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

не будет иметь практической ценности, вследствие слишком малых значений долговечностей (измеряемых минутами).

На рис. 16.14 показано влияние скорости резания при точении

•на жаропрочность сплава ЭИ437БУ. Как показывают приведен­ ные данные, изменение долговечности в этом случае подчиняется

вечностях выше указанного барьера преимуществом по жаропроч­ ности обладают образцы, обточенные на оптимальной скорости

•резания. Образцы, обточенные на скорости v = о0, имеют боль­ шую длительную прочность при температурах испытания 700°С и 850°С (рис. 16.14 б и в), что является закономерным, так как поверхностный слой этих образцов деформирован в меньшей степени, чем образцов, обточенных на других скоростях резания.

Полученные экспериментальные данные позволили примени­ тельно к условиям испытания сплава ЭИ437БУ на длительную -прочность выявить температурно-ресурсный барьер работоспо­ собности материала в зависимости от качества поверхностного слоя (заштрихованная зона, рис. 16.15). Температурно-ре­ сурсный барьер делит все возможные в реальных условиях соче­ тания температур и ресурсов работы деталей на две зоны — зону I и зону II. В зоне I условия эксплуатации таковы, что остаточ­ ные напряжения существенно сказываются на работоспособности

.материала (здесь при большом ресурсе — достаточно низкая тем­ пература, а при высокой температуре— малый ресурс). Поэтому для повышения долговечности деталей в этих эксплуатационных условиях эффективными окажутся технологические методы упроч­ нения деталей. Напряжения растяжения в этих условиях недо­ пустимы, так как они приведут к резкому снижению прочности

.материала.

При переходе через температурно-ресурсный барьер (за­ штрихованную зону) при любых сочетаниях температуры и ресур­

случае будет происходить соответственно величине наклепанного слоя. Максимальной же долговечностью в зоне II будут обладать детали, поверхностный слой которых не претерпевал пластиче­ ской деформации (электрополированные).

Исследование усталостной прочности. Исследование прочно­ сти сплава в условиях знакопеременных нагрузок производилось в диапазоне температур 400ч-850°С и при различных базах испы­ тания [20]. Виды обработок образцов были использованы те же, что и при исследовании жаропрочности (см. рис. 16.12 и табл.

357

16.7). Использование методов линейно-регрессионного анализа при' обработке экспериментальных данных позволило получить за* висимости долговечности сплава ЭИ437БУ (для генеральной сово­

зависимости lgN = f Цз^) имеют характер прямой линии (коэф­ фициент корреляции находится в пределах 0,921-4-0,99). Интен­ сивность же снижения пределов выносливости с увеличением чис­ ла наработанных циклов для различных партий образцов различ­ на. Наибольшее снижение наблюдается у упрочненных обкаткой, образцов, наименьшее— у электрополированных образцов. Раз­ личия в угловых коэффициентах приводят к пересечению зависи­ мостей долговечности от напряжения для отдельных партий образцов; точки пересечения являются точками равнопрочности. образцов, изготовленных по различным технологическим вариан­ там. При этом обнаруживается преимущество того или иного вида, обработки в зависимости от числа циклов до разрушения (ре­ сурса) при данной температуре. Так, например, при температуре 400°С и базе испытания lgAf=5- 10е циклов явным преимуществом по*

358

S-:, х.г/м*12

Рис. 16-16. Кривые усталости сплава ЭИ437БУ для генеральной совокупности (при I = 0,5): а — 400°С; б — 650°С; в — 850°С;

1—образцы обкатаны роликами; 2—. электрополированные; 3— обточены при о= о0; 4— обточены при v < о0

б - i , К -Г / м м

Рис. 16.18. Влияние скорости резания при точении на усталостную

ограниченному пределу выносливости обладают упрочненные об­ каткой образцы (рис. 16.16 а); далее идут электрополированные- и обточенные образцы. В этих условиях испытания сказывается; положительная роль сжимающих напряжений (возникающих при обкатке) и отрицательная роль растягивающих напряжений,,

формируемых при точении.

Иная картина наблюдается при больших базах (ресурсах)- испытания. Видно, что при lgiV = 9 наибольшим пределом вынос­ ливости обладают электрополированные образцы, поверхностный, слой которых не претерпевал пластической деформации. Обка­ танные роликами образцы, имевшие наибольший по глубине и< степени наклеп, обладают наименьшей усталостной прочностью.

361

Несмотря на сравнительно низкую температуру испытания (400°С), остаточные поверхностные напряжения, по-видимому, под воздей­ ствием рабочих напряжений в течение большого ресурса релаксируют, и основным фактором, снижающим долговечность мате­ риала в этих условиях, будут являться дефекты структурного происхождения (связанные с наклепом поверхности). Испытания различных групп образцов с различным исходным состоянием поверхности позволили выявить для каждой температуры свою критическую зону (ресурсный барьер), ограничивающую область применения различных вариантов механической обработки дета­ лей. Из рис. 16.16 и 16.17 видно, что с повышением температуры испытания эта критическая зона (заштрихованный участок) пере­

Таким образом, как в случае статических высокотемператур­ ных испытаний, при усталостных испытаниях также наблю­ дается температурно-ресурсный барьер (зона равнопрочности).

•С увеличением вероятности неразрушения температурно-ресур­ сные барьеры смещаются в сторону меньших долговечностей

(рис. 16.16, 16.17).

Влияние скорости резания при точении на характеристики усталостной прочности сплава ЭИ437БУ при 0 = 850°С приве­ дено на рис. 18.18. Видно, что в условиях высокотемпературной эксплуатации при базах испытания более lgA7 — 3,0 наибольшей долговечностью (большим пределом усталости) обладают образ­ цы, обточенные на оптимальной скорости резания, дающей меньшую глубину наклепа и лучшее микроструктурное состояние поверхностного слоя.

На основании полученных данных были построены темпера­ турно-ресурсные барьеры для сплава ЭИ437БУ в широком диапазоне температур и чисел наработанных циклов в зависи­ мости от вероятности неразрушения (рис. 16.19). Так же, как и для случая жаропрочности, температурно-ресурсный барьер разделяет все поле возможных сочетаний температур и ресурсов на две зоны (I и II). В случае эксплуатации деталей в зоне I бу­ дет наблюдаться эффект от поверхностного упрочнения; в зоне II наибольшей долговечностью будут обладать электрополированные детали, не имевшие деформации поверхностного слоя. Если же условия эксплуатации близки к условиям температурно-ресур­ сного барьера (например, 0 = 650°, lgN = 6), то в этом случае будет наблюдаться условие равнопрочности образцов (деталей), изготовленных по различным технологическим вариантам (упроч­ ненные, электрополированные и т. д.), если, конечно, другие ■факторы не окажут своего влияния на долговечность (например, шероховатость поверхности).

.362

££

кг /п М

Рис. 16.20. Влияние упрочнения на длительную прочиесть стали ЭП17; 0 = 660°С [18]

В заключение следует отметить, что различный характер влияния характеристик качества поверхностного слоя на долго­ вечность жаропрочных сплавов, обусловленный температурой и временем испытания, наблюдался ранее другими исследователя­ ми [14, 181 (рйс. 16.11 и 16.20). Эти данные показывают, что как при статических, так и динамических нагрузках у наклепанных (упрочненных) образцов снижение предела выносливости или предела длительной прочности с увеличением длительности ис­ пытания протекает более интенсивно, чем у неупрочненных об­ разцов. В результате (как и по нашим исследованиям) долговеч­ ность материала в зоне малых ресурсов при поверхностном уп­ рочнении будет повышаться, и в зоне больших ресурсов наиболь­ шей долговечностью будут обладать образцы без наклепа.

Влияние режима резания на коррозионную стойкость нержавеющих сталей

к?а-*

6 8 0

630

5 8 0

530

Ш

ЬЗО

380

5 3 0

S8P

Рис. 16.21. Характерное распределение микротвердости вдоль профиля и по глубине микронеровности; Х18Н9Т; ВК8;

__ t = 0,5 мм] s — 0,20 мм/об] v = 20 м/мин

364