книги из ГПНТБ / Макаров, А. Д. Износ инструмента, качество и долговечность деталей из авиационных материалов учебное пособие

Из сказанного следует, что формирование растяги­ вающих напряжений под действием температуры может быть только в том случае, если внутренние напряжения, возникающие при нагрева­ нии, превзойдут по своей величине предел текучести данного материала. Темпера­ турные напряжения могут быть подсчитаны по формуле

где crs — предел текучести обрабатываемого материала.

На рис. 13.3 применительно к жаропрочному никелевому сплаву ЭИ826 штриховкой показана зона начала протекания термоплас­ тических деформаций Т

Величина тепловых остаточных напряжений растяжения в зависимости от температуры нагрева поверхностного слоя может'

251

Рис. 13.3. Изменение предела текучести а0 , 2 и

температурных напряжений ат в зависимости от температуры нагрева сплава ЭП220

5. Высокая скорость пластической деформации, высоки -удельные нагрузки и температуры — все это приводит к струк­ турно-фазовым изменениям (превращениям) в металле по­

ных причин может оказать преобладающее влияние и определить тем самым величину, знак и характер распределения напряжений по глубине поверхностного слоя. Как правило, при резании одно­ временно действуют несколько факторов; в результате их взаи­ модействия окончательное распределение остаточных напряжений -по глубине поверхностного слоя приобретает весьма сложный характер.

Методы определения остаточных напряжений

В настоящее время определение остаточных поверхностных напряжений производится в основном двумя методами — меха­ ническим и рентгеноструктурным. Первый метод основан на зависимости, полученной академиком Н. Н. Давиденковым [3], и заключается в измерении деформации образца при послойном

•или непрерывном удалении поверхностных напряженных слоев х последующим расчетом напряжений.

252

Сущность рентгеноструктурного метода заключается в изме­ рении разности параметра кристаллической решетки исследуе­ мого металла в зависимости от ориентации отражающей плоско­ сти по отношению к действующему напряжению (метод двух угло­ вых съемок, предложенный Глокером [4]). Как механический, так и рентгеноструктный методы определения напряжений имеют ■свои достоинства и недостатки.

Преимуществами рентгеноструктурного метода двух угловых ■съемок являются: объективность, отсутствие посторонних факто­ ров, воздействующих на образец в процессе измерения, локаль­ ность, возможность определения напряжений без разрушения детали. Основным преимуществом механического метода является возможность быстрого получения эпюры остаточных напряжений по глубине поверхностного слоя.

Методика механического метода определения напряжений

■Согласно зависимостям акад. Н. Н. Давиденкова, осевые изме­ ренные напряжения F„ и тангенциальные измеренные напряже­ ния FT находятся из выражений

F0 = F0l + Fo2 + Fo3,

где Ъ— половина длины исследуемого участка (см. рис. 13.4);

253

ностный слой подвергается интенсивной пластической деформации и действию температуры, в детали образуется объемно-напря­ женное состояние. Однако в силу малой толщины напряженное состояние в поверхностном слое с достаточной степенью точности может быть принято двухосным (плосконапряженным). При двух­ осном напряженном состоянии остаточные осевые напряжения, полученные на плоских образцах (вырезанных из втулок), и тан­ генциальные напряжения, определенные на кольцах, не будут ха­ рактеризовать первоначальные (истинные) напряжения. Это выз­ вано тем, что после вырезки образцов остаточные напряжения по

254

межплоскостное расстояние d какого-либо семейства плоскостей (Ш), расположенных под двумя углами фг и <]i2 к действующему напряжению. Разность величин межплоскостных расстояний, при этих углах Ad = d^ пропорциональна величине остаточных напряжений о.

Формула, по которой определяются напряжения, имеет вид

где Е — модуль упругости, [х — коэффициент Пуассона.

Напряжения, определенные по этой формуле, действуют вдоль линии пересечения плоскости образца с плоскостью, опре­ деляемой направлением первичных лучей при соответствующих углах съемки ^ и фа. В зависимости от марки материала (типа кристаллической решетки) предварительно выбираются углы па­ дения первичного пучка лучей, тип излучения, семейство плос­ костей (Ш), эталонное вещество и др. [91.

Взаключение следует отметить, что в формулы (13.4), (13.5)

и(13.8) входит модуль упругости £; при этом определение оста­ точных напряжений, как правило, выполняется с использованием значения модуля упругости, соответствующего исходному металлу. Вместе с тем исследования показывают (см. главу XII), что пласти­ ческая деформация приводит к изменению всех физико-механи­ ческих свойств металла поверхностного слоя, в том числе и модуля упругости. Поэтому для более точного определения напряженности поверхностного слоя необходимо расчеты вести с учетом закона распределения модуля упругости по глубине поверхностного слоя.

Влияние элементов режима резания на остаточные напряжения

Влияние скорости резания. Влияние скорости резания на остаточные напряжения следует рассматривать как влияние ком­ плексного параметра, определяющего процесс резания. С ростом скорости резания повышается температура резания, что должно приводить к уменьшению сжимающих напряжений и увеличению напряжений растяжения. Другие физические явления, происхо­ дящие в зоне резания, выступают также тем или иным образом в зависимости от температуры. Так, например, скорость резания выступает как температурный фактор, изменяющий степень раз­ вития нароста или застойной зоны и характеро бтекания и подмя­ тая металла из зоны стружкообразования в сторону задней по­ верхности. При увеличении скорости резания (температуры) про­ исходит уменьшение или полное исчезновение нароста, что при­ водит к уменьшению подмятая металла в сторону задней поверх-

256

ности и тем самым снижению действия силового фактора при од­ новременном усилении действия теплового. Повышение скорости резания до некоторого значения в этом случае будет способствовать

образованию растягивающих напряжений.

Далее, при повышении скорости резания до некоторого ее значения происходит сужение пластической зоны и уменьшение глубины ее распространения ниже линии среза. То и другое дей­ ствует в сторону снижения силового фактора. Кроме того, с увеличением v уменьшается как величина равнодействующих сил, так и направление, определяемое разностью углов ©—у. При уве­ личении скорости резания происходит уменьшение угла трения 0, что равносильно увеличению переднего угла. В этом же случае^, как указывается в работе [2], углы между направлением осей максимального удлинения отдельных зерен металла поверхност­ ного слоя и вектором скорости увеличиваются, что также способ­ ствует возникновению напряжений растяжения.

Снижение действия силового фактора и создание более бла­ гоприятных условий для образования напряжений растяжения при увеличении в некотором, диапазоне скоростей резания проис­ ходит также за счет уменьшения коэффициента трения по задней

поверхности.

Рассмотренные физические явления, происходящие в зоне резания и действующие, как это было показано ранее, в сторону снижения глубины и степени наклепа, в данном случае, способ­ ствуют формированию в поверхностном слое с увеличением ско­ рости резания все возрастающих остаточных напряжений растя­

жения.

Необходимо отметить, однако, что действие большинства из указанных факторов на определенной скорости резания ослабе­ вает (или совсем прекращается), в этот момент начинают дейст­ вовать другие факторы, которые могут способствовать снижению напряжений. Так, например, коэффициент трения р/, достигнув минимального значения при оптимальной скорости,затем возрас­ тает, что должно увеличить эффективность действия силового фак­

тора и снизить растягивающие напряжения.

С повышением скорости резания температура нарастает не­ равномерно. В области относительно больших скоростей темп прироста температуры резко замедляется. Соответственно этому прирост величины остаточных напряжений также должен сни­ зиться. Далее, при резании на высоких скоростях (температурах) возможны фазовые превращения. Если вновь образованная фаза будет иметь больший объем, то в поверхностном слое возникнут остаточные напряжения сжатия. Суммарные напряжения на обра­ ботанной поверхности будут являться результатом сложения напряжений от пластической деформации, температуры и струк­ турных превращений. Необходимо отметить также, что напряже­ ния растяжения снижают микротвердость, а напряжения сжатия повышают ее [101. На основе этих данных экстремальный ха-

Рис. 13.6. Влияние скорости резания на величину и характер эпюры ос­ таточных тангенциальных напряжений при точении сплава ЭИ437БУ

резцом ВК6М:

а — s = 0,08 мм/об; б — s = 0,2 лш/об; в — s = 0,3 мм/об

9*