44 Метод термопластического упрочнения

Для машиностроения актуальной остается проблема повышения эксплуатационной надежности и ресурса агрегатов, ответственные узлы и детали которых продолжительное время работают в условиях циклических нагрузок и повышенных температур. В настоящее время она решается путем создания новых современных конструкций, применения материалов с повышенными физико-механическими характеристиками, а также широкого внедрения в производство прогрессивных финишных методов обработки, среди которых особая роль отводится методам упрочняющей технологии, основанных на поверхностном пластическом деформировании (ППД).

Упрочнение поверхностных слоев, как показывают исследования и производственный опыт, в ряде случаев технологически наиболее легко осуществимо и дает значительный эффект. Многочисленными исследованиями установлено, что в результате применения методов упрочняющей обработки на основе ППД в поверхностном слое создаются благоприятные остаточные напряжения сжатия при соответствующей степени деформационного упрочнения.

В связи с тем, что при традиционных методах ППД в поверхностных слоях деталей степень деформационного упрочнения достигает значительных величин, в условиях повышенных и высоких температур интенсифицируются диффузионные процессы. Поэтому использование ППД для деталей, работающих при повышенных температурах, имеет свои ограничения. Это в большей мере относится к таким сложным и тяжелонагруженным деталям, как лопатки турбины и компрессора авиадвигателя. Наиболее оптимальными для них являются методы упрочнения, которые обеспечивают в поверхностном слое детали благоприятное напряженное состояние при минимальной степени упрочнения. Одним из таких методов является термопластическое упрочнение (ТПУ) [1, 2]. Этот метод заключается в образовании остаточных напряжений сквозным нагревом с последующим ускоренным охлаждением. В результате анализа экспериментальных работ можно утверждать, что ТПУ в отличие от традиционных методов термической обработки позволяет не только снимать растягивающие напряжения, но и получать в поверхностном слое благоприятные остаточные напряжения сжатия.

45 Влияние шероховатости на сопротевление усталости материала детали

Шероховатость обработанной поверхности, наклеп и остаточные напряжения в поверхностном слое детали значительно влияют на ее эксплуатационные свойства: износостойкость, коррозионную стойкость, усталостную прочность, стабильность посадок, герметичность соединений.

Важнейшими эксплуатационными характеристиками деталей машин являются износостойкость и усталостная прочность.

Износостойкость определяет сопротивление поверхности детали изнашиванию в процессе эксплуатации. При изнашивании меняются размеры и геометрическая форма поверхностей, что приводит к изменению характера сопряжений деталей, потере точности взаимного расположения узлов и нарушениям в работе машины.

Усталостная (циклическая) прочность характеризует способность детали противостоять многократно повторяющимся знакопеременным нагрузкам в процессе эксплуатации. Недостаточная усталостная прочность приводит к быстрой поломке деталей, вызывая отказ в работе машин.

Шероховатость поверхности уменьшает площадь фактического касания двух сопрягаемых поверхностей, поэтому в начальный период работы соединения возникают значительные удельные давления, которые ухудшают условия смазки и, как следствие, вызывают более интенсивное изнашивание поверхностей.

47.Влияние деформационного упрочнения на сопротивление усталости материала детали.

Деформационное упрочнение поверхностного слояснижает усталостную прочность жаропрочных материалов при рабочих температурах, так как при этом деформация металла достигает предельного значения и больше оптимальной. Повышение сопротивления усталости при кратковременных перегрузках объясняется деформационным упрочнением, происходящим при пластических деформациях микрообъемов материала, сходным с упрочнением при наклепе. Установлено, что под действием пластических деформаций происходят упрочняющие процессы: разупорядочение кристаллических решеток; увеличение плотности дислокаций; измельчение кристаллических блоков и увеличение степени их разориентировки; зубчатая деформация поверхностей спайности в результате выхода пластических сдвигов на поверхность зерна и, как следствие, увеличение связи между зернами. Уменьшается растворимость С, О и N в а-железе; эти элементы выпадают из твердых растворов, образуя высокодисперсные карбиды, оксиды и нитриды в виде облаков, блокирующих распространение дислокаций. В закаленных сталях происходит распад остаточного аустенита, превращающегося в мелкоигольчатый мартенсит деформации.

Возрастание прочности, наблюдаемое при повышении уровня перегрузок до известного предела, можно объяснить прогрессивным увеличением числа микрообъемов, подвергающихся пластической деформации, и увеличением интенсивности дисперсионного упрочнения. На определенной стадии процесс упрочнения прекращается. Это наступает при таком уровне и частоте перемен напряжения, когда в материале возникают необратимые внутри-и межкристаллитные повреждения, нарушающие сплошность материала.

Изучение сопротивления усталости при нестационарных режимах имеет большое принципиальное и прикладное значение, так как позволяет глубже узнать природу усталости, рациональнее использовать материал и точнее определять долговечность конструкций в эксплуатационных условиях. Однако расчет усложняется. Необходим огромный экспериментальный материал для того, чтобы выяснить закономерности изменения пределов выносливости при различных спектрах нагружения. Должны быть учтены факторы концентрации напряжений, состояния поверхности и т. д., влияние которых на вид кривых усталости при нестационарных режимах может быть иным, чем при стационарном нагружении, и очень значительным.

При определении долговечности при нестационарных режимах на основании гипотезы Пальмгрена кумулятивного суммирования повреждений кривую напряжений разбивают на участки (ступени) с примерно одинаковой амплитудой напряжений. Так как характер нагружения на отдельных ступенях может быть различным, то средние напряжения на каждой ступени приводят к напряжениям симметричного цикла эквивалентного по своему повреждающему действию. Согласно гипотезе Пальмгрена степень усталостного повреждения линейно зависит от числа циклов при данном уровне напряжений.Еще больший эффект дает совмещение зональной упругой или упругопластической деформации с внешним наклепом напряженных зон (наклеп в напряженном состоянии).

48.Влияние шероховатости на износостойкость поверхности.

Во время начального износа, протекающего в период приработки, происходит изменение размеров и формы неровностей, а также направления обработочных рисок.Задачей конструктора, проектирующего новые машины, является назначение шероховатости трущихся поверхностей, соответствующей ее оптимальному значению, при котором износ и коэффициент трения при данных условиях изнашивания являются наименьшими. Шероховатость и волнистость поверхности для износа не ограничиваются влиянием высоты неровностей и размеров фактической поверхности контакта, а связаны также с шагом и формой неровностей. В период начального износа поверхностей дополнительный зазор в соединении может достигнуть значения допуска на изготовление детали и точность соединения будет полностью нарушена.Вместо требуемого чертежом соединения второго класса точности фактически возникает соединение третьего класса, вместо посадок скольжения появятся ходовые посадки и т. п. Для предотвращения этого необходимо во всех случаях ответственных сопряжений, от которых требуется длительное сохранение установленной конструктором точности, вести обработку деталей при достижении минимальной шероховатости трущихся поверхностей. Высота шероховатости, направление штрихов обработки, форма и шаг неровностей, размеры опорной поверхности и другие геометрические характеристики микрорельефа поверхности оказывают влияние и на другие важные эксплуатационные свойства деталей «машин и приборов, в частности на их контактную жесткость, коррозионную стойкость, отражательную способность, коэффициент теплопередачи, газовую эрозию. В связи с этим необходимо тщательно регламентировать в чертежах основные характеристики шероховатости, а в некоторых случаях и дополнительные характеристики, необходимость которых может быть определена исходя из конкретных особенностей эксплуатации деталей. Вместе с тем чрезвычайно важно осуществлять производственный контроль за выполнением всех требований к шероховатости ответственных поверхностей деталей, установленных чертежом.