ПОИСК Статьи Чертежи Таблицы ОГЛА ВЛЕНИЕ Сталь для холодной штамповки и высадки (инж Кузьминцев) из "Материалы в машиностроении Выбор и применение Том 2 " Воздействие на остаточные напряжения можно проводить в различных направлениях в зависимости от условий работы и назначения той или иной детали или конетрукции. Здесь применяют разнообразные методы, начиная от перераспределения остаточных напряжений и кончая их полным устранением. Ниже приводятся наиболее распространенные методы уменьшения неблагоприятного влияния остаточных напряжений. [c.223] Задачами конструктивных мероприятий уменьшения проявления остаточных напряжений являются получение наиболее равномерного распределения по сечению детали напряжений от рабочей нагрузки устранение всевозможных концентраторов напряжений (как активных, так и остаточных) получение наиболее благоприятного распределения по сечению детали остаточных напряжений. [c.223] Имеются две точки зрения по вопросу о выборе материала деталей и конструкций, для которых (вследствие наличия в них остаточных напряжений) существует опасность хрупкого разрушения. Так как процесс хрупкого разрушения имеет две стадии (стадию зарождения и стадию развития хрупкой трещины), то и борьба с этим разрушением может идти двояко либо по пути предупреждения его возникновения, либо по пути задержания распространения. Первый путь сводится к созданию так называемого барьера , для преодоления которого требуется больше энергии, чем на поддержание распространения зародившейся хрупкой трещины. Следовательно, чтобы создать более высокий барьер , необходимо применять сталь, наименее чувствительную к концентрации напряжений в виде надрезов. Второй путь сводится к применению таких металлов, которые обладают необходимым сопротивлением распространению хрупкой трещины, так как здесь полагают, что полностью избежать всех концентраций нельзя и всегда найдутся случайные причины образования первой хрупкой трещины. При решении вопроса о том, какой из этих двух путей более эффективен в каждом конкретном случае (т. е. что лучше применить более дорогую сталь, не допускающую распространения хрупкой трещины, или повысить требования к изготовлению конструкции из более дешевой стали), нужно исходить из экономической стороны вопроса. [c.223] В качестве конструктивных мер, уменьшающих склонность конструкции к хрупкому разрушению в результате концентрации остаточных напряжений, реко.мен-дуются следующие (применительно к сварным конструкциям) сокращение скопления швов в изделии сокращение до минимума количества пересекающихся и сближающихся швов, вызывающих пространственные остаточные напряжения сокращение до минимума количества сварных швов, образующих замкнутый контур обеспечение свободных деформаций в частях изделия при укладке швов (постановка излишних ребер жесткости, косынок и т. д., уменьшающих гибкость изделия, часто приносит вред). [c.223] В задачу технологических мероприятий по уменьшению остаточных напряжений входит правильное и наиболее рациональное проведение температурного цикла при различного рода термических обработках, последовательность проведения операций по обработке деталей, правильный подбор свойств материалов и др. Правда, эффективность того или иного из этих мероприятий в значительной степени зависит от конструктивного оформления изделия и других факторов. Однако в той или иной степени все эти мероприятия способствуют борьбе с возникновением неблагоприятных остаточных напряжений. [c.223] Например, высокие градиенты температуры при сварке обусловливают возникновение значительных остаточных напряжений как термических, так и структурных. Следовательно, если имеется возможность осуществлять сварку того или иного соединения при различных режимах, то наиболее рациональным, с точки зрения предотвращения появления остаточных напряжений, будет такой режим, который гарантирует наиболее равномерное распределение температуры по поперечному сечению сварного соединения. В связи с этим для более равномерного распределения температуры по сечению сварного соединения часто применяют сопутствующий подогрев зоны сварки. [c.223] При отсутствии структурных превращений и стабильности свойств металла с течением времени будет происходить некоторая релаксация остаточных напряжений. Но практически подобная релаксация так медленна, что ею в больший стве случаев можно пренебречь. Правильность этого положения доказывается целым р.ядом исследований. [c.224] Об устойчивости остаточных напряжений во вре.мени можно судить по косвенным показателям, например, как это сделано в работах И. В. Кудрявцева, по сохранению с течение.м времени эффекта этих напряжений в усталостной прочности стальных деталей. В этих работах на опытах с образцами из углеродистой стали марок 40 и Ст. 5 показано, что длительное вылеживание (в течение 1—2 лет) не приводит к понижению их усталостной прочности, а следовательно, и к снятию остаточных напряжений это положение подтверждено испытаниями образцов, подвергавшихся еще более длительному вылеживанию (в течение 4 лет). Имеются аналогичные результаты, полученные на образцах после 10-летнего вылеживания. Показано также влияние переменных нагружений на устойчивость остаточных напряжений. Была использована зависимость между пределом пропорциональности при растяжении стальных образцов и остаточными напряжениями в них. Исследования проводились на образцах из углеродистой стали марок 40 и Ст. 5. Показано, что величина остаточных напряжений может снижаться под влиянием усталостной тренировки. Но это уменьшение, происходящее в начальном периоде тренировки, имеет место только при напряжениях, больших 0,9 предела выносливости данного материала. [c.224] Устранение остаточных напряжений практически начинается лишь при напряжениях, превышающих 0,7 предела выносливости гладкого образца. Преобладающая же часть остаточных напряжений снимается при еще более высоких напряжениях изгиба и кручения, равных 0,9 предела выносливости и выше. Полное устранение остаточных напряжений происходит при напряжениях выше предела выносливости. [c.224] В той же работе показано, что наличие надрезов на образцах еще более затрудняет снятие остаточных напряжений (в зоне этих надрезов) при циклических нагрузках. так как даже при тренировке под напряжением, равным пределу выносливости образца с концентратором, в зоне концентратора действуют напряжения от внешней нагрузки, не превышающие 0,7 предела выносливости образца без концентратора. [c.224] Все приведенные данные позволяют полагать с достаточным основанием, что напряженное состояние материала, вызванное наличием остаточных напряжений, остается при нормальной температуре неизменным в течение довольно длительного промежутка времени. [c.225] Воздействие повторно-переменных нагрузок оказывает существенное влияние на остаточное напряженное состояние только при достаточно высоком уровне этих переменных нагрузок. [c.225] Снятие остаточных напряжений путем приложения к детали или конструкции внешней нагрузки. Сущность метода снятия остаточных напряжений путем приложения внешней нагрузки состоит в следующем при приложении к детали внешней нагрузки напряжения, вызываемые ею, складываются с остаточными напряжениями, уже имеющимися в детали, и вызывают местную пластическую деформацию в местах наибольших остаточных напряжений. Пластическая деформация снимает остаточные напряжения в той или иной степени или приводит к нх перераспределению по поперечному сечению детали. [c.225] Показано, что для полного снятия остаточных напряжений с любым распределением их по поперечному сечению стержня необходимо приложить к нему нагрузку не меньше т. е. нагрузку, соответствующую пределу текучести. Однако полное снятие остаточных напряжений при приложении силы Р-р будет происходить только в стержнях из неупрочняемон стали. Если же материал способен упрочняться, то произойдет лишь частичное снятие напряжений, причем знаки оставшейся части напряжений в соответствующих зонах стержня будут такими же, как и до его нагружения. На основании этих рассуждений можно сделать вывод о том, что остаточные напряжения в известной мере могут сохраняться в изделиях даже после того, как эти изделия нагружены до предела текучести или даже несколько выше. [c.225] Однако, несмотря на эффективность этого метода, отмечаются существенные недостатки, ограничивающие его применение на практике. Во-первых, это — исчерпывание способности материала детали к пластической деформации, а следовательно, ухудшение его пластических свойств, что подтверждается рядом работ, в которых отмечается снижение предела упругого сопротивления образца под влиянием остаточных напряжений. Во-вторых, необходимость применения продольных нагружений, так как деформация изгиба, как показывают опыты, никакой пользы не приносит. Во многих случаях применительно к реальным конструкциям осуществление таких нагружений затруднительно, а иногда просто невозможно. [c.225] Снятие остаточных напряжений при помои(и термической обработки изделий. В некоторых случаях из соображений прочности конструкции возникает необходимость в полном снятии остаточных напряжений. Лучшим способом для этого считают термическую обработку. Наиболее распространенным и действенным методом снятия остаточных напряжений является высокий отпуск изделий, который состоит в нагревании их до 600 —650° С с последующим медленным охлаждением. Такая температура выбрана исходя из того, что при ней у конструкционной стали происходит полное снятие остаточных напряжений. Перед охлаждением изделие, нагретое до этой температуры, выдерживают примерна 2,5—3 мин на каждый миллиметр толщины изделия. [c.225] Исходя из полученных данных рекомендуется для снятия остаточных напряжений в стали типа ЭЯ2Т и некоторых других марок аустенитной стали следующий оптимальный режи.м термической обработки нагрев при 780—820° С с выдержкой 1 ч. [c.226] При исследовании влияния отпуска на снятие остаточных напряжений в сварном шве трубы из аустенитной стали было установлено следующее. Отпуск при 750 и 800° С, сохраняя характер распределения остаточных напряжений, значительно снижает их величину. Отпуск при 7.50° С в течение 10 ч приводит к снижению макси.му.ма остаточных напряжений, например, на 60%, а при 800° С — примерно на 75—80%. [c.226] Имеется также методика термической обработки стали для снятия остаточных сварочных напряжений, рекомендованная V111 конгрессом Международного института сварки. [c.226] Уменьшение неблагоприятного влияния остаточных напряжений на прочность и несущую способность готовых конструкций. Применяют несколько методов обработки конструкций, сущность которых состоит в перераспределении остаточных напряжений и наведении в наиболее опасных с точки зрения прочности местах благоприятных остаточных напряжений. [c.226] Вернуться к основной статье