8.2. Остаточные напряжения и связь состояния поверхности с эксплуатационными свойствами деталей

Особую положительную роль играют остаточные сжимающие напряжения, возникающие при ППД. Остаточные напряжения не релаксируют в стальных деталях десятки лет при нормальной температуре. Снятие остаточных напряжений, возникающих при циклическом нагружении, происходит только при высоких температурах. Большим достоинством ППД является отсутствие ослаблений в местах обрыва упрочнённого слоя металла, имеющееся при поверхностной закалке.

Установлено весьма важное положение в отношении радиусов галтельных переходов: отпадает потребность делать большие радиусы, если применять упрочняющую обработку, которая снимает эффект концентрации. Это позволяет использовать всю длину шейки вала как опорную поверхность подшипника без уменьшения его несущей способности. При этом можно выполнять галтели очень малых радиусов (r : D = 0,01…0,03). Упрочнение галтелей малых радиусов рационально использовать как при изготовлении новых, так и при ремонте эксплуатируемых деталей.

Поверхностное пластическое деформирование вызывает не только замедление роста трещин, но при определённых условиях приводит к полной остановке их распространения при неизменных режимах нагружения.

ППД можно применять для широкой номенклатуры деталей, в том числе работающих при низких и высоких температурах, ударных циклических нагрузках, малоцикловом нагружении и т.д.

Наклёпанный слой материала чувствителен к нагреву. Повышение температуры до 150…200^оС мало снижает напряжения сжатия, созданные наклёпом, но при более высоких температурах остаточные напряжения уменьшаются. Нагрев до 400…500^оС, а в некоторых случаях только до 800^оС, может полностью ликвидировать действие наклёпа вследствие наступающей при этих процессах рекристаллизации, устраняющей кристаллоструктурные изменения, вызванные наклёпом.

Методы ППД весьма эффективны для повышения сопротивления коррозионной усталости, так как они оказывают высокое сопротивление развитию электрохимической неоднородности. Особенно эффективным является предварительное упрочнение ППД с последующей защитой упрочнённого слоя различными покрытиями. В этом случае наклепанный слой не подвергается коррозии, и детали способны длительное время выдерживать циклические нагрузки.

Применение ППД для устранения дефектов от предшествующей технологической обработки весьма эффективно. Например, предел выносливости пружинной стали в результате обезуглероживания может уменьшаться примерно на 60%. Для устранения этого дефекта поверхности применяют виброшлифование или виброупрочнение, которые полностью устраняют влияние обезуглероживания на усталостные характеристики.

В трубных сварных соединениях с кольцевыми швами предел выносливости может быть ниже на 30…40% относительно основного металла. Применение упрочнения стальными шариками (диаметром 1,5…3,5 мм) существенно повышает предел выносливости шва.

При нанесении покрытий возникают различные дефекты (поры, микро- и макротрещины, включения), которые приводят к существенному снижению усталостной прочности деталей. ППД металлопокрытий восстанавливает сопротивление деталей усталости частично или полностью, а иногда обеспечивает его выше исходного уровня.

При помощи ППД можно устранять литейные дефекты деталей (раковины, поры), погрешности геометрической формы деталей, полученные на предшествующих технологических операциях, уменьшать шероховатость поверхностей.