поверхности ограничить так, что возникла только упругая деформация, то диаграмма напряжение—деформация стала бы обратимой и термическая усталость не наступила. [c.47] Неметаллические включения (окислы), располагающиеся в поверхностных слоях инструмента, также повышают его склонности к термической усталости. Коэффициент теплового расширения некоторых оксидных включений намного больше, чем у матрицы далее, из-за воздействия включений различной формы во время нагрева и охлаждения возникают новые поля напряжения и местные остаточные деформации последние ведут к образованию трещин. Чем больше разница между коэффициентами теплового расширения матрицы и включения, тем выше возникающие напряжения. В табл.8 приведены коэффициенты теплового расширения некоторых типов включений и фаз, модули упругости и коэффициенты формы (влияние надреза). [c.48] Среди перечисленных факторов первые пять — внешние они относятся к области конструирования инструментов. Большинство же внутренних факторов, как об этом было сказано раньше, связано с вязкостью материала инструмента. Поэтому не случайно, что содержание легирующих, повышающее стойкость против отпуска стали, ее предел текучести при нагреве, красностойкость, температура, превращения а- , через другие факторы снижает иногда вязкость и, таким образом, сопротивление термической усталости. В очень многих случаях красностойкие стали более чувствительны к термической усталости. [c.50] При учете склонности стали к термической усталости нельзя не принимать во внимание влияние легирующих на теплопроводность стали. [c.50] Пока не разработан общепринятый унифицированный метод для определения сопротивления термической усталости инструментальных сталей. [c.50] Чаще всего образцы с отшлифованной поверхностью быстро нагревают в тонком слое заданной толщины (I—2,Ъ мм) до температуры At или выше нее, затем быстро охлаждают (в воде, сжа-тым воздухом). [c.50] Быстрые нагревы легче всего можно повторять в индукционной печи иногда образец можно нагревать в алюминиевой или свинцовой ванне. Эти ванны нагревают слой большой толщины. [c.51] Сопротивление термической усталости можно характеризовать числом циклов, соответствующим возникновению на поверхности образца первых трещин, числом циклов, соответствующим какому-то данному числу трещин, длине или глубине трещин, качеством растрескавшейся поверхности, размером сетки трещин (величиной ее ячейки), или серией эталонов путем сравнения с ними и другими способами. [c.51] На рис. 31 приведена серия эталонов, представляющая в пяти разрядах шесть характерных случаев термической усталости. Серия эталонов позволяет сделать различие между сеткообразными растрескавшимися поверхностями (малых, больших размеров), поверхностями с продольными трещинами и поверхностями, имеющими вид обгорелых апельсиновых корок . На основе одного из перечисленных методов оценки можно характеризовать сопротивление инструментальных сталей термической усталости. Так, можно однозначно показать, что увеличение твердости данной инструментальной стали (или же снижение ее вязкости) повышает ее склонность к термической усталости. Это подтверждает также наблюдение, констатирующее, что число циклов, вызывающее растрестшвание общей длиной 40 мм, у различных инструментальных сталей для горячей деформации изменяется в зависимости от критического коэффициента интенсивности напряжения, характеризующего вязкость стали (рис. 32). [c.51] Из двух инструментальных сталей, термообработанных на одинаковый предел текучести, та будет обладать большей сопротивляемостью термической усталостью и, следовательно, иметь большой срок службы, вязкость которой выше и энергия, необходимая для возникновения и распространения трещины, больше. [c.51] Повышение содержания углерода в легированных инструментальных сталях уменьшает сопротивление их термической усталости. [c.51] Сопротивление инструментальных сталей термической усталости может быть улучшено способами термической обработки поверхностей, нитрированием, хромированием. [c.51] Вернуться к основной статье