Меню
Главная
Авторизация/Регистрация
 
Главная arrow Техника arrow Выбор материалов и технологий в машиностроении

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ СПОСОБЫ ПОВЫШЕНИЯ ДОЛГОВЕЧНОСТИ ИЗДЕЛИЙ

Обеспечение необходимой конструктивной прочности для высокопрочных материалов ограничивается низкой пластичностью.

В последние годы разработано ряд критериев и методов определения надежности материалов. Сюда, кроме традиционных параметров пластичности (8, 4/) и ударной вязкости (КС11), относятся такие параметры, как Ктс, СРТУ — коэффициенты вязкости разрушения и скорости роста трещины усталости соответственно, Л^мцу — долговечность при малоцикловой усталости и различных частотах нагружения и концентраторах напряжений. Существует много способов решения задачи повышения надежности элементов конструкций металлургического, металловедческого, конструктивно-технологического плана. Эффективны технологические приемы изменения локальной структуры поверхностных слоев и создание в них остаточных напряжений противоположного главным напряжениям знака.

В современной металлургии существуют способы выплавки, обеспечивающие получение стали с малой загрязненностью неметаллическими включениями: выплавка в вакууме, электрошлаковый переплав, обработка синтетическими шлаками и т.д. Влияние способа выплавки на статическую и циклическую прочность связано с тем, что неметаллические и газовые включения являются концентраторами напряжений. Увеличение количества включений, имеющих определенный размер, повышает вероятность того, что такие включения окажутся в зоне высоких напряжений и явятся очагом зарождения усталостной трещины. Практика показывает, что в сталях с низкой прочностью (ав = 500—700 МПа) малочувствительных к концентраторам напряжений, неметаллические включения почти не снижают усталостную прочность в продольном направлении. В сталях средней прочности (ав = 1180—1600 МПа) отрицательное влияние загрязненности проявляется лишь при наличии крупных неметаллических включений, благоприятно ориентированных (в поперечном направлении) или расположенных вблизи поверхности. В сталях высокой прочности (ав > 2000 МПа) даже мельчайшие включения являются концентраторами напряжений и приводят к заметному снижению предела выносливости.

В современном металловедении разработаны принципиально новые методы повышения прочности, основанные на дислокационной теории кристаллического строения металлов. Общим принципом новых методов упрочнения является совмещение в единой технологической схеме пластической деформации и фазовых превращений при термической обработке с целью формирования структур с повышенной плотностью дислокаций, специфическим их распределением и минимальной подвижностью.

Существующие комбинированные способы классифицируют в зависимости от сочетания и последовательности осуществления термической обработки и пластической деформации. Наибольшее распространение получили способы ТМО, ВТМО, НТМО, позволяющие повысить конструктивную прочность (например, ВТМО до ов = 2600 МПа при некоторым росте пластичности; НТМО до ов = 3300 МПа при сохранении удовлетворительной пластичности). Процесс ТМО сопровождается значительным увеличением плотности дислокаций после закалки, а также после пластической деформации, т.е. каждая дислокация в аустените генерирует несколько дислокаций в мартенсите. В ряде работ указывается, что повышение прочностных свойств при ТМО связано, главным образом, со структурными факторами. Преимущества ТМО для сталей многих марок проявляются в основном в достижении высокой прочности при ограниченном повышении пластических свойств. Что касается повышения предела выносливости, то для гладких образцов малого сечения максимальный эффект, достигаемый при НТМО, составляет 20% (при значительном увеличении долговечности), а при ВТМО — 70%. При наличии концентраторов напряжения ТМО не имеет существенных преимуществ по выносливости перед обычной термической обработкой с низким отпуском. Перспективным является метод поверхностной ТМО, особенно при локальном упрочнении мест концентрации напряжений.

Для изготовления деталей массового спроса и повышения их статической прочности (пружин, рессорных валиков, резьбовых деталей, карданных валов и т.д.) широко применяется метод объемной пластической деформации.

Упрочнение, сочетающее объемную ориентированную деформацию с поверхностным наклепом (наклеп в напряженном состоянии), является одним из эффективных методов повышения усталостной прочности. При этом напряжения при объемной деформации должны быть на уровне предела упругости.

Перспективным способом повышения конструктивной прочности деталей с концентраторами напряжений, снижающих высокие циклические нагрузки, является поверхностный наклеп, осуществляемый после термической обработки. В этом случае представляется возможность использования широкого диапазона свойств, создаваемых предшествующей термической обработкой. При оптимальных режимах термической обработки и поверхностного наклепа долговечность деталей при перегрузках повышается в десятки и сотни раз, а предел выносливости в — 1,5—3 раза. В то же время применение НТМО при наличии концентраторов напряжений позволяет увеличить предел выносливости только на 9%. При поверхностном наклепе резко снижаются чувствительность к концентраторам напряжений, становится возможным применение высокопрочных сталей (с мартенситной структурой) для изготовления деталей с высокой концентрацией напряжений, подвергающихся значительным циклическим нагрузкам.

Космическое материаловедение становится все более доступным. В наземных лабораториях невоспроизводима длительная невесомость, а для получения ничтожного магнитного поля, глубокого вакуума, температур, близких к абсолютному нулю, требуются большие затраты материальных средств и энергии. Кроме того, в отличие от земных, в космических условиях действие перечисленных факторов проявляется одновременно.

Невесомость позволяет осуществлять в космосе смешивание металлов, расслаивающихся в земных условиях. Благодаря невесомости и силам поверхностного натяжения в условиях космоса возможно получать для шарикоподшипников шары идеальной сферической формы. Такие шары работают без заеданий и биения, являющихся основными причинами выхода из строя шарикоподшипников. Кроме того, при впрыскивании порции инертного газа внутрь капли, свободно парящей в невесомости, можно получить полые шары, которые долговечнее сплошных в несколько раз. Для дополнительного повышения износоустойчивости и стойкости против коррозии можно изготавливать многослойные шары.

Невесомость позволяет реализовать процесс получения прецизионно чистых стекол, основанный на методе бестигельной плавки с удержанием расплава силами радиационного давления звукового поля.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ И ЗАДАНИЯ

  • 1. От чего зависит коэффициент запаса прочности (коэффициент безопасности) материала?
  • 2. Какие свойства формируются у сплавов после поверхностного наклепа?
  • 3. Что определяет критерий Ирвина?
  • 4. Дайте определение выносливости металла.
  • 5. Назовите особенности усталостного разрушения.
  • 6. Перечислите виды износа.
  • 7. Что такое надежность материала?
  • 8. Что такое долговечность материала?
  • 9. Чем характеризуется износостойкость материала?
  • 10. Чем различается ударная вязкость, обозначаемая КС11, КСУ, КСТ!
  • 11. Каковы критерии конструкционной прочности?
  • 12. Формула, связывающая твердость и условный предел текучести.
  • 13. Формула, связывающая временное сопротивление и твердость металла.
  • 14. Формула подсчета предела текучести по Оровану.
  • 15. Формула подсчета деформационного упрочнения.
  • 16. Назовите виды зернограничного упрочнения.
 
Если Вы заметили ошибку в тексте выделите слово и нажмите Shift + Enter
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   След >
 

Популярные страницы