ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы Влияние остаточных напряжений на эксплуатационные свойства металла из "Долговечность двигателей Издание 2 " Сжатие зерен после растяжения до полного снятия напряжений невозможно, так как при этом неизбежна деформация соседних кристаллов и изменение в них знака напряжений. Зерна сжимаются до тех пор, пока среднее напряжение сжатия не достигнет нуля. В этом состоянии в некоторых кристаллах (зернах) появляются остаточные напряжения сжатия, а в других — остаточные напряжения растяжения. При сжатии наблюдается обратная картина. [c.50] При трении наибольшее пластическое течение металла наблюдается на поверхности оно совершенно прекращается на некотором удалении от нее. Пластическое течение металла происходит неравномерно, оно вызывает увеличение объема и растяжение волокон металла. К- В. Савицким [18] экспериментально подтверждено, что наибольшие пластические деформации (смещения металла) при трении алюминиевых образцов происходят на поверхности, причем эти смещения возрастают при переходе к большим нагрузкам и к большим скоростям скольжения (рис. 29 и 30). [c.50] Свободному расширению нагретого поверхностного слоя препятствуют нижележащие холодные слои металла, в результате взаимодействия в нагретом поверхностном слое возникают временные внутренние напряжения сжатия, которые при пластической деформации снимаются. [c.51] При прекращении процесса трения поверхностный слой охлаждается и уменьшается в объеме. Сжатию этого слоя противодействуют нижележащие слои металла. Вследствие этого в поверхностном слое создаются остаточные напряжения растяжения, а в нижележащих слоях — напряжения сжатия. Эти остаточные напряжения I рода сохраняются в теле и могут быть сняты полностью или частично при последующем его нагреве или при возникновении пластической деформации в поверхностном слое. [c.51] С повышением температуры нагрева, но в связи с понижением модуля упругости металла она в интервале температур 600—700° С достигает максимума и при дальнейшем повышении температуры даже снижается до нуля. Охлаждение нагретого поверхностного слоя вызывает возникновение в нем внутренних напряжений растяжения. Так как значение модуля упругости больше при охлаждении, чем при нагреве, то возникающие при нагреве внутренние напряжения сжатия будут по величине меньше растягивающих. Разность между напряжениями растяжения и сжатия определяет величину температурных остаточных напряжений поверхностного слоя. При нагревании поверхностного слоя углеродистой стали до температуры 900° С, при которой модуль упругости уменьшается почти до. нуля, величина остаточных напряжений достигает своего наибольшего значения. Дальнейшее повышение температуры нагрева не оказывает влияния на увеличение остаточных напряжений. [c.51] Значения остаточных напряжений, возникающих в металлических телах при температурных изменениях, также можно определить, пользуясь теориями упругости и пластичности. Методика определения остаточных напряжений в цилиндрическом теле при температурных изменениях с применением этих теорий приводится многими учеными. [c.52] Однако предложенные методы расчета остаточных напряжений I рода, возникающих в металлических телах при температурных изменениях, не отражают всей сложности протекающих в толще металла процессов и являются приближенными. [c.52] При дальнейшем нагреве до температуры 200—270° С в стали происходит увеличение объема вследствие превращения остаточного аустенита в мартенсит с образованием карбида. Это превращение приводит к созданию тонкой субмикронеоднородности структуры внутри кристаллов мартенсита и к повышению предела упругости кристалла. [c.52] В интервале температур 270—400° С заканчивается выделение углерода из а-раствора, сталь представляет смесь феррита и цементита. При температуре 550—600° С сжатие объема стали прекращается и вместе с тем происходит полное снятие напряжений. [c.52] Рентгенографическое исследование напряжений II рода у образцов из стали 35, 60 и У10 после закалки и отпуска показало, что напряжения монотонно снижаются в диапазоне температур 300—600° С, причем наиболее интенсивное снижение напряжений протекает в интервале 350—550° С (рис. 32). Углеродистые стали в диапазоне температур 350—450°С теряют упругие и начинают приобретать пластические свойства, при этом у них значительно снижается предел прочности. В этом же диапазоне температур протекает рекристаллизация этих сталей. [c.53] Для чугунов переход из преимущественно упругого в преимущественно пластическое состояние происходит при нагреве примерно до 600—620° С. Большинство марок чугунов при длительном нагреве до температуры 500° С значительно теряет твердость. [c.53] Некоторые детали двигателей, например поршневой палец, толкатель и др., подвергаются химикотермической обработке цементации, азотированию, цианированию и др. [c.53] При f химикотермической обработке происходят как структурные изменения, так и изменения химического состава поверхностного слоя вследствие диффузии различных элементов. [c.53] При цементации происходит поверхностное насыщение стали углеродом. Внедрение атомов углерода в междоузлия искажает кристаллическую решетку основного металла, в ней создается упругое напряженное состояние, вызванное стремлением атомов занять свое равновесное положение в решетке. [c.53] Диффузионная металлизация стали хромом, алюминием, кремнием и другими элементами проводится при высоких температурах (1000—1200° С), при этом диффундируемый элемент образует с железом растворы замещения и проникает в решетку железа на весьма незначительную глубину. Некоторые элементы, например хром, образуют с углеродом карбиды. После обработки хромом поверхностный слой содержит большее количество карбидов и обладает высокой твердостью. В этом слое также появляются остаточные напряжения сжатия трех родов. [c.54] Остаточные напряжения I рода ничем не отличаются от другого любого упругого напряжения и поэтому складываются с упругими напряжениями, вызванными внешней нагрузкой. В результате сложения остаточных и упругих напряжений, созданных внешней нагрузкой, суммарное упругое напряжение возрастает и может превзойти предел текучести материала. [c.54] Переход суммарного упругого напряжения за пределы упругости может вызвать трещины в малопластичных и хрупких металлических сплавах, так как образовавшиеся внутренние напряжения в таких сплавах не локализуются пластической деформацией. [c.54] При переходе от одного вида деформации к другому процесс трансформации поля напряжений растягивается на значительно больший интервал деформаций, чем при переходе от одной скорости деформации к другой. [c.54] У образцов, предварительно растянутых, необходимо затратить некоторое количество работы на сжатие, прежде чем будет происходить их дальнейшее деформирование. При сжатии такого образца на первом этапе происходит разрядка поля упругих напряжений, характерного для растяжения, сопровождающаяся выделением энергии. Одновременно протекает формирование нового поля напряжений, характерного для сжатия, сопровождающееся поглощением энергии. При определенной степени д )ормации образец приобретает все свойства сжатого образца. [c.54] В процессе трения даже при незначительном нагружении в микрообъемах поверхностного слоя протекают пластические деформации, в участках контакта возникает высокая температура и в результате происходит частичное или полное снятие исходных остаточных напряжений на поверхности трения и их перераспределение в толще поверхностного слоя. Исходные остаточные напряжения складываются с напряжениями, возникающими в про-щессе трения, и поэтому они могут соответствующим образом влиять на пластическое течение металла, а следовательно, на его износ. [c.54] Вернуться к основной статье