2. Влияние ппд на эксплуатационные свойства деталей

2.1. Сопротивление усталости

Усталость – процесс постепенного накопления повреждений материала под действием переменных напряжений, приводящий к изменению свойств материала, образованию трещин, их развитию и разрушению материала (ГОСТ 23207-78).

Основной причиной усталости является наличие на поверхности детали таких дефектов, как риски, царапины, трещины и т.п., которые, являясь концентраторами напряжений, периодически находясь в зоне растяжения, постепенно углубляются. В результате развивается усталостная трещина, и деталь, в конце концов, разрушается. Свойство материала противостоять усталости называется сопротивлением усталости.

На рис. 2.1. приведены кривые усталости деталей до обработки ППД (кривая 1) и после обработки ППД (кривая 2). Видим, что предел выносливости деталей, обработанных ППД, существенно выше, чем у необработанных ППД:

σ"-1 > σ'-1

(Предел выносливости – максимальное по абсолютному значению напряжение цикла, при котором деталь проходит заданную базу испытаний без разрушения).

Обратим внимание на то, что левая часть усталостной кривой у образцов, обработанных ППД, наклонена к оси абсцисс под меньшим углом, чем у неупрочнённых образцов. Поэтому циклическая долговечность (число циклов нагружения N до усталостного разрушения) деталей, обработанных ППД, больше, чем у необработанных ППД в тысячи (и более) раз:

N2 >>N1

Рис. 2.1. Кривые усталости деталей:

1 – до обработки ППД;

2 – после обработки ППД.

Величина прироста предела выносливости вследствие обработки ППД зависит от конструкции деталей: чем резче концентраторы напряжений в детали, тем более эффективна обработка ППД. У деталей без концентраторов напряжений предел выносливости после ППД возрастает на 20–50%. У деталей с концентраторами напряжений – на 100–130% и более.

Упрочнение мест концентрации напряжений (галтелей, резьб, шлиц, впадин зубчатых колёс и т.п.) с помощью ППД зачастую полностью нейтрализует их отрицательное влияние на предел выносливости.

Весьма эффективна обработка ППД крупных деталей. В этом случае в значительной мере уменьшается вредное влияние масштабного фактора на сопротивление усталости.

Исследованиями показано, что при ППД деталей без концентраторов напряжений прирост предела выносливости обусловлен на 30% остаточными напряжениями сжатия и на 70% - наклёпом поверхностного слоя. Для деталей с концентраторами напряжений картина обратна: 30% прироста предела выносливости обусловлено наклёпом и 70% - остаточными напряжениями сжатия.

Весьма важным является то обстоятельство, что эффект повышения предела выносливости после ППД весьма устойчив:

1. В ЦНИИТМАШе накатанные образцы испытывались на усталость ежегодно в течение 10 лет. Выяснилось, что в результате десятилетнего хранения их предел выносливости не изменился.

2. Уровень допустимого повышения рабочих температур зависит от природы стали, обработанной ППД. При нагреве деталей после обработки ППД до 200–250ºС предел выносливости даже возрастает на 5–10%. С дальнейшим повышением температуры начинается снижение предела выносливости. Нагрев до 400–550ºС в значительной мере снижает эффект ППД. Жаропрочные стали сохраняют эффект повышения предела выносливости от ППД при более высоких температурах.

3. Рабочие циклические напряжения влияют на прирост предела выносливости следующим образом:

Если величина рабочих напряжений меньше чем предел выносливости упрочнённых ППД деталей (меньше σ на рис. 2.1), то их влияние не заметно.

0. Чем больше величина рабочих напряжений σ по сравнению с пределом выносливости σ" упрочненных ППД деталей (рис. 2.1), тем в большей мере снимается эффект повышения предела выносливости и долговечности.

1. При больших значениях рабочих напряжений (от σ и выше на рис. 2.1), когда имеется значительная пластическая деформация поверхностных слоёв образцов, эффект повышения предела выносливости от ППД снимается полностью.

1. При частичном удалении механической обработкой слоя, упрочнённого ППД, эффект повышения предела выносливости снижается по мере увеличения глубины снятого слоя. Поэтому, если при ремонте (или по другим причинам) производилась обточка поверхностей, упрочнённых ППД, то их следует вновь обработать ППД.