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

верхностном слое которых отсутствовали наклеп и остаточные напряжения. Характеристики качества поверхностного слоя и параметры тонкой структуры металла приведены на рис. 16.12 и в табл. 16.6. Шероховатость поверхности всех семи вариантов изготовления образцов находилась в пределах одного-двух классов чистоты—у 8 - f - y 9. Приведенные данные показывают, что в данной

напряжения как в осевом, так и тангенциальном направлениях; полированием и обкаткой роликами — сжимающие напряжения. При точении на скорости 23 м/мин (V< V0) в осевом направлении были наведены сжимающие напряжения, в тангенциальном —растя­ гивающие. Глубина и степень наклепа поверхностного слоя при обработке образцов рассматриваемыми методами изменялась со­ ответственно в пределах 40-^280 мкм и 17,5-f-35,5%.

351

*Определено на основании корреляционной зависимости между твердостью и степерыо пластической деформации,

**Определено при рентгенографировании поверхности,

s

.4

VOC

Рис. :6 .15. Температурно-ресурсный барьер (заштрихованная зона) работоспособности сплава ЭИ437БУ в зависимости от состояния поверхностного слоя (применительно к

жаропрочности).

Построено для частной выборки с вероятностью неразрушения 0,5

прочности построены для частной выборки при вероятности нераз­ рушения I = 0,5. Результаты исследования показывают, что в условиях низкотемпературного испытания (500°С) во всем иссле­ дованном диапазоне нагрузок упрочненные обкаткой образцы обладают преимуществом перед другими вариантами изготовления образцов. Например, при нагрузке з = 100 кг/мм2 среднее зна­ чение стойкости упрочненных образцов составляет lg- = 1,7; электрополированных— lgr = 1,1 (т— стойкость, час). В этих температурных условиях сказывается благоприятная роль сжимаю­ щих напряжений (полученных обкаткой и полированием) и отри­ цательная роль растягивающих напряжений — шлифованные и обточенные образцы по сравнению с электрополированными имеют пониженную стойкость (рис. 16.13 а и 16.14 а). Вместе с теме увеличением длительности испытания (при соответствующем сни­ жении нагрузки) преимущество упрочненных образцов уменьшает-

355

ся. Если при нагрузке сх = 100 кг/мм~ между упрочненными и электрополированными образцами разница составляет более чем в пять раз (когда испытания измеряются часами и десятками часов), то при з = 84 кг/мм- упрочненные образцы лишь на 40% имеют более высокую стойкость, чем электрополнрованные (испытания измеряются сотнями часов). Интерполирование зависимостей по методу [18] на более высокую долговечность показывает, что пре­ имущество упрочненных образцов (пли образцов с благоприятными сжимающими напряжениями) полностью стирается в диапазоне долговечностей lgx = 2754-3,05 и при более высоком ресурсе наи­ большей жаропрочностью обладают электрополнрованные образ­ цы. Таким образом, при температуре 500°С долговечность lgt = = 2,54-3,05 является ресурсным барьером (заштрихованная зона), ограничивающим возможность использования методов упроч­ няющей технологии. До указанного барьера длительная прочность в значительной мере будет определяться величиной и знаком оста­ точных напряжений, причем установлено, что растягивающие на­ пряжения независимо от вида обработки существенно снижают жаропрочность сплава. В диапазоне долговечностей, превышающих рассмотренный барьер, снижение жаропрочности происходит соот­ ветственно увеличению глубины и степени наклепа независимо от величины и знака остаточных напряжений (в исследованных пре­ делах).

При температуре испытания 700°С (рис. 16.13 б) упрочненные обкатыванием образцы показали самую низкую долговечность; наибольшей жаропрочностью обладают электрополнрованные об­ разцы. Однако характер зависимостей з = f (Igt) и интерполиро­ вание их (в данном случае на более низкую долговечность, чем экспериментальные данные) показывают, что при 0 = 700°С также имеется ресурсный барьер в диапазоне lgt = 0,4—-1,0, до кото­ рого возможен эффект от упрочнения деталей. По сравнению с температурой испытания 500°С ресурсный барьер при 700°С имеет существенное смещение (рис. 16.13, а и б) в сторону меньших долговечностей.

Испытание при более высокой температуре. (850°С) еще конт­ растнее выявило отрицательное воздействие наклепа (рис. 16.13 в). Зависимости © = / (lg-t) для различных вариантов обработки рас­ положились соответственно возрастанию глубины и степени на­ клепа: максимальной жаропрочностью обладают электрополированные образцы, далее идут полированные, шлифованные и обто­ ченные образцы; наименьшей долговечностью обладают упрочнен­ ные обкаткой образцы. Необходимо отметить, что различия в угловых коэффициентах зависимостей © = / (lg х) указывают на то, что, несмотря на весьма высокую температуру (850°С-), в данных условиях также имеется ресурсный барьер (равнопрочность образцов), до которого будет наблюдаться эффект от упроч­ нения деталей. Однако последнее обстоятельство, по-видимому,

356

не будет иметь практической ценности, вследствие слишком малых значений долговечностей (измеряемых минутами).

На рис. 16.14 показано влияние скорости резания при точении

•на жаропрочность сплава ЭИ437БУ. Как показывают приведен­ ные данные, изменение долговечности в этом случае подчиняется

вечностях выше указанного барьера преимуществом по жаропроч­ ности обладают образцы, обточенные на оптимальной скорости

•резания. Образцы, обточенные на скорости v = о0, имеют боль­ шую длительную прочность при температурах испытания 700°С и 850°С (рис. 16.14 б и в), что является закономерным, так как поверхностный слой этих образцов деформирован в меньшей степени, чем образцов, обточенных на других скоростях резания.

Полученные экспериментальные данные позволили примени­ тельно к условиям испытания сплава ЭИ437БУ на длительную -прочность выявить температурно-ресурсный барьер работоспо­ собности материала в зависимости от качества поверхностного слоя (заштрихованная зона, рис. 16.15). Температурно-ре­ сурсный барьер делит все возможные в реальных условиях соче­ тания температур и ресурсов работы деталей на две зоны — зону I и зону II. В зоне I условия эксплуатации таковы, что остаточ­ ные напряжения существенно сказываются на работоспособности

.материала (здесь при большом ресурсе — достаточно низкая тем­ пература, а при высокой температуре— малый ресурс). Поэтому для повышения долговечности деталей в этих эксплуатационных условиях эффективными окажутся технологические методы упроч­ нения деталей. Напряжения растяжения в этих условиях недо­ пустимы, так как они приведут к резкому снижению прочности

.материала.

При переходе через температурно-ресурсный барьер (за­ штрихованную зону) при любых сочетаниях температуры и ресур­

случае будет происходить соответственно величине наклепанного слоя. Максимальной же долговечностью в зоне II будут обладать детали, поверхностный слой которых не претерпевал пластиче­ ской деформации (электрополированные).

Исследование усталостной прочности. Исследование прочно­ сти сплава в условиях знакопеременных нагрузок производилось в диапазоне температур 400ч-850°С и при различных базах испы­ тания [20]. Виды обработок образцов были использованы те же, что и при исследовании жаропрочности (см. рис. 16.12 и табл.

357

16.7). Использование методов линейно-регрессионного анализа при' обработке экспериментальных данных позволило получить за* висимости долговечности сплава ЭИ437БУ (для генеральной сово­

зависимости lgN = f Цз^) имеют характер прямой линии (коэф­ фициент корреляции находится в пределах 0,921-4-0,99). Интен­ сивность же снижения пределов выносливости с увеличением чис­ ла наработанных циклов для различных партий образцов различ­ на. Наибольшее снижение наблюдается у упрочненных обкаткой, образцов, наименьшее— у электрополированных образцов. Раз­ личия в угловых коэффициентах приводят к пересечению зависи­ мостей долговечности от напряжения для отдельных партий образцов; точки пересечения являются точками равнопрочности. образцов, изготовленных по различным технологическим вариан­ там. При этом обнаруживается преимущество того или иного вида, обработки в зависимости от числа циклов до разрушения (ре­ сурса) при данной температуре. Так, например, при температуре 400°С и базе испытания lgAf=5- 10е циклов явным преимуществом по*

358

S-:, х.г/м*12

Рис. 16-16. Кривые усталости сплава ЭИ437БУ для генеральной совокупности (при I = 0,5): а — 400°С; б — 650°С; в — 850°С;

1—образцы обкатаны роликами; 2—. электрополированные; 3— обточены при о= о0; 4— обточены при v < о0