Вплив шорсткості та стану поверхневого шару на експлуатаційні властивості деталей машин (стр. 3 из 3)
Втомлена міцність деталей суттєво залежить від величини, знака і глибини поширення залишкових напружень поверхневого шару. Численними дослідженнями встановлено, що за наявності у поверхневому шарі залишкових напружень стискання межа витривалості деталі підвищується, а за наявності залишкових напружень розтягування – знижується, причому залишкові напруження стискання суттєво підвищують межу витривалості, ніж знижують його такі ж за величиною залишкові напруження розтягування. Для сталей підвищеної твердості підвищення межі втомленості завдяки дії стискальних напружень досягає 50 %, а зниження його під дією розтягальних напружень – 30 %.Вплив залишкових напружень на межу витривалості сталі особливо суттєвий, коли різниця в міцності сталі при розтягуванні та стисканні велика. У зв’язку з цим межа витривалості твердих сталей залежить від величини і знака залишкових напружень особливо сильно, в той час як у м’яких і пластичних сталей ця залежність проявляється менше.
Рис. 9. Вплив залишкових напружень на втомлену міцність деталей зі сплаву ВТЗ-1
Графік залежності межі витривалості металів і сплавів ВТ3–від величини і знака залишкових напружень, утворених при шліфуванні, показаний на рис. 9 і свідчить про те, що між межею витривалості та залишковими напруженнями поверхневого шару існує прямий зв’язок, який може бути виражений співвідношенням виду:
σ–1 = A – Bσзал,
де σ–1 – межа витривалості металу після його шліфування;
σзал – залишкові напруження поверхневого шару, що виникли в результаті шліфування, із врахуванням їх знака;
А і В – постійні величини.
Аналогічні співвідношення були отримані й для інших матеріалів і видів обробки. При цьому експерименти проводилися при кімнатних температурах, тому висновки не можуть відноситись до умов роботи деталей в зоні високих температур. При нагріванні деталей, що мають в поверхневому шарі залишкові напруження, відбувається релаксація напружень і їх вплив на межу витривалості послаблюється.
4. Вплив структурних змін металу поверхневого шару
Теплота, що виділяється в зоні різання при різних методах механічної обробки в певних умовах (напружені режими різання, притуплення різального інструмента і засалювання круга надто високої твердості, недостатнє охолодження тощо), викликає структурні зміни металу поверхневого шару.
При обробці металів, що піддаються загартовуванню, може відбутись часткове загартування металу поверхневого шару, а при обробці загартованих металів – відпущення різного ступеня.
Структурні зміни металу при його механічній обробці і, зокрема, припали поверхні, що шліфується, є серйозною причиною зниження довговічності деталей машин.
Ділянки м’якого відпущеного металу мають знижену зносостійкість. На рис. 10 показано, що деталі із загартованої сталі 40Х, яка має підпал поверхневого шару, зношуються значно інтенсивніше аналогічних деталей без підпалу.
Рис. 10. Вплив шліфувального припалу на зношування стальних зразків: 1 – з припалом2 – без припалу
Звичайно в зонах відпущеного металу, що має менший питомий об’єм, розвиваються залишкові напруження розтягування, які знижують втомлену міцність деталей. При цьому на границях ділянок зміненої структури часто утворюються шліфувальні тріщини, які є осередками втомлених руйнувань деталей.
Межа витривалості зразків з підпалинами (рис. 11) значно нижча за межу витривалості зразків, виготовлених із загартованої сталі 40Х без підпалин.
Рис. 11. Вплив шліфувального припалу на межу витривалості сталі 40Х: 1 – без припалу2 – з припалом
Використана література
1. Бондаренко С.Г. Розмірні розрахунки механоскладального виробництва.– К. 1993. – 544 с.
2.Маталин А.А. Технология машиностроения.– Л. – М., 1985. – 496 с.
3 Основы технологии машиностроения / Под ред. В.С. Корсакова – М., 1977. – 416 с.
4.Справочник технолога-машиностроителя / Под. ред. А.Г. Косиловой, О.К Мищерякова. Т. 1. – М.. 1985. – 655 с.
5.Руденко П.А., Шуба В.А и др. Отделочные операции в машиностроении. – К.: Техника, 1990. – 150 с.