Материал: Методические указания к выполнению практических работ по дисциплинам «Технология изготовления деталей и сборка жидкостных ракетных двигателей» и «Технология производства авиационных и ракетных двигателей». Беслик Н.Д., Копылов Ю.Р

растяжения. Легкоплавкие металлы (цинк, кадмий, свинец), осаждаются с напряжениями сжатия. Металлы с промежуточной температурой плавления (медь, серебро и др.) склонны в зависимости от условий процесса осаждения к напряжениям обоих знаков.

Остаточные напряжения при механической обработке (точение, фрезерование, шлифование и др.) могут быть сжимающими и растягивающими, в зависимости от вида обработки, геометрии и материала инструмента, режимов обработки [3–5]. Возникновение остаточных напряжений при механической обработке лезвийным инструментом связано с нагреванием поверхностных слоев, силовым воздействием инструмента, пластической деформацией с трением. Одновременно с процессом упрочнения протекает противоположный ему процесс разупрочнения, который стремится возвратить металл поверхностного слоя в исходное, ненаклепанное состояние. Интенсивность процесса разупрочнения полностью определяется значением температуры и временем ее воздействия на металл поверхностного слоя. Если режим резания или другие условия обработки изменяются таким образом, что количество теплоты, генерируемой в зоне резания, возрастает, то следует ожидать уменьшения степени и глубины наклепанного слоя. При высокой температуре в зоне резания и достаточно продолжительном ее воздействии процесс разупрочнения может быть настолько интенсивным, что наклеп в поверхностном слое полностью снимается. Степень и глубина упрочнения зависят от скорости резания, подачи, геометрии инструмента и величины его износа. По мере увеличения скорости резания до определенных пределов глубина наклепа возрастает.

Остаточные напряжения после сварки возникают в результате температурных напряжений, неоднородных структурных превращений в сварном шве и зонах термического влияния, влияния химических элементов на сварной шов и окружающие объёмы. [8]

24

Остаточные напряжения после закалки

вызываются неоднородным температурным полем, зависит от скорости охлаждения, химического состава металла, режима

закалки, исходного состояние поверхностного слоя.

Остаточные напряжения при азотировании возникают в основном сжимающего характера за счет образования фаз с увеличенным удельным объемом [8]. Под азотированным слоем напряжения становятся растягивающими. После азотирования детали дальнейшей термической обработке не подвергают, и охлаждение по окончании процесса азотирования происходит медленно, поэтому тепловые остаточные напряжения в этом случае практически минимальны.

4. ИЗМЕРЕНИЕ ОСТАТОЧНЫХ НАПРЯЖЕНИЙ

Остаточными напряжениями называются напряжения, существующие в деталях при отсутствии внешних воздействий (силовых и температурных). Остаточные напряжения можно классифицировать по признакам протяженности силового поля и по физической сущности. Общепринятой является классификация по протяженности силового поля. Напряжения 1-го рода - макронапряжения, охватывающие области, соизмеримые с размерами детали; эти напряжения имеют ориентацию, связанную с формой детали. Напряжения 2-го рода - микронапряжения, распространяющиеся на отдельные зерна металла или на группу зерен. Напряжения 3-го рода - субмикроскопические, относящиеся к искажениям атомной решетки кристалла, ориентация их связана со структурой атомной решетки

Остаточные напряжения характеризуются величиной, знаком (напряжения растяжения и сжатия) и глубиной залегания. Основными методами определения остаточных напряжений являются механические и рентгеновские, а также электрофизические методы.

Механические методы основаны на предположении, что разрезка или удаление части детали с остаточными

25

напряжениями эквивалентны приложению к оставшейся детали, на вновь появившихся поверхностях, напряжений, обратных остаточным. Эти обратные напряжения вызывают деформацию детали или усилия в устройствах, препятствующих деформации. Измеряя возникшие деформации (деформационными методами) или силы реакций (силовыми методами), можно вычислить остаточные напряжения.

Различия механических методов определения остаточных напряжений заключаются: а) в форме образцов (или деталей, если образцы не вырезаются); б) в предположениях относительно закона распределения остаточных напряжений, вытекающих из теоретического анализа деформаций при изготовлении; в) в способе измерений деформаций образца или реакций опор, способных устранить эти деформации.

Наиболее широкое применение для вырезки образцов нашли методы электроэрозионной прошивки. Для вырезки образцов из больших деталей или деталей из пластмасс применяют механическую разрезку на чистовых режимах при обильном охлаждении с последующим стравливанием с вновь образованных поверхностей слоя толщиной 0,2 мм.

Наиболее распространенными методами удаления напряженных слоев металла при исследовании остаточных напряжений является электролитическое и химическое травления. Поверхности образца, не подлежащие стравливанию, и детали подвески защищаются покрытиями, стойкими при данной температуре.

Осевые остаточные напряжения в призматических стержнях прямоугольного сечения определяются на образцах в виде стержней прямоугольного сечения. Они широко используются для исследования влияния различных технологических факторов, в частности, методов обработки поверхности на эпюры остаточных напряжений при одноосном напряженном состоянии, а также для определения

26

нормальных остаточных напряжений в поверхностном слое вдоль прямолинейных образующих.

Экспериментальные значения о определяются по величине прогиба fв плоского образца (размером 100×13×1,2

мм), изготовленного из того же материала что и деталь, по той же технологии, по известной формуле [2]

толщина образца; lи - длина базы измерения прогиба.

Пример измерения деформации fв прямоугольных призматических образцов-свидетелей при вырезке или снятии из приспособления после обработки приведен на рис. 4.

Рис. 5. Измерение прогиба fв на длине lв

5. ИЗМЕРЕНИЕ СТЕПЕНИ И ГЛУБИНЫ НАКЛЕПА

Глубину проникновения наклепа определяется путем измерения микротвердости на косых срезах образцов (рис. 6). Косые срезы выполняют в специальном приспособлении,

обеспечивающем получение угла в пределах от 1 до 30 на плоско-шлифовальном станке при обильном охлаждении и

27

минимальных подачах, исключающих внесение дополнительного наклепа на косой срез. Затем изготавливаются шлифы срезов. При этом для обеспечения четкой границы между исследуемой поверхностью и косым срезом (из точки А) образец заливают сплавом Вуда или эпоксидной смолой в приспособлении для полирования. Измерения микротвердости следует проводить по трем линиям. Микротвердость на некотором расстоянии х0 определяется как среднее арифметическое из трех замеров. Глубина расположения точки измерения микротвердости

определяются по соотношению h=x sin . Для определения толщины наклепного слоя hн необходимо найти то значение х0, которое соответствует ненаклепанному материалу с

постоянной микротвердостью Н. Тогда hн=xo sin .

Рис. 6. Схема измерения микротвердости на косом срезе образца

Измерения микротвердости рекомендуются для определения микротвердости отдельных структурных составляющих сплавов; тонких поверхностных слоев, покрытий, тонких листовых материалов (фольги); для определения неоднородности микротвердости на отдельных

28