Определение остаточных напряжений в поверхностных слоях деталей

К механическим методам определения остаточных напряжений в поверхностных слоях деталей произвольной формы следует отнести метод освобождения и метод отверстий. [c.66]

Одним из факторов, влияющих на износостойкость, усталостную прочность, является наличие остаточных напряжений в деталях. Изучение вопросов, связанных с механизмом появления остаточных напряжений в поверхностных слоях деталей и их влияние на эксплуатационные свойства деталей, предусматривается лабораторной работой Определение остаточных напряжений, возникающих в поверхностных слоях деталей при механической обработке, и их роль в обеспечении надежности изделий . Во время выполнения данной работы студенты знакомятся с методами определения остаточных напряжений, изучают конструкцию прибора ПИОН-2, предназначенного для установления остаточных напряжений механическим методом, и учатся экспериментально определять остаточные напряжения первого рода, оказывающие наибольшее влияние на эксплуатационные свойства и надежность деталей. [c.306]

К группе исследовательских испытаний относятся также такие, в которых ставится задача изучения характера или закономерностей влияния на изнашивание материала определенного фактора или сочетания разных факторов. К таким задачам относится, например, выяснение следуюш,их вопросов влияния шероховатости поверхности твердого вала на износ сопряженного с ним подшипникового материала влияния длительности испытания на развитие остаточных напряжений в поверхностных слоях испытуемого материала и на износ влияния на износ формы трущихся образцов, их размеров, или соотношения трущихся поверхностей сопряженных образцов влияния на износ свойств смазочных материалов, или способов подачи смазочных материалов влияния на износ способов удаления с поверхности продуктов изнашивания. Непосредственное применение результатов таких испытаний к деталям машин требует осторожности, так как при других сочетаниях условий трения детали влияние изученного фактора может оказаться отличным от найденного в лабораторных опытах. [c.239]

В монографии обобщены закономерности влияния структуры на модуль упругости и совместного влияния геометрических параметров поверхности на коэффициент жесткости и несущую способность литых деталей. Дан сравнительный анализ существующих способов физико-термического, химического и механического упрочнения поверхности деталей. Приведены методы определения и практического регулирования структуры, физико-химических свойств и остаточных напряжений в поверхностном слое отливок. Рассмотрены процессы заполнения форм жидким металлом, формирование и классификация дефектов поверхности и поверхностного слоя литых и механически обработанных деталей. Описаны особенности технологической оснастки и технологии новых и существующих способов формообразования для получения отливок с упрочняющим геометрическим орнаментом. [c.2]

На основе дальнейшего изучения качества поверхностей деталей машин должна быть разработана необходимая конструкторам методика установления оптимального качества поверхности по всем его показателям (шероховатость поверхности, микротвердость и структура поверхностного слоя, остаточные напряжения в поверхностном слое) для заданных конкретных условий работы сопряженных деталей. Технологи должны обеспечивать целенаправленное формирование поверхностного слоя с заданными конструктором изделия стабильными свойствами методами технологического воздействия в процессе обработки. Нерешенной задачей остается разработка быстрых и эффективных методов производственной оценки качества поверхности по всем его основным показателям. Представляет интерес исследование технологического наследования свойств исходной заготовки готовой деталью и определение закономерностей [c.411]

Основными параметрами качества поверхностного слоя деталей после механической обработки металлическим или абразивным инструментом является шероховатость поверхности, глубина и степень наклепа и технологические макронапряжения. Для определения степени влияния каждого из них в отдельности на характеристики усталости, в данной работе использован метод изотермических нагревов в вакууме образцов после заданных режимов механической обработки. Вакуум необходим для предохранения от окисления поверхностного слоя образцов при нагревах. Для этой цели образцы после механической обработки на заданных режимах разделены на три группы. Образцы первой группы испытывали на усталость непосредственно после механической обработки, образцы второй и третьей групп до испытания на усталость подвергали изотермическим нагревам в вакууме для снятия технологических макронапряжений (вторая группа) и для снятия поверхностного наклепа (третья группа). Относительную значимость каждого параметра качества поверхностного слоя в отдельности оценивали путем сравнения характеристик усталости образцов после термообработок для снятия остаточных напряжений, поверхностного наклепа и образцов, не подвергавшихся термической обработке. [c.173]

Работоспособность деталей во многом зависит от состояния поверхностных слоев. Требования к их качеству непрерывно возрастают по мере интенсификации режимов работы деталей. Еще недавно качество поверхностных слоев характеризовалось в основном твердостью и шероховатостью. Теперь часто необходимо создавать в поверхностных слоях остаточные напряжения определенного знака, не допускать образования отпущенных участков. Установлено, что прижоги при шлифовании снижают предел выносливости на изгиб на 25—30%, а шлифовочные трещины — до трех раз. Обезуглероживание и снижение твердости всего на 5 единиц HR может уменьшить долговечность зубчатых колес до выкрашивания зубьев в 2—3 раза. Для деталей, работающих в условиях контактного нагружения, большое значение имеет отсутствие в поверхностных слоях остаточного аустенита, а также цементитной сетки. [c.8]

Повышение усталостной прочности связано с созданием в поверхностных слоях благоприятных остаточных внутренних напряжений. Принято различать три рода остаточных напряжений 1-го рода — напряжения, которые уравновешиваются в пределах детали или участка ее поверхности 2-го рода — напряжения, которые уравновешиваются в пределах отдельного зерна, и 3-го рода — напряжения, которые уравновешиваются в пределах кристаллической решетки. Усталостная прочность зависит от напряжений 1-го рода, именно их создает поверхностная пластическая обработка. Остаточные напряжения порождаются и термической обработкой и обработкой резанием. Однако получение остаточных напряжений не является целью указанных методов, они являются неизбежным, но побочным и часто нежелательным результатом воздействия нагрева и охлаждения при термической обработке, сил пластической деформации и нагрева при резании. При поверхностном пластическом деформировании в поверхностном слое формируются остаточные напряжения определенной величины и определенного знака. Обычно поверхностные слои деталей в работе испытывают напряжения растяжения. [c.95]

Влияние остаточных напряжений на контактную выносливость сталей. Имеющиеся в литературе немногочисленные и зачастую противоречивые данные не позволяют еще с полной определенностью ответить на вопрос о доле остаточных напряжений в числе прочих факторов, влияющих на контактную выносливость. Известно, что снижение долговечности деталей, работающих в условиях трения качения, вызывают растягивающие остаточные напряжения, возникающие в поверхностном слое при шлифовании. Пониженная твердость поверхностного слоя играет значительно меньшую роль. Если в результате пластической деформации растягивающие остаточные напряжения [c.303]

Известная зависимость, согласно которой пластический момент сопротивления превышает упругий, причем тем в большей степени, чем менее выгодна форма сечения, отражает ту же закономерность. Может быть установлено определенное соотношение между отношением прочностей поверхностного слоя и сердцевины и относительной толщиной слоя. Наивыгоднейшим является совпадение эпюр Ос и стн по всему сечению. Конечно, следует учитывать влияние состояния поверхностного слоя не только на Ос, но и на Он, так как, например, методы поверхностного упрочнения (цементация, азотирование, поверхностный наклеп и т. п.) создают значительные остаточные напряжения. В тонкостенных изделиях градиент Он обычно мал, а поэтому невыгоден и большой градиент Ос- По-видимому, этим объясняется малая эффективность поверхностного упрочнения для многих тонкостенных деталей. [c.348]

Способ поверхностной закалки с нагревом т. в. ч. впервые предложенный В. П. Вологдиным, основан на явлении электромагнитной индукции и неравномерном выделении теплоты по сечению детали. Подлежащая закалке деталь помещается в определенное магнитное поле, создаваемое индуктором (катушкой) при пропускании через него переменного тока высокой частоты. Деталь помещается в индуктор с зазором 2—4 мм. По закону электромагнитной индукции в части детали, находящейся лод воздействием магнитного потока, будет индуктироваться ток частоты, одинаковой с частотой тока, пропускаемого через индуктор. Индуктированный ток не распределяется равномерно по всему сечению детали, а протекает только по слою, глубина которого соответствует глубине проникновения тока при этом плотность тока будет наибольшей у поверхности детали. Благодаря тепловому действию тока происходит быстрый (обычно 2—10 с) нагрев поверхностных слоев детали, в которых возбуждаются токи. По достижении температуры закалки ток выключается и через отверстия в индукторе под давлением подается охлаждающая жидкость, обычно вода. Происходит закалка поверхности детали на определенную глубину. При высоких скоростях охлаждения, превышающих критические значения для данной марки сталей, в закаленном слое возникает структура мартенсита, характеризующаяся высокой твердостью и износостойкостью. Остаточные напряжения сжатия, образующиеся в поверхностном слое закаленной т. в. ч. детали, повышают ее усталостную прочность. [c.313]

Качество поверхности деталей машин зависит в основном от метода и режимов проведения отделочной обработки. При определенных условиях поверхностный слой может быть упрочнен, а иногда ослаблен поэтому путем технологического воздействия необходимо в поверхностном слое создавать такие механические свойства и остаточные напряжения, которые в наибольшей степени соответствуют условиям длительной и надежной эксплуатации. Целенаправленное формирование поверхностного слоя с заданными свойствами в процессе изготовления деталн является одной из важнейших задач технологии машиностроения. [c.136]

Состояние поверхности. Чем меньше микронеровности поверхности, тем выше предел выносливости детали. Сопротивление усталости повышается после термохимических и механических обработок, которые создают в поверхностном слое остаточные напряжения сжатия и повышают его твердость (цементация, азотирование, поверхностная закалка, наклеп). После шлифования в поверхностном слое могут возникать остаточные напряжения растяжения, которые снижают сопротивление усталости. Важное значение имеет упрочняющая технология (обдувка дробью, обкатка роликом и др), повышающая пределы выносливости деталей (см. гл. 31). Состояние поверхности учитывают при определении Ка или отдельным коэффициентом [c.35]

В процессе трения и износа поверхностные слои трущихся деталей машин находятся в условиях неравномерного объемно-напряженного состояния сжатия, при этом даже очень хрупкие материалы (чугун, сталь с высокой степенью закалки) обладают повышенной пластичностью. В зависимости от условий трения активные слои под влиянием пластической деформации и тепла изменяют свою структуру, это приводит к возникновению остаточных напряжений между активным слоем и основной массой металлов детали. Износоустойчивость деталей машин можно повысить приданием рабочим поверхностям определенных свойств, различных для последовательных стадий работы. На первой стадии (период проработки) необходима высокая прирабатываемость металла, а после приработки металл должен приобрести высокую износоустойчивость. Такие свойства поверхностных слоев могут быть получены, например, для поршневых колец тракторных двигателей, покрытых пористым хромом с последующим железнением (осталиванием) и оксидированием. [c.394]

Отслаивание твердой корки металла наблюдается в деталях, которые азотированы, цементованы, цианированы или подвергнуты поверхностной закалке. Касательные напряжения на стыке твердой корки с сердцевиной приводят к разрушению ее тем быстрее, чем больше касательные напряжения внутри корки. Это объясняется определенным соотношением сопротивления усталости сердцевины и упрочненного слоя. Увеличивая его толщину, часто удается ликвидировать отслаивание. Однако встречается отслаивание прокатных валков, подвергнутых поверхностной закалке, у которых при прокатке в связи с большими тангенциальными силами в контакте зона наибольших касательных напряжений почти подходит к поверхности это свидетельствует о действии дополнительных факторов. На разрушения, происходящие под поверхностью, помимо контактных напряжений, влияют остаточные напряжения от термической или термохимической обработки и напряжения от общей деформации детали. [c.251]

В каждом реальном твердом теле действуют внутренние напряжения различного происхождения, они существуют вне зависимости от того, нагружено данное тело или нет. Напряжения могут бт.пь временными или постоянными - остаточными. Величина внутренних напряжений часто 6iiiBaeT того же порядка, что и полезных напряжений, которые возникают в твердом теле в условиях эксплуатации при нагружении деталей мап)ин. Технологические процессы обработки деталей и инструментов должны обеспечивать получение остаточных напряжений в поверхностных слоях, епособствуюпщх гювышению надежности и срока службы в определенных условиях эксплуатации. [c.41]

По данным А. А. Маталина [13], изменение твердости поверхностного слоя функционально связано с возникновением остаточных напряжений. Он указывает, что любое изменение твердости (против исходной) поверхностного слоя деталей после обработки сопровождается появлением остаточных напряжений. Из рис. 24 следует, что исходная микротвердость поверхностного слоя цементированной стали 12Х2Н4А после шлифования любым из трех рассматриваемых методов уменьшается, в результате чего в ней возникают остаточные напряжения растяжения. Это подтверждается экспериментами, в которых определение остаточных напряжений в цементированном слое производилось до шлифования (рис. 26, кривая 4) и после (кри- [c.56]

Сопоставляя данные, можно заключить, что при всех видах термической обработки сплава ВТ14 меньшие растягивающие остаточные макронапряжения в поверхностном слое наблюдаются в образцах, подвергнутых шлифованию лентой, наибольшие — кругом. Данные по остаточным напряжениям, определенным методом стравливания и рентгеноструктурным методом на дифрактометре УРС-50ИМ, хорошо коррелируют с результатами усталостных испытаний (рис. 5.6, б, в). Результаты экспериментов подтверждают высказанную нами ранее мысль о наличии управляемой связи между методами и режимами шлифования с качеством обработки. Подтверждается возмол<ность осуществления направленного действия режимов шлифования на характер формирования свойств не только поверхностных слоев деталей, но и долговечности службы самих деталей и узлов в целом. [c.112]

Влияние финишной термической обработки. При изготовлении некоторых деталей или конструкций часто возникает необходимость их термической обработки в готовом виде. Для деталей из титановых сплавов—это дорекристаллизационный отжиг (снятие остаточных напряжений в сварных конструкциях или отжиг для стабилизации геометрических размеров) или термическое улучшение (закалка и низкотемпературное старение). Однако при нагреве в открыть(х печах может происходить определенное изменение поверхностного слоя. Температура до-рекристаллизационных отжигов обычно не превышает 700°С. Отжиг при таких температурах и выдержке несколько часов практически не [c.185]

Общая для всего мира тенденция улучшения рабочих параметров ГТД за счет увеличения степеней сжатия как следствие приводит к появлению большого числа коротких лопаток с собственными частотами колебаний даже по первой форме в области высоких звуковых частот циклов. Увеличение частоты / при данном ресурсе эксплуатации Тэ автоматически приводит к росту циклической наработки N. Поскольку ресурс Тэ также имеет тенденцию к росту, увеличивается относительное число усталостных повреждений среди возможных нарушений работоспособности деталей ГТД. Стала актуальной проблема оптимизации технологии коротких лопаток и связанных с ними элементов дисков по характеристикам сопротивления усталости на высоких звуковых частотах и эксплуатационных температурах, которые, как и частота нагружения, становятся все более высокими. Из-за жестких требований к весу деталей и сложности их конструкции в каждой из них имеет место около десятка примерно равноопасных зон, включающих различные по форме поверхности и концентраторы напряжений гладкие участки клиновидной формы, елочные пазы, тонкие скругленные кромки, га.лтели переходные поверхности), ребра охлаждения, малые отверстия, резьба и др. Даже при одинаковых методах изготовления, например при отливке лопаток, поля механических свойств, остаточных напряжений, структуры и других параметров физико-химического состояния поверхностного слоя в них получаются различными. К этому следует добавить, что из-за различий в форме обрабатывать их приходится разными методами. Комплексная оптимизация технологии изготовления таких деталей по характеристикам сопротивления усталости сразу всех равноопасных зон без использования ЭВМ невозможна. Поэтому была разработана система методик, рабочих алгоритмов и программ [1], которые за счет применения ЭВМ позволяют на несколько порядков сократить число технологических испытаний на усталость, необходимых для отыскания области оптимума методов изготовления деталей, а главное строить математические модели зависимости показателей прочности и долговечности типовых опасных зон деталей от обобщенных технологических факторов для определенных классов операций с общим механизмом процессов в поверхностном слое. Накапливая в магнитной памяти ЭВМ эти модели, можно применять их для прогнозирования наивыгоднейших режимов обработки новых деталей, которые в авиадвигателестроении часто меняются без трудоемких испытаний на усталость. Построение [c.392]

Следует отметить, что положительный эффект от поверхностного наклепа деталей из алюминиевых сплавов наблюдался как яри переменных изгибающих напряжениях, так и при осевом растяжении и сжатии. Усталостные испытания образцов диаметром 18 мм из сплава АК4-1 производилось на резонаноовом пульсаторе грузоподъемностью 20 т при циклах с различной степенью асимметрии и частотой 2000—2200 циклов в минуту (рис. 3). Обкатка образцов производилась роликом (диаметром 35 мм, профильным радиусом 6 мм) при усилии 26 кГ и осевой подаче 0,06 мм1об в два прохода. Относительная глубина упрочненного слоя А/г составляла 0,07—0,08. У поверхности обкатанных образцов образовались остаточные сжимающие напряжения 24—26 кГ/мм . Результаты испытаний (рис. 3) показывают, что при симметричном цикле увеличение предела выносливости от упрочнения обкаткой роликами составляет 21,4% для сплава АК4-1 и 26% для сплава ВД-17. С ростом асимметрии цикла эффект упрочнения уменьшился. Увеличение усилия на ролик и относительной глубины упрочненного слоя до определенных пределов приводит к повышению эффекта упрочнения, после чего дальнейший рост упрочнения прекращается. Для указанных выше образцов диаметром 35 мм авторы исследования приняли предельное усилие на ролик 26 кГ, а предельную глубину 7—8%> от радиуса поперечного сечения. При назначении более высоких усилий на обкатывающий ролик и при дальнейшем увеличении глубины деформированного слоя не наблюдалось до-250 [c.250]

Каждый из указанных методов определенным образом влияет на износостойкость, статическую и усталостную прочность и физико-механические свойства деталей, вызывает наклеп и остаточные напряжения их поверхностей. К показателям, характеризующим состояние поверхности, относятся прежде всего геометрические параметры точность, макрогеометрия, волнистость, шероховатость, направление штрихов обработки и т. д. Именно эти показатели влияют на свойства поверхностей деталей и в первую очередь на их износостойкость. Так, между макрогеометрией поверхности и интенсивностью износа в определенных условиях эксплуатации существуют определенные зависимости. В этих зависимостях имеются интервалы, обеспечивающие наименьший износ, которому соответствует оптимальное значение шероховатости. При этом необходимо стремиться к тому, чтобы макрогеометрия поверхности была одинаковой во всех направлениях. Это относится как к подвижным, так и неподвижным соединениям. Поэтому задачей технологов-ремонтников является разработка и внедрение таких технологических процессов, которые обеспечивали бы фюрмирование поверхностных слоев с необходимыми физико-механическими и геометрическими показателями. [c.89]

Многочисленные исследования показали, что одним из наиболее эффективных методов воздействия на состояние поверхности, приводящих к повышению циклической прочности, является предварительное поверхностное пластическое деформирование (ППД). При этом применение ППД повышает циклическую прочность не столько в области многоцикловой усталости, сколько при больших перегрузках. Известны примеры, когда применение методов ППД позволяет повысить долговечность деталей из титановых сплавов, работающих в области малоциклового нагружения, в 17 — 20 раз, а предел выносливости—в 2 раза [ 187, с. 35, 43]. Вместе с тем по сравнению с многоцикловой усталостью эффективность применения ППД для деталей, работающих в малоцикловой области, изучена меньше. До последних лет отсутствовало даже научно обоснованное объяснение влияния ППД при больших перегрузках (выше предела выносливости), так как при этом роль остаточных сжимающих напряжений не может быть решающей. Возникающие при ППД остаточные сжимающие напряжения при значительных циклических пластических деформациях неизбежно релаксируют при первых же циклах нагружения. С целью установления природы влияния ППД на малоцикловую долговечность титановых сплавов были поставлены специальные опыты по изучению влияния ППД на статическую прочность и характер деформации. Исследование проводили на цилиндрических образцах сплава ВТ5-1 диаметром 10 мм. После механической шлифовки и полировки часть образцов подвергали электрополированию до полного удаления наклепанного слоя. Поверхностное пластическое деформирование осуществляли в трехроликовом приспособлении для обкатки (диаметр ролика 20 мм, радиус профиля ролика г= 5 мм, усилие на ролик изменялось от 300 до 1200 Н при определении статической прочности и равнялось 900Н при оценке характера деформирования). Обкатку вели на токарном станке в 2 прохода при скорости вращения шпинделя 100 об/мин [c.193]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...