Лабораторная работа № 8 контроль остаточных напряжений в литых деталях

ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ РАБОТЫ:

Изучить методы контроля остаточных напряжений в отливках. Определить величину остаточных напряжений в тонкостенной отливке из алюминиевого сплава.

1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Под напряжением, как известно, понимается интенсивность действия внутренних сил

, (1)

где F – внутренняя сила, т.е. равнодействующая сил межатомно­го взаимодействия атомов, расположенных в рассматриваемом сечении отливки площадью ∆S.

Внутренняя сила F может быть обусловлена приложением к отливке некоторой внешней силы F , которая передаётся в рассматриваемое сечение материала ∆S за счёт взаимодействия между атомами отливки. В этом случае говорят просто о на­пряжении в отливке или используют термин «внешнее напряжение».

Внутренняя сила F в рассматриваемом сечении ∆S может существовать в отливке и в случае отсутствия внешнего силового воздействия. Данное явление возникает, когда вследствие пластической деформации металла атомы занимают неравновесное, т.е. смещённое от положения равновесия положение в различных частях отливки. В этом случае в различных объёмах отливки наблюдаются внутренние растягивающие или сжимающие металл силы, вызывающие деформации и коробление отливки. Как правило, об­ласти металла с растягивающими внутренними силами чередуются областями металла со сжимающими внутренними усилиями. Однако в целом по всему объему отливки равнодействующая данных сил равна нулю. Напряжения, появляющиеся в отливке, называют этом случае остаточными напряжениями. Различают остаточные напряжения, образовавшиеся и уравновешенные в объёме всей отливки‚ это так называемые остаточные напряжения I рода‚ или макронапряжения, и остаточные напряжения II рода – микронапряжения, уравновешивающиеся в пределах объёмов отдельных кристаллитов или блоков.

Основными причинами, вызывающими образование остаточных напряжений в отливках является: неравномерное температурное поле по сечению отливки, сопротивление литейной формы и стержней усадке отливки и фазовые превращения в сплаве в период охлажде­ния отливки или при нормальной температуре. Соответственно разли­чают термические, усадочные и фазовые остаточные напряжения.

Для контроля остаточных напряжений наиболее широко используют три метода: тензометрический, метод прогиба и рентгенографический. Для оценки склонности сплава к образованию остаточных напряжений и влияние на величину остаточных напряжений некоторых технологических факторов отливают технологическую пробу –усадочную решётку. Но она не может заменить измерение напряжений непос­редственно на отливке, так как не отражает влияние конструкции и габаритов отливки.

2. Тензометрический метод контроля остаточных напряжений

Применяется для контроля остаточных напряжений 1-го рода для любых отливок из чугуна, стали и цветных металлов. Метод заключается в измерении с помощью тензодатчиков деформация, возникающей в определённом участке отливки после его отрезки (вырезки).

Тензодатчик – это тензорезистор в виде тонкой высокоомной проволоки. Тензодатчик наклеивают на исследуемый участок. Наклеенная тонкая проволока деформируется (сжимается или растягивает­ся) вместе с исследуемым участком отливки.

По изменению сопротивления тензодатчика определяют величину деформации ε‚ с помощью наклеенных треугольником трех тензодатчиков измеряют деформации ε₁‚ ε₂‚ ε₃ и рассчитывают главные деформации ε_Х, ε; определяют значения и направления главных остаточных напряжений ε_Х‚ σ_Y‚ tgφ (рис.1).

₍₂₎

₍₃₎

₍₄₎

где Е – модуль упругости материала; μ – коэффициент Пуансона.

Рис.1. Схема наклейки тензодатчиков 1,2,3 на отливку, ____ линия разреза отливки.

Исследуемые участки отливки отрезают на фрезерном станке или высверливают в виде «столбиков» пустотелым сверлом.

В ряде случаев (сложность приклейки, разогрев и возможность повреждения тензодатчиков при отрезке и т.д.) на исследуемый участок наносят риски или кернения, между которыми замеряют расстояния до и после разрезки с помощью механических индикаторов.