Файл: Филяев А.Т. Исследование износостойкости сталей, упрочненных наклепом.pdf
ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 27.06.2024
Просмотров: 64
Скачиваний: 0
По мнению И. А. Одинга, чрезвычайно большое скоп ление дислокаций приводит, как правило, к возникнове нию субмикротрещин. Микротрещины образуются за счет срыва неподвижных дислокаций и служат элемен тами, способствующими разрушению металла. Поэтому при упрочнении стали методом пластического деформи рования на эффект наклепа в каждом случае оказывает большое влияние режим упрочнения [35, 113].
«Перенаклеп» — процесс необратимый (любое повы шение температуры не восстанавливает исходных свойств металла). Однако в последнее время все чаще стали го ворить о «наследственности» наклепа, о том, что даже незначительные пластические деформации полностью не снимаются нагревом и оказывают впоследствии влияние на свойства сталей [15, 137].
Таким образом, можно считать, что при обработке стальных деталей поверхностным наклепом пластическая деформация сопровождается возникновением дислока ций и представляет одно из следствий их плотности. Она зависит от дислокаций как таковых и от их коллектив ного поведения. Это же подтверждается и выполненными исследованиями: увеличение напряжения в зоне контак та ролика с поверхностью детали при обкатывании при водит к росту дислокаций до 10й на 1 см2, к увеличенно му наклепу, повышению твердости поверхностного слоя стали. Упрочнение стали при пластическом деформиро вании связано с определенным взаимодействием дисло каций.
3. Давление в зоне контакта ролика с деталью
Решение сложных проблем надежности и долговечно сти современных машин становится невозможным без глубокого экспериментального и теоретического изучения закономерностей поверхностного упрочнения деталей ма шин, повышения их износостойкости и усталостной проч ности [27, 147].
Упрочняющий эффект — увеличение твердости, изме нение микроструктуры, повышение износостойкости дета лей, работающих в условиях смазки, объясняется улучше нием фнзнко-механическнх характеристик материала, что во многом зависит от технологических режимов обработ ки. В этой связи большой теоретический и практический
4» |
51 |
интерес представляет изучение закономерностей измене ния давления в зоне контакта инструмента с деталью н причин, вызывающих разную степень деформации. Кроме того, давление в зоне контакта может из объекта иссле дования превратиться в орудие исследования, напримердля определения и характеристики твердости мате риалов.
В теоретическом отношении процесс обкатывания на ружной цилиндрической поверхности роликом с профиль ным радиусом является случаем сжатия двух тел, перво начально касающихся в одной точке.
С приложением к ролику усилия Р наряду с упругой деформацией происходит пластическая деформация обра батываемой детали как более мягкой по сравнению с ин струментом. При этом область контакта цилиндра и роли ка изменяется, она приобретает форму части эллипсоида, т. е. в дальнейшем с некоторыми допущениями контакт ролика и цилиндра можно рассматривать как задачу о давлении на упругое полупространство жесткого цилин дрического штампа с эллиптическим сечением. Если до пустить, что основание штампа идеально гладкое, поверх ность соприкосновения чрезвычайно мала, тела однород ны и действующее усилие направлено нормально к по верхности контакта, то можно принять, что напряжения во всех точках контакта одинаковы и зависят только от усилия, приложенного к ролику. В этом случае с некото рым приближением можно использовать зависимости Герца и Н. М. Беляева [14, 32] для определения кон тактных напряжений.
Согласно выводам авторов, при передаче нагрузки че рез ролик на вал наибольшие напряжения по нормали к поверхности изменяются по кривой 5 (рис. 7, t — глубина деформированного слоя, х — предел текучести материала при сдвиге). Зона пластической деформации лежит выше образующей, а упругих — ниже образующей а—а. Разу меется, что вследствие наличия пластических деформаций в поверхностной зоне эпюра будет иметь несколько иной вид. Обозначив через q корень уравнения, через а и b по луоси эллипса, можно записать уравнение эллипса, органичивающего область контакта,
л--2 |
, |
у |
|
, |
г2 |
|
о I |
Т ,О, |
q |
~Г |
q |
( 16) |
|
а- + q |
|
b- + |
|
|
52
где л', у, z — ординаты в прямоугольной системе коор
динат.
В этом случае полуэллипсоид, изображающий харак тер распределения нормальных напряжений по площади соприкосновения, определяется уравнением
3Р
|
|
2шЬ |
* |
а" |
Ь'1 |
|
(17) |
|
|
|
|
|
|||||
где |
|
|
|
|
|
1 — |
л |
|
V |
|
р |
( |
‘-РГ |
, |
|
||
1 / |
|
V |
\ |
Е г |
1 |
L |
/ |
(18) |
Т |
|
з |
|
Pli"ГPl2 |
+ Р 2І |
НГР2 2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|||
2 |
, у |
г |
Е г |
. |
1 — |х| |
(19) |
||
1 |
2 |
_ |
|
Е о |
|
|||
Ѵ |
|
/ . |
|
|
|
|
|
|
3Ріі~гРі2 "ГРаі“ГР2 2
Р— радиальное усилие, приложенное к ролику; рь р2 — коэффициент Пуассона; Е\\ Е2— модули упругости ро
ликов и образцов; рц; рі2 — радиусы кривизны роликов; р2 і; р2 2 — радиусы кривизны образца; п; ѵ2— коэффи
циенты, учитывающие кривизну роликов и образца в ме сте их взаимного касания, найдены из графика по вспомо гательному углу Ѳ (рис. 8):
cosѲ |
V [(Pu— Р1 2 )~т~(Рз1 — P2 »)J |
(20 |
|
Pu-fP1 2 + P2 1 + P2 2 |
|
Ѳ = |
77°50'; V, = 1,10; v2 = 0,87. |
|
Рис. 7. Контактная задача при обкатывании наружной цилиндриче ской поверхности роликом
53
Ввиду того что величины Ей Е2; ц2; ц2 исследуемых материалов численно друг от друга отличаются мало, при нято среднее значение для всех сталей £ = 2- ІО4 кГ/млР\ ,11= 0,3.
От силы, передаваемой через ролик на цилиндричес кую поверхность, наибольшие напряжения возникнут по напралвеншо осп г; напряжения по осям х и у, располо-
Рис. 8. Изменение коэффициента кривизны роликов и образца в месте их касания в зависимости от угла Ѳ
женным в плоскости касания, в сравнении с z тельны, ими можно пренебречь.
Тогда выражение (17) примет вид:
3Р
О'макс — о I '
2зТ£70
незначи
мо
Если для упрощения расчетов вместо аИакс взять аср, равное среднему давлению в зоне контакта, то можно при нять:
о ср — |
Р |
( 22) |
|
nab |
|||
|
Если (70р взять равным crs материала, то, зная а и Ь, можно определить усилие Р, необходимое при обкатыва нии детали:
Р = Knabas, |
(23) |
где /( — коэффициент, учитывающий профиль ролика.
54
Критерием для приближенного определения припуска под обкатывание при условии абсолютно жесткой системы СПИД может служить величина сближения центров ро лика и детали, которую приближенно можно определить из выражения:
3Р |
vxv2 |
Г________ diГ_________ |
(24) |
||
8л |
а |
,)(! -f К-г'~ )(1 |
-J-z'") |
||
|
|||||
|
|
о |
|
|
|
где |
|
|
|
|
|
4 {т\— 1) |
|
4 (m? - i) |
I |
I |
|
£Ѵ"і |
|
|
-----; /л. |
Pa |
|
|
|
Pi |
/= f ---------- |
dX ------- |
^ |
Jо (1 — K V |
) (1 - f г'.; ) |
найдено по графику в зависимости от cosö (рис. 9). Исходя из положении [14, 32], И. Я- Штаерман [171]
нашел, что в случае сжатия двух упругих тел, первона чально касающихся в одной точке,
а = |
5Р |
УІ |
(25) |
2паЬ 1 |
ь° |
Принимая напряжения на осях х и у, расположенных в плоскости касания, равными нулю, получим
Рис. 9. График значении интеграла I для cos Ѳ в пределах от 0 до 1
55
Для упрощения решения поставленной задачи можно принять эксцентриситет е эллипса касания инструмента п детали равным нулю, т. е. а = Ь.
Для этого случая
,з / 3 ( 1- а) P R
УЕ
где р — коэффициент Пуассона; Р — усилие, приложен ное к ролику,; R — величина, характеризующая кривизну контактируемых тел; Е ■— модуль упругости.
Для стали а^0,051 У Р R, R найдено из выражения l/R = 2/d±2/D + l/p.
Величина сближения упругих тел при контакте, по И. Я- Штаерману, может быть найдена из выражения
5/Д |
/ |
' — РТ |
1— М-1 |
^ |
4а |
|
|
л Е 2 |
(27) |
\ |
л Е г |
) Р |
Таким образом, если известно os материала, найдены а и Ь, можно определить усилие Р, необходимое при обка тывании деталей. Припуск под обкатывание может быть принят равным величине сближения центров детали н ин струмента. Расчетные значения этих величии в каждом конкретном случае должны быть уточнены опытным пу тем, так как зависимости Герца и И. Я- Штаермана реаль ны лишь в зоне упругих деформаций. Значения расчетных величин по Герцу, И. Я- Штаерману и Ю. Г. Проскуря кову приведены в табл. 4 [121].
Исследования показывают, что в области упругих де формаций с увеличением усилия на ролике давление в зо не контакта увеличивается. Известно, что соотношение между усилием вдавливания и размерами отпечатка в большинстве случаев определяют из формул Герца п И. Я- Штаермана. Однако при достижении усилия свыше определенной величины эти формулы не отражают дей ствительного состояния металла в пластичной зоне.
Для определения среднего давления в зоне контакта можно применить эмпирический закон Мейера [117]. Давление на поверхности отпечатка при условии отсут ствия трения между роликом и деталью можно принять равным отношению усилия вдавливания ролика к площа-
56
Су
t=f
Ч
\ о
Н
Величина давления в зоне контакта в зависимости от усилия, приложенного к ролику
______ к |
B M U tfo d o j |
СЗ о Я |
5 |
> , |
- о ^ п о ів а ш к |
|
|
У >» |
-Б ІЛ ІЭ I il f t f |
о а |
|
О О m |
B M in ro d |
|
|
С £ * о |
|
|
|
6 |
с ш ^ п о ш н |
|
|
- h O d U ^ BLftf |
|
|
|
3* |
§3gÖ |
|
|
чя 5*я5-ч |
||
|
2 |
||
|
к я |
1)ЙЮfthЧ О Q |
|
|
33 |
CJ |
As |
|
о ч |
|
|
К |
о. о |
<ü Я5$ |
|
с о. |
äSgaSir |
||
Со |
|
5-іи о я І: |
|
|
|
£U*я<е «Q,о , |
|
|
|
й> |
Я Ң |
|
|
Sags* |
|
|
|
f s - s s |
|
|
|
° 5 |
§о.‘ |
о я
яЯ*S Яö Я £ S я
си о га
во йь
Чл gЧ Sйя(.
2Я Йя Оя и~ я есL ,а j « <
и -
о я
>.«• ч Е
о 5
с ч
ч
я
//я V HHirod вн эштіод
o w o r t o o o o o o
TfCONlOOCncOOrOO 'tONOOOO-
o o o o o o o o o o
Я’СЧСО^О^ОЯ'ООЮ -H'tOCOCnOfNWCO'^
— — — — — CNCSCSCNCN
CSО О-О^LOiniOC^Ot^COЮ О О Ю О Ю О О —
(MCO^mcONOOCOQO o o o o o o o o o — o o o o o o o o o o
O O O O O O O O O O
CO^OOCSOCOOOO O O O —
Ol^COOCOWNOIOC^
— C N C S C O C O C O C O C O T f ^
ЮЬ-'СООЯ'ЮО О О О СООСОЯ1^ CONOiCOrt^CDCOCOO)
— — — CS<NCS<NCSCS<N
—O Cm^csooTfoomt^S O O O O O O O O .—
lO 0NCO CO fflO5O O - O O O O O O O — — —
o o o o o o o o o o
OOOOOtNNNO G5i -Tf'DSQO —ОПСО.
— — —— — CS<M<N<MC4 O O O O O O O O O O
0СОЯІЛ О -ООЯОсО0О ІМ Ю Ю -О
-WCO^^IQCDÖNN o o o o o o o o o o o o o o o o o o o o
o o o o o o o o o o
o o o o o o o o o o
IяосокомясосооO LO ’CF C O C S C ' - O C O C O LO
(МІМССГОЯЯ’ЯЯ'ЯЮ
o o o o o o o o o o c o c o i o o i o o o c s o o
COTjnOLOCOOCDNNNC O - 0 O rfN cO O
— L O ^ - C O C O C O O O h - O
ю с о м х ю о о з о о о - o o o o o o o ———
o o o o o o o o o o
ЮМ ЯСОО СОЮ ОЮ О
ooooo——cscoeo^
О О О — — — — — — —
o o o o o o o o o o
•^O^CCOOWN— COOIO
CS^t'-CT)CSrfr--0<N'4<
— — — — <м <м
5 7 -