39Остаточные поверхностные напряжения

Остаточными напряжениями называют такие внутренние напря­жения, которые сохраняются в детали при снятии внешней нагрузки. Различают напряжения I, П, Ш рода.

Напряжения i рода имеют макроскопический характер, уравно­вешиваются они в пределах всего объема детали или большей части его. По своему действию напряжения 1 рода приравниваются к рабо­чим напряжениям и оказывают благоприятное или вредное влияние на работоспособность детали.

Напряжения II рода представляют собой местные кристалличе­ские напряжения, охватывающие объем одного или нескольких зерен металла (межкристаллические напряжения).

Напряжения Ш рода уравновешиваются в пределах субмикро­скопических объемов данного зерна, т.е. охватывают объем несколь­ких кристаллических ячеек.

Наиболее интересными с точки зрения долговечности детали, т.е. с точки зрения влияния состояния поверхностного слоя детали на долговечность, являются напряжения I рода, о которых и пойдет да­лее речь (которые и рассмотрим подробнее).

Напряжения I рода могут быть технологическими и конструкци­онными.

Конструкционные - при клепке, сборке.

Технологические - от литья, ковки, сварки, резки, механической обработки и т.д.

126

Напряжения I рода делятся на растягивающие + и сжимающие -, кроме того, могут быть тангенциальные и осевые (о~_т и о₀).

С физической точки зрения возникновение напряжений связано с необратимыми изменениями объема металла в зоне деформации, на­грева и т.д.

При пластическом деформировании уменьшается плотность и возрастает объем поверхностного слоя металла, а поскольку он связан с нижележащими недеформированными слоями металла, то в процес­се обработки в наружном слое будут возникать сжимающие, а б ни­жележащих - растягивающие остаточные напряжения.

Следовательно, одной из причин возникновения остаточных на­пряжений в поверхностном слое деталей является пластическое де- -формирование. ' .

Другими причинами возникновения остаточных напряжений мо­гут быть:

• неравномерность пластической деформации поверхностных^ слоев и формирования в них остаточных напряжений сжатия; ■

• локализованный нагрев тонких поверхностных слоев в зове ре­зания и формирование в них остаточных поверхностных напряжений

растяжения;

• фазовые превращения различных слоев металла, приводящих к образованию в них различных структур, обладающих различной плотностью и формирующих в этих слоях неодинаковые остаточные поверхностные напряжения различного знака.

41Образование остаточных напряжений от температурного фактора. Выделяющиеся в зоне резания тепло мгновенно нагревает тонкие поверхностные слои металла до высоких температур. Металл в верхних нагретых слоях, стремясь к увеличению своего объема, встречает противодействие со стороны окружающего металла ниже­лежащих слоев, это приводит к образованию напряжений сжатия. При охлаждении объем верхних нагретых слоев металла стремится уменьшиться, однако сжатию препятствуют нижележащие слои хо­лод шго металла. Вследствие этого, под воздействием тепла, выде­ляющегося в зоне резания, в поверхностном слое образуются оста­точные напряжения растяжения, а в нижнем - сжатия (рис.14.11). Од­нако следует отметить, что формирование растягивающих напряже­ний под действием температуры может быть только в том случае, ес­ли внутренние напряжения, возникающие при нагреве, превзойдут по своей величине предел текучести данного материала.