Рис. 16.10. Изменение сопротивления усталости сплавов ЭИ617, ЭИ826 и ЭИ929 в зависимости от глубины наклепа.
Условия испытания 800°С — для сплавов ЭИ617 и ЭИ826; 900°С для сплава ЭИ929. Частота 5000 гц
^ |
□ д — фрезерование; 0>)<Х — шлифование; |
0 |
® .1 — обкатка роликами. д Х О — ЭИ617; |
|
— ЭИ826; П З Я — ЭИ929 |
■быть эффективным или вредным в зависимости от температуры и базы испытания.
Таким образом, экспериментальные исследования по влиянию напряжений и наклепа на долговечность сплава ЭИ437БУ, по ре лаксационной стойкости остаточных напряжений и анализ данных других исследователей [4, 14— 18] позволяют заключить следую щее: если условия эксплуатации (испытания) по температуре и базе испытания (ресурсу) не приводят к заметной релаксации оста точных напряжений, то последние оказывают существенное влия ние на работоспособность деталей (повышают или понижают долго вечность в зависимости от рабочих напряжений и знака остаточных напряжений); если условия эксплуатации по температуре или ресурсу приводят к релаксации остаточных напряжений, то послед ние не оказывают заметного влияния на долговечность материала. В этом случае прочностные свойства будут зависеть от наклепа ■обработанной . поверхности [9]. Иными ■словами, для каждого материала и вида испытания существуют свои температурно ресурсные барьеры работоспособности материала в зависимости от параметров качества поверхностного слоя. Поэтому второй этап настоящего исследования был посвящен установлению указанных
Рис. 16.11. Кривые выносливости упрочненных и |
неупрочненных |
образцов из сплава |
XH77TIOP: |
и 800°С; 3 и |
1 и 2 — ненаклепанные образцы |
при |
0 = 700°С |
4 — наклеп обкаткой^ роликами, 0 |
= 700°С и 800°С соответственно |
температурно-ресурсных барьеров применительно к жаропроч ности и усталостной прочности сплава ЭИ437БУ.
Температурно-ресурсные барьеры работоспособности сплава ЭИ437БУ в зависимости от качества поверхностного слоя
Исследование жаропрочности. Исследование длительной проч ности проводилось в широком диапазоне температур 500-т-850°С. Для наведения различных напряжений и наклепа в качестве окон чательной операции механической обработки рабочей части образ цов были взяты следующие виды обработки: ручное полирование- (войлочным кругом с нанесенным абразивом), шлифование абразив
ным кругом, точение на трех |
скоростях: 23 м/мин |
(V < V0), |
47 м/мин (V ~ V0), 69 м/мин |
(V > V0) — и обкатка |
роликами |
при нагрузке на ролик Р = 25 кг (в специальном трехроликовом. приспособлении). В качестве эталонных образцов, с которыми производилось сравнение других партий образцов по долговечно сти, были взяты электролитически полированные образцы, в по-
верхностном слое которых отсутствовали наклеп и остаточные напряжения. Характеристики качества поверхностного слоя и параметры тонкой структуры металла приведены на рис. 16.12 и в табл. 16.6. Шероховатость поверхности всех семи вариантов изготовления образцов находилась в пределах одного-двух классов чистоты—у 8 - f - y 9. Приведенные данные показывают, что в данной
серии экспериментов шлифованием и точением |
(при V = V„ и |
V > V0) в поверхностном слое были наведены |
растягивающие |
напряжения как в осевом, так и тангенциальном направлениях; полированием и обкаткой роликами — сжимающие напряжения. При точении на скорости 23 м/мин (V< V0) в осевом направлении были наведены сжимающие напряжения, в тангенциальном —растя гивающие. Глубина и степень наклепа поверхностного слоя при обработке образцов рассматриваемыми методами изменялась со ответственно в пределах 40-^280 мкм и 17,5-f-35,5%.
В и д о б р а б о т к и
Электрополирование
Полирование
Шлифование
Точение V — V0 =
= 47 м /мин
Точение ( V < V 0)
V = 23 м /м и н
Точение ( V , > V ' 0)
К=69м /м ин
Обкатывание роликами
Т а б л и ц а 16.6
|
О с т а т о ч н ы е н а п р я ж е н и я |
|
|
па
|
У п р о ч н е н и е ( н я к л е п ) |
|
|
|
|
|
с |
|
|
**
|
|
|
|
|
|
« |
|
|
|
|
|
м а к с и м а л ь н ы е |
г л у б и н а з а л е |
м а к с и м а л ь н ы е |
г л у б и н а з а л е |
О) |
лке
|
|
|
окв
|
П л о т н о с т ь |
X |
|
с т е п е н ь |
|
|
|
|
|
|
т а н г е н ц и а л ь н ы е |
г а н и я т а н г е н |
о с е в ы е н а п р я ж е |
г а н и я о с е в ы х |
а |
н а
|
|
л о
|
д и с л о к а ц и й * * |
н а п р я ж е н и я в |
ц и а л ь н ы х н а п н и я о 1-м г о р и з о н |
X |
|
п л а с т и ч е с |
I- м г о р и з о н т е |
р я ж е н и й 1) 1-м |
т е о |
н а п р я ж е н и й в |
|
епн ь
|
|
к о й д е ф о р |
б
|
|
мкм |
ё * |
Я
|
емр
|
|
т т п х |
мкм |
мкм |
% |
|
а |
г о р и з о н т е , |
о w a x , |
1-м г о р и з о н т е , |
I S |
|
|
м а ц и и * г, |
|
см~ 2 |
|
|
|
|
|
|
кг\мм* |
|
|
|
г / |
с т е
|
Л',
|
|
р а з DKо
|
|
|
|
|
|
|
|
— |
— |
— |
— |
— |
— |
— |
1228 |
0 , 0 2 |
—38 |
25 |
—26 |
2 0 |
40 |
17,5 |
8,5 |
1 4 1 |
1,5 |
+ 6 7 |
36 |
+ 21 |
30 |
70 |
2 2 |
23,5 |
58 |
9 |
+ 82 |
40 |
СО о с _1 _ 1
|
30 |
85 |
25,5 |
26 |
55 |
1 0 |
+ 34 |
60 |
-3 2 ,5 |
45 |
140 |
29 |
28 |
37 |
2 2 |
+ 80 |
40 |
+ 40 |
30 |
115 |
27 |
27 |
38 |
2 1 |
—36,5 |
25 |
- 2 5 |
Г 170 |
280 |
35,5 |
34 |
2 2 |
62 |
*Определено на основании корреляционной зависимости между твердостью и степерыо пластической деформации,
**Определено при рентгенографировании поверхности,
Рис. 16.13. Влияние вида обработки на длительную прочность сплава:
а — 500°С; б — 700°С; в — 850°С;
1— электрополированные образцы; 2— полированные;
3— шлифованные; 4— обкатанные роликами
Рис. 16.14. Влияние скорости резания при точении на жаропрочность сплава ЭИ437БУ: а — 500°С; б — 700°С; в — 850°С;
1— v = 23 м/мин', 2— v = 47 м/мин\ 3— v = 69 м/мин
s
.4
VOC
Рис. :6 .15. Температурно-ресурсный барьер (заштрихованная зона) работоспособности сплава ЭИ437БУ в зависимости от состояния поверхностного слоя (применительно к
жаропрочности).
Построено для частной выборки с вероятностью неразрушения 0,5
Результаты |
исследования длительной |
прочности |
приведены |
на рис. 16.13, |
16.14 и 16.15 [19]. Кривые |
изменения |
длительной |
прочности построены для частной выборки при вероятности нераз рушения I = 0,5. Результаты исследования показывают, что в условиях низкотемпературного испытания (500°С) во всем иссле дованном диапазоне нагрузок упрочненные обкаткой образцы обладают преимуществом перед другими вариантами изготовления образцов. Например, при нагрузке з = 100 кг/мм2 среднее зна чение стойкости упрочненных образцов составляет lg- = 1,7; электрополированных— lgr = 1,1 (т— стойкость, час). В этих температурных условиях сказывается благоприятная роль сжимаю щих напряжений (полученных обкаткой и полированием) и отри цательная роль растягивающих напряжений — шлифованные и обточенные образцы по сравнению с электрополированными имеют пониженную стойкость (рис. 16.13 а и 16.14 а). Вместе с теме увеличением длительности испытания (при соответствующем сни жении нагрузки) преимущество упрочненных образцов уменьшает-
ся. Если при нагрузке сх = 100 кг/мм~ между упрочненными и электрополированными образцами разница составляет более чем в пять раз (когда испытания измеряются часами и десятками часов), то при з = 84 кг/мм- упрочненные образцы лишь на 40% имеют более высокую стойкость, чем электрополнрованные (испытания измеряются сотнями часов). Интерполирование зависимостей по методу [18] на более высокую долговечность показывает, что пре имущество упрочненных образцов (пли образцов с благоприятными сжимающими напряжениями) полностью стирается в диапазоне долговечностей lgx = 2754-3,05 и при более высоком ресурсе наи большей жаропрочностью обладают электрополнрованные образ цы. Таким образом, при температуре 500°С долговечность lgt = = 2,54-3,05 является ресурсным барьером (заштрихованная зона), ограничивающим возможность использования методов упроч няющей технологии. До указанного барьера длительная прочность в значительной мере будет определяться величиной и знаком оста точных напряжений, причем установлено, что растягивающие на пряжения независимо от вида обработки существенно снижают жаропрочность сплава. В диапазоне долговечностей, превышающих рассмотренный барьер, снижение жаропрочности происходит соот ветственно увеличению глубины и степени наклепа независимо от величины и знака остаточных напряжений (в исследованных пре делах).
При температуре испытания 700°С (рис. 16.13 б) упрочненные обкатыванием образцы показали самую низкую долговечность; наибольшей жаропрочностью обладают электрополнрованные об разцы. Однако характер зависимостей з = f (Igt) и интерполиро вание их (в данном случае на более низкую долговечность, чем экспериментальные данные) показывают, что при 0 = 700°С также имеется ресурсный барьер в диапазоне lgt = 0,4—-1,0, до кото рого возможен эффект от упрочнения деталей. По сравнению с температурой испытания 500°С ресурсный барьер при 700°С имеет существенное смещение (рис. 16.13, а и б) в сторону меньших долговечностей.
Испытание при более высокой температуре. (850°С) еще конт растнее выявило отрицательное воздействие наклепа (рис. 16.13 в). Зависимости © = / (lg-t) для различных вариантов обработки рас положились соответственно возрастанию глубины и степени на клепа: максимальной жаропрочностью обладают электрополированные образцы, далее идут полированные, шлифованные и обто ченные образцы; наименьшей долговечностью обладают упрочнен ные обкаткой образцы. Необходимо отметить, что различия в угловых коэффициентах зависимостей © = / (lg х) указывают на то, что, несмотря на весьма высокую температуру (850°С-), в данных условиях также имеется ресурсный барьер (равнопрочность образцов), до которого будет наблюдаться эффект от упроч нения деталей. Однако последнее обстоятельство, по-видимому,
