Файл: Похмурский, В. И. Коррозионно-усталостная прочность сталей и методы ее повышения.pdf

подтвердили правильность такого предположения. При испыта­

рабочей части образца непосредственно или через продукты кор­ розии протекал фретинг-процесс, который существенно снижает усталостную прочность сталей [184].

Анализ литературных данных и результаты исследований ряда нержавеющих сталей и титановых сплавов, обладающих высокой коррозионно-усталостной прочностью, позволяют заключить, что коррозионная среда типа нейтральных электролитов ослабляет действие концентраторов н а п р я ж е н и я с точки зрения изменения выносливости образцов.

3. Состояние поверхности

Состояние поверхности — важнейший фактор, оказы­ вающий существенное влияние на усталостную и коррозионноусталостную прочность сталей, поскольку этот процесс разруше ­ ния, как правило, начинается с поверхности [63,67,177 и др.].

67

р а з у п р о ч н я ть поверхностные слои, понятие «состояние поверх­ ности» включает также такие геометрические факторы, как чистота поверхности, величина и форма выступов и впадин и т. п. Вопросу исследования в л и я н и я состояния поверхности на усталостную и

неоднородность физико-химических свойств поверхностных слоев металла, дефектность структуры и т. п., вызывающие ухудшение несущей способности деталей при их циклическом деформирова­ нии в воздухе и коррозионной среде.

Скоростное точение является упрочняющим видом обработки, повышающей не только производительность труда, но и улучшаю­ щей качество поверхности. При скоростном резании возникают, как правило, остаточные н а п р я ж е н и я сжатия, при силовом — рас­

68

условный предел коррозионпо-усталостной прочности в 3% - ном растворе NaCl при базе 5 X 107 циклов после шлифования алмаз­ ным, борозонным и электрокорундовым кругами составляет соот­ ветственно 6,5; 2,5 и 1,75 кГ/мм2 [12]. Д л я закаленной стали 40Х наблюдается т а к а я же закономерность, однако различие в величи­ не условного предела коррозионной усталости значительно мень­

П р и алмазном шлифовании вследствие лучших р е ж у щ и х свойств алмазов температура и давление в зоне контакта круга и изделия меньше, чем при электрокорундовом. Поэтому в поверх­ ностных слоях закаленных сталей обнаружено некоторое повыше­ ние микротвердости и наличие остаточных сжимающих н а п р я ­ жений до 90—120 кГ 1мм2. Появление сжимающих н а п р я ж е н и й объясняется [12] благоприятными фазовыми превращениями в по­ верхностных слоях в результате пластической деформации, что при­ водит к уменьшению количества остаточного аустенита. Пр и элект­ рокорундовом шлифовании количество остаточного аустенита уве­ личилось. Остается неясным, почему при столь значительных сжимающих напряжениях, возникающих в поверхностных слоях об­ разцов в результате алмазного шлифования, были получены такие ничтожные приращения предела усталостной прочности (в воздухе на 6%, а в коррозионной среде на 1—4,5 кГ/мм2). Это тем более непонятно, если учесть, что чистота и качество поверхности стали после алмазного шлифования выше, чем при шлифовании электро­ корундовыми кругами .

Влияние технологии изготовления образцов из н е р ж а в е ю щ и х сталей на их усталость в воздухе и коррозионной среде нами изу ­ чалось на сталях Х 1 7 Н 2 и Х17Н5МЗ [155]. Образцы изготовлялись по следующим технологическим вариантам .

580° С — 2 ч). После этого образцы проходили окончательную то­ карную обработку и для снятия технологического наклепа от то­ чения повторно отпускались при 550° С (выдержка 2 ч). В каче­ стве финишной обработки применяли механическую шлифовку.

Второй вариант. Образцы проходили такую ж е термическую обработку, как при первом варианте, только повторный отпуск при 550° С осуществлялся уж е после шлифовки. Финишная обра­ ботка заключалась в зачистке рабочей поверхности образцов от окислов тонкой шлифовальной шкуркой .

Сталь Х17Н5МЗ . Первый вариант. Заготовки нормализо­ вали при 950° С в течение 1,5 ч с последующей обработкой хо­ лодом (—70° С) в продолжение 2 ч, после чего осуществляли

68

окончательную обточку. Д л я дальнейшего упрочнения, а также для снятия технологического наклепа и остаточных напряжений от токарной обработки образцы отпускались при 450° С в течение 2 ч. Окончательной операцией при изготовлении образцов была шлифовка.

результаты металлографических исследований, не внес существен­ ных изменений в структуру сердцевины образцов, однако вызвал повышение предела выносливости стали Х17Н2 и Х17Н5МЗ соот­ ветственно до 49 и 50 кГ/мм2, что составляет более 25%. Если учесть, что при изготовлении образцов применялась одинаковая термическая и механическая обработка, то существенное повыше­ ние предела выносливости сталей, обработанных по второму тех­ нологическому варианту, следует отнести за счет снятия при по­ вторном отпуске в поверхностных слоях образцов остаточных на­ пряжений растяжения, которые возникают при шлифовке, а также в результате повышения на 2—3 класса чистоты поверхности ра-

70

бочей части образцов. Поскольку повышение выносливости стали,

интересно оценить долю влияния каждого фактора в отдельности.

пуска (третий технологический вариант) показали (см. рис. 35), что в этом случае вследствие повышения чистоты поверхности

пряжений . Необходимо отметить, что на статическую прочность при кратковременном разрыве исследуемые технологические ва­ рианты изготовления образцов не оказывают существенного влия­ ния. На основании полученных результатов д л я повышения вы­ носливости указанных сталей нами был предложен дополнитель­ ный отпуск для снятия остаточных растягивающих напряжений, возникающих при шлифовке. В присутствии коррозионной среды (3%-ный водный раствор NaCl) условный предел коррозионной выносливости сталей Х 1 7 Н 2 , Х17Н5МЗ резко (в 2,5—3 раза) снижается и приближается к значениям, полученным для нелеги­ рованной углеродистой стали с перлитоферритной или сорбитной структурой, обладающей коррозионной стойкостью в десятки раз меньшей, чем нержавеющие стали. Таким образом, еще раз подтвер­

меньше влияет на коррозионную выносливость сталей, чем на их выносливость в воздухе, что, очевидно, связано со значительно

но формирует физико-механические свойства деталей [67 ]. Н а вы­ носливость существенное влияние будет оказывать предшествую­ щая обработка (например, параметры точения), т. е. проявляется так называемая технологическая наследственность.

Шлифованные образцы из стали 45 имеют предел усталости и коррозионной усталости меньший, если предшествующая меха­ ническая обработка осуществляется силовым резанием; если точе­ ние проводилось скоростным методом, то после шлифовки упроч­ нение, внесенное предшествующей механической обработкой, со­ храняется (рис. 36). По абсолютному значению величина пределов выносливости как в воздухе, так и в коррозионной среде несколько иная, чем без шлифовки [69].

71