36. Сопротивление усталости
Сопротивление усталости - способность деталей машин сопротивляться разрушению при действии знакопеременных нагрузок.
Усталость подразделяют на
многоцикловую
малоцикловую.
При малоцикловой усталости усталостные разрушения происходят в результате приложения малого числа циклов (порядка сотен тысяч) при повышенных напряжениях. Усталостное разрушение протекает при упругопластическом деформировании.
При многоцикловой усталости материала усталостные разрушения происходят в результате приложения большого числа циклов. Усталостное разрушение протекает в основном при упругом деформировании.
Путем ППД повышают сопротивление усталости.
Факторы, оказывающие влияние на повышение сопротивления усталости :
создание остаточных сжимающих напряжений в поверхностном слое;
получение благоприятных по форме микронеровностей и минимального (для большинства методов) параметра шероховатости поверхности;
положительные микроструктурные изменения в поверхностном слое металла;
создание направленной текстуры металла в поверхностном слое.
Особенно благоприятно применение ППД для деталей, имеющих концентраторы напряжений.
Пределы выносливости деталей с концентраторами напряжений повышаются вследствие ППД в 2 раза и более. Обработка ППД может полностью нейтрализовать неблагоприятное воздействие концентраторов напряжений.
Применение методов ППД эффективно для упрочнения:
торсионных валов с мелкими треугольными шлицами (обрабатываются стебли валов, галтели и впадины шлицев);
зубчатых колес;
коленчатых валов двигателей всех типов и размеров, в том числе крупногабаритных из чугуна с шаровидным графитом;
шатунов;
силовых шпилек и болтов;
пружин;
рессор и т. д.
Особенно эффективно использование ППД деталей авиационной техники, для которых характерно циклическое нагружение (лопатки ГТД, лопасти вертолетов, силовые детали крыльев и фюзеляжа и т. д.). Сопротивление усталости этих деталей повышается до двух раз и более.
Эффективность различных методов упрочнения ППД
-
Метод упрочнения
Толщина наклепанного слоя, мм
Остаточные напряжения, МПа
Обкатывание шаром
(ОШ)
0,3—0,8
400—750
Алмазное выглаживание
(АВ)
0,1—0,3
500—850
Ультразвуковая
обработка
(УЗО)
0,1—0,25
300—600
Обработка щетками
(ОЩ)
0,04—0,08
600—1100
Обкатывание роликами под большим давлением, поверхностное дорнование, обработка дробью и чеканка обеспечивают значительно большие глубины распространения остаточных напряжений и более высокие значения этих напряжений, чем ОШ, АВ, УЗО и ОЩ. Эти методы целесообразно использовать для обработки деталей больших размеров, а также деталей, имеющих значительные концентраторы напряжения.
Ударное раскатывание, виброударная и центробежная обработка по достигаемым результатам занимают промежуточное положение между указанными группами методов.
При обкатывании роликами крупных валов с увеличением силы возрастает толщина слоя со сжимающими остаточными напряжениями и глубина, на которой они достигают максимальных значений.
Максимальное значение твердости обычно находится непосредственно на поверхности, а максимальное значение напряжения — на некотором расстоянии от поверхности.
Детали, упрочняемые методами ППД
-
Штоки штамповочных
молотов
35ХНВ
Зона запрессовки диаметром 220 мм с коническим концом
Обкатывание роликом
с силой 35 000 Н
Увеличение долговечности в 2,5 раза
Цилиндры тяжелых гидравлических прессов
35НМ
Галтель радиусом
35 мм и прилегающие зоны
Чеканка пневматическим ударником с энергией удара 80 Дж
Увеличение долговечности с 250 тыс. до 930 тыс. циклов
Колонны прессов, валы
конусных дробилок крупного дробления
Сталь 40,
34ХН1М
Упорные резьбы с шагом 12—24 мм
Чеканка вибрирующим
роликом с энергией удара 320 Дж
Увеличение предела выносливости при изгибе на 50%
Валы конусных дробилок крупного дробления
Сталь 40,
34ХН1М
Части под ступицей диаметром
400—600 мм
Обкатывание гидравлическим устройством с силой
70 000 Н
Увеличение предела выносливости при изгибе на 50-80 %
Станинные ролики прокатных станов, центральные валы редукторов поворота и оси экскаваторов
Сталь 40Х,
34ХН1М
Галтели радиусом
8, 10. 15 и 20 мм
Обкатывание роликами
с биением рабочего профиля при усилии
5 000—25 000 Н
Повышение предела выносливости при изгибе на 30—50 %
Бортовые зубчатые колеса экскаваторов
З0ХМЛ,34ХН1М
Впадина зубьев с модулем 26 мм
Поперечное обкатывание на специальном станке с силой 13 000 Н
Увеличение долговечности
в 2—4 раза
Конические зубчатые
колеса привода конусных дробилок мелкого и среднего дробления
34ХН1М
Впадина зубьев с модулем 30 мм
Обкатывание винтовыми
роликами на специальном станке с силой 7 000 Н
Увеличение долговечности
в 3—10 раз
Полуоси экскаваторов
34ХНМ
Впадины шлицев
D10X210X230
Чеканка роликами с
энергией удара 18 Дж
Уве/личение aдолговечно/сти в 2 раза