б - i , К -Г / м м
Рис. 16.18. Влияние скорости резания при точении на усталостную
прочность сплава ЭИ437БУ: Т = 850°С; а — I = |
0,5; б I = 0,95, |
1— v = v0; 2 — v > va-, 3 — v < |
v0 |
ограниченному пределу выносливости обладают упрочненные об каткой образцы (рис. 16.16 а); далее идут электрополированные- и обточенные образцы. В этих условиях испытания сказывается; положительная роль сжимающих напряжений (возникающих при обкатке) и отрицательная роль растягивающих напряжений,,
формируемых при точении.
Иная картина наблюдается при больших базах (ресурсах)- испытания. Видно, что при lgiV = 9 наибольшим пределом вынос ливости обладают электрополированные образцы, поверхностный, слой которых не претерпевал пластической деформации. Обка танные роликами образцы, имевшие наибольший по глубине и< степени наклеп, обладают наименьшей усталостной прочностью.
Несмотря на сравнительно низкую температуру испытания (400°С), остаточные поверхностные напряжения, по-видимому, под воздей ствием рабочих напряжений в течение большого ресурса релаксируют, и основным фактором, снижающим долговечность мате риала в этих условиях, будут являться дефекты структурного происхождения (связанные с наклепом поверхности). Испытания различных групп образцов с различным исходным состоянием поверхности позволили выявить для каждой температуры свою критическую зону (ресурсный барьер), ограничивающую область применения различных вариантов механической обработки дета лей. Из рис. 16.16 и 16.17 видно, что с повышением температуры испытания эта критическая зона (заштрихованный участок) пере
мещается в область меньших долговечностей. Так, если при 0 |
= |
= |
400°С ресурсный барьер находится в зоне долговечностей IgJV |
= |
= |
7,8-=-8,7, то при 0 = 850°С этот барьер находится в зоне lgA7 |
= |
= |
3,6-^4,7. |
|
Таким образом, как в случае статических высокотемператур ных испытаний, при усталостных испытаниях также наблю дается температурно-ресурсный барьер (зона равнопрочности).
•С увеличением вероятности неразрушения температурно-ресур сные барьеры смещаются в сторону меньших долговечностей
(рис. 16.16, 16.17).
Влияние скорости резания при точении на характеристики усталостной прочности сплава ЭИ437БУ при 0 = 850°С приве дено на рис. 18.18. Видно, что в условиях высокотемпературной эксплуатации при базах испытания более lgA7 — 3,0 наибольшей долговечностью (большим пределом усталости) обладают образ цы, обточенные на оптимальной скорости резания, дающей меньшую глубину наклепа и лучшее микроструктурное состояние поверхностного слоя.
На основании полученных данных были построены темпера турно-ресурсные барьеры для сплава ЭИ437БУ в широком диапазоне температур и чисел наработанных циклов в зависи мости от вероятности неразрушения (рис. 16.19). Так же, как и для случая жаропрочности, температурно-ресурсный барьер разделяет все поле возможных сочетаний температур и ресурсов на две зоны (I и II). В случае эксплуатации деталей в зоне I бу дет наблюдаться эффект от поверхностного упрочнения; в зоне II наибольшей долговечностью будут обладать электрополированные детали, не имевшие деформации поверхностного слоя. Если же условия эксплуатации близки к условиям температурно-ресур сного барьера (например, 0 = 650°, lgN = 6), то в этом случае будет наблюдаться условие равнопрочности образцов (деталей), изготовленных по различным технологическим вариантам (упроч ненные, электрополированные и т. д.), если, конечно, другие ■факторы не окажут своего влияния на долговечность (например, шероховатость поверхности).
применительно к усталостным испытаниям: |
0,5; |
/ — для |
генеральной |
совокупности |
при |
1 = |
2 — для |
генеральной |
совокупности |
при |
I = |
0,95 |
££
кг /п М
Рис. 16.20. Влияние упрочнения на длительную прочиесть стали ЭП17; 0 = 660°С [18]
В заключение следует отметить, что различный характер влияния характеристик качества поверхностного слоя на долго вечность жаропрочных сплавов, обусловленный температурой и временем испытания, наблюдался ранее другими исследователя ми [14, 181 (рйс. 16.11 и 16.20). Эти данные показывают, что как при статических, так и динамических нагрузках у наклепанных (упрочненных) образцов снижение предела выносливости или предела длительной прочности с увеличением длительности ис пытания протекает более интенсивно, чем у неупрочненных об разцов. В результате (как и по нашим исследованиям) долговеч ность материала в зоне малых ресурсов при поверхностном уп рочнении будет повышаться, и в зоне больших ресурсов наиболь шей долговечностью будут обладать образцы без наклепа.
Влияние режима резания на коррозионную стойкость нержавеющих сталей
к?а-*
6 8 0
630
5 8 0
530
Ш
ЬЗО
380
5 3 0
S8P
Рис. 16.21. Характерное распределение микротвердости вдоль профиля и по глубине микронеровности; Х18Н9Т; ВК8;
__ t = 0,5 мм] s — 0,20 мм/об] v = 20 м/мин
Рис. 16.22. Влияние скорости резания на распределение мнкротвердости приповерхностного слоя вдоль профиля микронеровности; Х18Н9Т; ВК8; t = 0,5 мм;
s = 0,20 мм/об (обозначения см. по табл. 16.8)
Известно [21], что гетерогенность электрохимических свойств поверхностей, обработанных точением, в значительной мере пред определяет коррозионную стойкость деталей в заданных условиях эксплуатации. При этом установлено, что гетерогенность связана главным образом с наличием зон различной степени наклепа на выступах и во впадинах микрогеометрии поверхности.
Из рис. 16.21, взятого из работы [22], видно, что вдоль про филя в пределах одного шага микронеровности микротвердостьН20 обрабатываемого материала существенно изменяется. Эти колебания Н20 являются периодически повторяющимися при пере ходе от одной микронеровности к другой, причем характерно то, что наблюдается некоторое смещение максимума Н20 — относи тельно выступа и минимума Н20 — относительно впадины мик ронеровности. Подобный характер распределения Н20 вдоль про- , филя сохраняется и в глубь от поверхности, но разница между Н20тах и H20min постепенно сглаживается.
Скорость резания (рис. 16.22 и табл. 16.8) оказывает влия ние на величины Н20тах и Н20т;п, а также на расстояние /х меж ду ними, измеренное вдоль оси образца. Чем больше разность-
Т а б л и ц а 16.8
.Влияние скорости резания и подачи (при «„) на показатели неоднородности
наклона обработанной поверхности при чистовом (<=0,5 мм) |
точении |
|
|
нержавеющей стали XI8H9T резцом ВК8 |
|
|
|
|
|
(7=10°, |
а= а1 = Ю15, <р=<р1=45°; |
л=0; |
г = 0,5 |
мм) |
|
|
У с л о в н ы й |
|
о |
|
|
|
|
|
|
|
|
н о м е р |
1 |
3 |
4 |
5 |
6 |
7 |
8 |
9 |
10 |
о б р а з ц а |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
•V, м /м и н |
2 0 |
5 0 |
8 5 |
1 2 0 |
1 6 0 |
9 8 |
9 0 |
8 5 |
6 5 |
5 5 |
S, м м /о б |
0 . 2 |
0 , 2 |
0 , 2 |
0 , 2 |
0 . 2 |
0 , 0 9 |
0 . 1 3 5 |
0 2 |
0 , 3 |
0 , 4 |
А Н , кгф г.и- |
з ю |
3 0 0 |
2 7 5 |
3 2 0 |
3 6 0 |
1 4 0 |
2 1 5 |
2 7 5 |
3 3 0 |
3 9 0 |
■1г. м к м |
8 0 |
7 6 |
7 2 |
5 8 |
5 0 |
1 6 |
3 5 |
7 2 |
7 5 |
8 0 |
ЬО■SO |
е\ |
|
|
|
Рис. 16.23. Влияние |
|
\ |
|
|
|
20 |
|
|
|
скорости резания на |
|
S |
|
|
|
уменьшение элек |
Ю |
|
|
|
|
тродного потенциала |
\ |
i |
|
|
обработанной |
.5 |
___ • _ |
поверхности; Х18Н9Т; |
|
|
ВК8; t = 0 , 5 |
мм\ |
|
|
|
|
|
s — |
0,20 мм/об |
|
80 |
(20 |
|
/6 0 V, г г /л и * |
|
|
|
■ДН = |
Н20„ах — H20min и |
меньше расстояние |
1Х, тем |
выше |
гете |
рогенность электрохимических свойств обработанных поверхно стей. Из таблицы 16.8 следует, что увеличение v до v0 мало из меняет 1и но уменьшает АН. При v > v0 происходит увеличе ние АН и уменьшение 1Х. Поэтому при v0 наблюдается наименьшая гетерогенность электрохимических свойств обработанных поверх ностей, приводящая к наименьшему их разблагораживанию [231 ■(рис. 16.23).
С увеличением подачи (рис. 16.24 и табл. 16.8) в условиях
.поддержания оптимальной температуры резания за счет изменения скорости резания происходит одновременное увеличение АН и I, т. е. одновременно действуют два фактора, влияющие на гетеро генность поверхности в противоположных направлениях. В за висимости от конкретных условий (обрабатываемого материала, геометрии режущего инструмента и пр.) превалирующим может быть тот или иной фактор. Этим, очевидно, можно объяснить
Рис. 16.24. Влияние подачи на распределение микротвердости приповерхностного слоя вдоль профиля микронеровности (обозначения см. по табл. 16.8)
противоречивые данные, отмеченные в работе [24], о влиянии подачи на коррозионное поведение обработанных поверхностей.
Наименьшее разблагораживание обработанной поверхности нержавеющих сталей при оптимальной скорости резания приводит к уменьшению их общей коррозии [25].
Л И Т Е Р А Т У Р А
1. Б а р р е т т Ч. С., X о н и к о м б Р. В. К., Г р а н т Н. Д- Современное состояние и задачи исследований разрушений. В сб.: «Атом
ный механизм разрушения», перевод с английского, |
М., Металлу ргиздатг |
1963. |
В е й б у л л |
В. |
Усталостные испытания и анализ их результатов. |
2. |
Перевод с английского. |
М., «Машиностроение», 1964. |
|
3. |
Р а т н е р |
С. |
И. |
Разрушение при повторных |
нагрузках. Оборои- |
гиз, 1959. |
А. М. Качество поверхностного слоя и усталость жаро |
4. |
С у л и м а |
прочных материалов |
и деталей авиационных двигателей. Автореферат |
дис |
сертации, М., 1969. |
|
|
|
|
|
|
5. |
Е л и з а в е т и н |
М. |
А., С а т е л ь Э. А. Технологические |
спо |
собы, повышения долговечности машин. М., «Машиностроение», 1964. |
|
6. |
К у д р я в ц е в |
И. |
В. |
Внутренние напряжения как резерв проч |
ности |
в машиностроении. |
М ., Машгиз, 1951. |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
/г; |
367 |
|
|
|
|
|
|
|
L ia .. |
7. |
С е р в и с е н С. В. Повышение |
усталостной прочности |
деталей |
здашин |
поверхностной обработкой. М., |
Машгиз, 1952. |
В. |
Теория |
8. |
Д у н и н-Б а р к о в с к и й М. |
В., См и р н о в Н. |
'вероятностей и математическая статистика в технике (общая |
часть). Гос- |
техиздат, 1955. |
|
|
|
9. |
М а к а р о в А. Д., М у х и н В. С. О взаимосвязи характеристик |
качества поверхностного слоя и эксплуатационных свойств деталей из жаропрочных материалов. В сб.: «Влияние методов и режимов чистовой
•обработки на эксплуатационные свойства деталей машин», ч. 1, ЛДНТП,
Л., 1969.
10.S t г о h А. N.. Phylos. Mag.; 1953, 3, 397.
11. |
W о о d D. |
С., |
С 1 |
а г k D. |
S. Trans. ASM, |
1952, 43, |
471. |
12. |
O r a w a n |
E., |
Dislocations |
in Metals. New |
York, |
AIME, 1952. |
13. |
F u j i t a |
F. Acta |
metallurgica, 1958, 6, 543. |
|
14.Г р и н ч е н к о И. Г. Упрочнение деталей из жаропрочных и титановых сплавов. М., «Машиностроение», 1971.
15.Д е р я г и н Г. А. Упрочнение наклепом замковой части турбин ных лопаток. В сб.: «Упрочнение деталей машин механическим наклепы ванием», под ред. П. Е. Дьяченко, М., «Наука», 1965.
16.С у л и м а А. М., Е в с т и г и е е в М. И. Влияние технологиче ских и конструктивных факторов на выносливость жаропрочных сплавов при высокочастотном нагружении. В сб.: «Обработка металлов резанием».
Передовой научно-технический |
и производственный |
опыт, выпуск 35, |
М., 1962. |
Р а х м а р о в а М. С , |
Д е й ч Г. Б. Про |
17. Ч е р н ы ш е в В . В., |
тягивание и упрочнение хвостовиков лопаток газотурбинных двигателей. М., «Машиностроение», 1971.
18. |
Х и м у ш и н Ф. Ф. Жаропрочные стали и сплавы. М., «Метал |
лургия», |
1969. |
|
К у з н е ц о в |
В. А. Темпе |
19. |
М у х и н В. С., С а в а т е е в В. Г., |
ратурно-ресурсные барьеры |
работоспособности сплава ЭИ437БУ (при |
менительно к жаропрочности) |
в зависимости |
от параметров |
качества по |
верхностного слоя. В сб.: «Вопросы оптимизации процессов резания метал
лов», труды |
УАИ, вып. 54, Уфа, 1973. |
20. М у |
х и и В. С., С а в а т е е в В. Г., К у з н е ц о в В. А. К во |
просу выбора наилучшего варианта обработки деталей в зависимости от температуры и ресурса их эксплуатации. В сб.: «Вопросы оптимизации процессов резания металлов», Труды УАИ, вып. 54, Уфа, 1973.
21. |
К а р п е и к о Г. В., Б а б е й Ю. И., |
К а р п е н к о Н. В., Г у т- |
м а н Э. М. Упрочнение стали механической обработкой. Киев, |
«Наукова |
думка», |
1966. |
3 а й ц е в а Н. |
П. Иссле |
22. |
М а к а р о в А. Д ., Ш у с т е р Л. Ш., |
дование влияния режима резания на неоднородность наклепа приповерх ностных слоев обработанных деталей. В сб.: «Вопросы оптимизации процес-
•са резания |
металлов», труды УАИ, вып. 54, Уфа, 1973. |
А. Д., Ш е с |
23. Г у т м а н Э- М., Д е р я б и н В. И., М а к а р о в |
т о п а л о в |
В. Е., |
Ш у с т е р Л. Ш. Влияние остаточных |
напряжений, |
вызванных |
резанием |
нержавеющих сталей, на электродный |
потенциал. В |
сб.: «Вопросы оптимального резания металлов», труды УАИ, вып. 34, Уфа, 1972.
24. X и т а р и ш в н л и М. Г., Б а б е й Ю. И., В а с и л е н к о И. И. Влияние микрогеометрии поверхности и физико-химического состояния по
|
|
|
|
|
|
верхностных слоев деталей на их |
коррозионное |
растрескивание. |
«Физи |
ко-химическая механика», |
1972, № 4. |
Ш е с т о п а л о в |
В . Е . , |
25. Г у т м а н Э. М., |
Д. е р я б н н В. И., |
Ш у с т е р |
Л. Ш. Взаимосвязь электрохимических свойств нержавеющих |
сталей и |
остаточных напряжений, |
вызванных механической обработкой. |
«Коррозия и защита в нефтегазовой промышленности», ВНИИОЭНГ, М., 1972, № 1.
