10

Министерство образования Российской Федерации

Псковский государственный политехнический институт

Механико-машиностроительный факультет

Кафедра металлорежущих станков и инструмента

Практическая работа № 3

Определение релаксации остаточных напряжений

методом профилированной координатной сетки.

Выполнил студент группы 35-12 Алексеев а.А.

Подпись__________________

Преподаватель проф. Ивасышин Г. С.

Подпись__________________

« »____________2006 года

Псков

2006

Содержание

Цель практической работы…………………………………………………………...…..….3

Введение………………………………………………………………………………............3

Методы определения остаточных напряжений……………………………………....... 5

Определение остаточных напряжений и релаксация их в деталях произвольной формы методом профилированной координатной сетки………………………….…..7

Определение релаксации остаточных напряжений обратного упругого последействия материалов методом профилированной координатной сетки в деталях цилиндрической формы……………………………………………………………………………………….....10

Магнитное последействие ………………………………………………………………….13

Оригинальная часть задания ………………………………………………………………...14

Список литературы………………………………………………………………………......21

Цель практической работы

Изучить теоретические и прикладные вопросы, связанные с управлением трением и свойствами материалов посредством целенаправленного воздействия конструктивными и технологическими методами на релаксацию остаточных напряжений, а также обратное упругое последействие.

Введение

Основной целью изучения трения является поиск управления им ...

Перефразируя К.С. Лудему, можно констатировать, что основной целью изучения материалов является поиск управления свойствами их.

Напряжения, стабильно существующие в теле длительный период времени без приложения внешних нагрузок, носят название остаточных (термин английского проис­хождения - residual stresses), собственных (термин немецкого происхождения - Ei-genspannungen) или внутренних напряжений [1].

Происхождение остаточных напряжений связано с воздействием различных физи­ко-химических и термомеханических факторов, вызывающих в материале необратимые процессы, такие, как неоднородная пластическая деформация, фазовые превращения, диффузия и т. д.

По масштабам сферы действия остаточные напряжения делятся на напряжения первого рода (макронапряжения), простирающиеся на объемы, соизмеримые с размера­ми тела; напряжения второго рода (микронапряжения), уравновешивающиеся в зонах, соизмеримых с размерами отдельных кристаллитов и, наконец, искажения, характери­зующиеся необратимым и неупорядоченным изменением параметров элементарной ячей­ки той или иной кристаллической структуры.

Появление остаточных напряжений связано с изменением многих физико-химических и физико-механических свойств материала и, в первую очередь, его прочно­стных характеристик. Влияние их на свойства материалов может быть как положитель­ным, так и отрицательным. Например, в машиностроении хорошо известна положитель­ная роль сжимающих напряжений, возникающих в процессе наклепа поверхности дета­лей. Усталостная прочность стали повышается при этом на 30%, а в надрезанных образ­цах—на 60% и более. Положительная роль наклепа для различных материалов отмечается в работах Я. Б. Фридмана, С. И. Кишкиной, М. О. Якобсона, С. В. Серенсена и других ав­торов. Она связана с упрочнением вследствие структурных изменений, изменений микро­-геометрии поверхности и ее фазового состава. Полезные сжимающие напряжения, возни­кающие при этом, способствуют благоприятному перераспределению суммарных напря­жений в условиях эксплуатации, способствуя разгрузке поверхностных ослабленных сло­ев металла.

Неблагоприятное проявление остаточных напряжений следует рассматривать, по крайней мере, в трех аспектах.

Во-первых, это возможность, преждевременного разрушения деталей в процессе эксплуатации вследствие суммарного действия остаточных и эксплуатационных (внеш­них) напряжений. Такое наложение, очевидно, особенно опасно при наличии растяги­вающих остаточных напряжений. Однако следует учитывать, что высокий уровень сжи­мающих напряжений (близкий к пределу текучести материала) при знакопеременном внешнем нагружении также может стимулировать разрушение.

В этом случае превышение предела текучести в локальных участках детали при сжатии под действием суммарных (остаточных и внешних) напряжений вызывает в этих зонах перегрузок остаточное пластическое сжатие металла, которое приводит в дальней­шем к возникновению здесь устойчивых остаточных растягивающих напряжений, влия­ние которых на снижение прочностных свойств материала общеизвестно.

Необходимо отметить еще одну из форм проявления остаточных напряжений — разрушение без приложения внешних нагрузок. Процесс образования и развития микро­трещин приводит в конечном счете к самопроизвольному разрушению изделия. Такое разрушение является весьма серьезной проблемой, возникающей например, при сварке некоторых высокопрочных конструкционных материалов.

В связи с этим следует отметить, что роль макро- и микронапряжений в образова­нии очагов разрушения аналогична и различие их определяется только размерами этих очагов. Однако процесс развития очагов разрушения (трещин) любого происхождения (в том числе и микроскопических) стимулируется, конечно, действием микронапряжений, т.е. напряжений первого рода.

Во-вторых, это возможность возникновения под действием остаточных напряже­ний объемного напряженного состояния (например, при литье, сварке и т. д.). При этом затрудняется релаксация напряжений путем пластического сдвига, возрастает вероят­ность трещинообразования, что довольно часто наблюдается в сварочных швах. В связи с тем, что на поверхности сварного шва объемное напряженное состояние переходит в плоское (перпендикулярная к поверхности составляющая σ_z=0), здесь появляется предпо­сылка для релаксации напряжений путем пластических деформаций, поэтому трещины не всегда выходят на поверхность. Такие скрытые дефекты создают особую опасность при эксплуатации сварных конструкций.

В-третьих, это стимулирование коррозионно-окислительных процессов, а при на­личии растягивающих напряжений - коррозионное растрескивание материала под напря­жением,

Неоднородность поля остаточных напряжений может способствовать также развитию точечной коррозии.

Остаточные напряжения стимулируют также диффузионные процессы, про­текающие в материале в условиях эксплуатации при повышенных температурах. К ним относятся, в частности, процессы селективного окисления, рекристаллизации и другие диффузионные факторы разупрочнения.

Опасность вредного влияния остаточных напряжений усугубляется тем, что они не обнаруживаются средствами дефектоскопического контроля и проявляются через неопре­деленные промежутки времени при эксплуатации изделий. По этой ж причине их роль в процессе разрушения установить значительно труднее, чем роль других (металлургиче­ских или технологических) дефектов. Тем не менее, в настоящее время накоплен обшир­ный фактический материал, свидетельствующий о возможности регулирования харак­тера остаточных напряжений и их влияния на эксплуатационную надежность различных изделий.

Вопросам возникновения, регулирования и роли остаточных напряжений в измене­нии прочности и долговечности изделий уделяется в последнее время все возрастающее внимание. Успешное решение их невозможно без дальнейшей разработки и усовершенст­вования существующих методов исследования напряжений и правильного, рационального применения их в практике.