Файл: Макаров, А. Д. Износ инструмента, качество и долговечность деталей из авиационных материалов учебное пособие.pdf

влиянием вредного воздействия наклепа, чем это было получено при N = 107 циклов.

Применительно к указанным условиям испытания сплава ЭИ437БУ были найдены уравнения изменения длительной прочно­ сти А (среднего значения стойкости) и предела усталости в зави­ симости от исходной глубины и степени наклепа в виде

также данные контроля рабочей части образцов методом цветной дефектоскопии. На рис. 16.7 показаны образцы после испытания на жаропрочность, расположенные в порядке возрастания глубины и степени исходного поверхностного наклепа. Как видно из приве­ денных данных, на электрополированных образцах после испыта­ ния в течение 235 час не наблюдается растрескивания поверхности. По мере увеличения исходной глубины и степени наклепа, неза­ висимо от знака и величины остаточных поверхностных напряже­ ний, количество трещин на обработанной поверхности возрастает. При наличии благоприятных исходных сжимающих напряжений на образцах, обдутых дробью и обкатанных роликами, обнаружено наибольшее повреждение поверхности. В этих случаях вся рабочая поверхность образцов покрыта сеткой мелких трещин.

С точки зрения дислокационной теории механизм образования трещин в поверхностном наклепанном слое может быть объяснен следующим образом. Известно [10, 11], что скопление дефектов кристаллической решетки (вакансий, дислокаций) в локальных объемах металла критической плотности приводит к зарождению субмикроскопических трещин. При пластической деформации всего лишь на 8ч-10% плотность дислокаций такова, что у большинства металлов возникают незалечивающиеся субмикроскопические трещины, вызывающие снижение пластических и прочностных свойств металла. Трещины зарождаются в местах нагромождения дислокаций перед препятствиями — линиями скольжения, грани­ цами зерен и др. [12, 131.

В наших экспериментах поверхностные слои металлу после различных вариантов механической обработки претерпевали клас­ сическую деформацию от 18% до 48% . При такой степени деформа­ ции закономерно ожидать образование субмикроскопических тре­ щин, количество которых должно расти с возрастанием величины наклепа. Испытание образцов в условиях высоких температур и рабочих напряжений, по-видимому, приводит к развитию субмик­ роскопических трещин в микро-и макротрещины, которые, в конеч­ ном счете являются одной из основных причин снижения прочност­ ных свойств металла.

342

*Электрополированные образцы.

Втабл. 16.3 и 16.4 и на рис. 16.8 и 16.9 приведены статистиче­ ские характеристики и вероятностная оценка сопротивления уста­ лости образцов из сплава ЭИ437БУ, изготовленных по различным техническим вариантам. Как видно из приведенных данных (рис. 16.8), экспериментальные точки располагаются со случайными отклонениями от некоторой наклонной прямой линии, что подтверж­ дает нормальное распределение величины lgiV. На рис. 16.8 для

Рис. 16.8. Результаты испытания на усталость образцов из сплава ЭИ437БУ при 0 = 750°С:

а — электрополированные образцы; 6—шлифованные (вариант 5); в ^ обдутые дробью (вариант II)

х

промежуточного 'значения напряжений построены доверительные интервалы для генеральной совокупности с доверительной вероят­ ностью 0,9. Для построения указанных интервалов на горизонта­ ли с вероятностью Р = 0,5 откладывается значение

(igw)min = i g t f - p ^ :

У п

и строятся

345

линия СВЕ определяет значение lgN при данной величине ампли­ туды напряжений в зависимости от вероятности неразрушения I.

Результаты статистической обработки экспериментальных дан­ ных подтверждают превалирующее влияние наклепа на снижение

•ограниченного предела выносливости. Так, например, электрополированные образцы сплава ЭИ437БУ при базе N = 107 циклов с вероятностью неразрушения 0,5 имеют предел усталости порядка 37 кг/мм". Создание поверхностного наклепа шлифованием и обдувкой дробью приводит к снижению ограниченного предела выносливости (35 кг/мм2 и 34 кг/мм* соответственно) независимо от того, какие при этом формируются остаточные напряжения (пос­ ле шлифования а0 и ат — растягивающие, после обдувки дробью о0 и о, — сжимающие).

Кроме снижения ограниченных пределов выносливости, с воз­ растанием глубины и степени наклепа происходит рост дисперсии нормального распределения A]gy\y с одновременным увеличением

доверительных интервалов, оценивающих дисперсию генеральной совокупности, что свидетельствует о снижении устойчивости уста­ лостных характеристик сплава с возрастанием наклепа. Для электрополированных образцов дисперсия нормального распределения A)gn находится в пределах 0,194-0,365; для шлифованных —0,224-

4-0,42; для обдутых дробью —0,294-0,56.

Анализ полученных результатов показывает, что обычная оцен­ ка сопротивления усталости по результатам испытания малого

•числа образцов не характеризует достаточно полно эти свойства материала. Найденные «классическим методом» ограниченные пре­ делы выносливости соответствуют вероятности неразрушения I = = 0,5. При повышении вероятности неразрушения с 0,5 до 0,995 долговечность электрополированных образцов снижается в 3 раза, шлифованных — в 10 раз, обдутых дробью — в 17 раз, в то время как ограниченные пределы выносливости уменьшаются на 5,5%; 8,8% и 8,6% соответственно (рис. 16.9).

Металлографическое исследование состояния материала образ­ цов показало, что в процессе высокотемпературных испытаний происходит интенсивное разупрочнение материала поверхностного ■слоя, которое выражается в изменении структуры (рекристалли­ зации) и падении твердости. Возрастание глубины и степени нак­ лепа обработанной поверхности (в зависимости от вида обработки) приводит к увеличению толщины дефектного слоя с одновременным увеличением количества микро-и макротрещин.

347

Таким образом, экспериментальное исследование показало, что в условиях высоких эксплуатационных температур и длительных ресурсов испытания все виды обработки, которые приводят к плас­ тической деформации металла поверхностного слоя, снижают прочностные свойства сплава. Указанное снижение жаропрочности и усталостной прочности происходит в соответствии с ростом ис­ ходной глубины и степени наклепа. Какой-либо взаимосвязи между жаропрочностью и выносливостью (в исследованных пределах) и величиной и знаком остаточных напряжений не наблюдается. На отсутствие связи между долговечностью материала и оста­ точными напряжениями указывается также в ряде других иссле­ дований. Например, в работе [4], применительно к высокотемпе­ ратурным усталостным испытаниям жаропрочных сплавов обна­ ружено, что «технологические макронапряження, независимо от их величины и знака, не оказывают заметного влияния на характе­ ристики усталости. В этих условиях циклического нагружения и высоких температур они быстро релаксируются». Поэтому д. т. и. проф. А. М. Сулима предлагает установление зависимостей харак­ теристик усталости выполнять от двух основных параметров ка­ чества поверхностного слоя (£?а и /ic) в виде

В 0, аг и в1 применительно к шлифованию жаропрочных сплавов.

Т а б л и ц а 16.5

Зависимость сопротивления усталости только от глубины наклепа для ряда жаропрочных материалов показана на рис. 16.10 (по данным работы [4]), из которого следует, что при высоких тем­ пературах наклеп снижает сопротивление усталости жаропрочных материалов. На отрицательное влияние наклепа (независимо от знака напряжений) при высоких температурах указывается также в работе [14]. По данным этой работы (рис. 16.11), упрочнение может

348