Файл: Циклическая прочность и долговечность бурового инструмента..pdf

ровых штаиг от буртика до конуса включительно. Брали штанги

На поверхность подготовленных штанг растворы наносились толщиной 0,5 мм. Подсушивание осуществлялось на спокойном воздухе при комнатной температуре. После затвердевания по­ крытия опытные штанги подвергались ударно-циклическому нагружению на буровом стенде.

Бурение производилось перфоратором ПР-24Л при тех же самых условиях, что и натурные усталостные испытания всех экспериментальных партий штанг. Бурение осуществлялось до появления на поверхностном покрытии штанги трещин и от­ дельных участков отслоения. По окончании нагружения штанги просматривались, и по результатам анализа участков наруше­ ния поверхностного покрытия судили о зонах максимальных напряжений, которые возникают в них при бурении.

§ 5. Определение остаточных напряжений в буровых штангах, подвергнутых поверхностному упрочнению

Одним из важнейших требовании к эксплуатационным свой­ ствам деталей машин является их высокое сопротивление уста­ лости, определяющееся способностью металла, из которого изготовлена деталь, к продолжительной работе в условиях воз­ никновения циклических напряжении.

Исследования прочности изделий в условиях циклического нагружения и практика эксплуатации машин [117, 118] показы­ вают, что состояние поверхностного слоя деталей во многом определяет поведение их в процессе работы, так как поверхность их из-за влияния окружающей среды и несовершенства обра­ ботки всегда имеет повреждения и микронеровности, играющие роль концентраторов напряжений. Решающее влияние состоя­ ния поверхностного слоя на выносливость изделий объясняется также и тем, что в условиях их работы на изгиб и кручение периодически подвергаются воздействию опасных, с точки зре­ ния усталостного разрушения, растягивающих напряжений, именно поверхностные слои. Поэтому создание в поверхност­ ном слое остаточных напряжений сжатия значительно улучша­ ет эксплуатационные свойства деталей.

Из этого следует, что обоснованный выбор методов упроч­ нения поверхности с целью создания сжимающих напряжений и правильное сочетание этих методов позволяют получить необ­ ходимые механические характеристики поверхностного слоя и резко изменять характер распределения напряжений по рабо­ чему сечению детали.

В настоящее время известно несколько эффективных РПОСО-

73

мерой, определяющей эффект упрочнения. Следовательно, чем выше величина эффекта упрочнения при данных условиях на­ гружения детали, тем выше эффективность данной упрочняющей обработки.

Вместе с тем, не всегда та или иная упрочняющая техноло­ гия может привести к желаемому эффекту упрочнения. В ряде случаев неправильное обоснование поверхностного упроч­ нения деталей без учета условий их нагружения, а также класса стали, из которой они изготовлены, может привести к снижению их циклической прочности [33].

Исключительно большое влияние оказывают остаточные сжимающие напряжения на циклическую прочность буровых перфораторных штанг, поскольку они также испытывают воз­ действие высоких периодически повторяющихся напряжений растяжения. Это было показано исследованиями последних лет [70, 122], в результате которых было установлено, что поверхно­ стно упрочненные буровые штанги оказались в шахтных усло­ виях долговечнее обычных (не подвергнуты упрочнению) в 2— 3 раза. Однако в вопросах влияния поверхностного упрочнения на циклическую прочность буровых штанг нет пока полной яс­ ности. Одни считают, что упрочнение поверхности буровых штанг, испытывающих высокие ударные и изгибающие нагрузки, значительно увеличит сопротивление их усталостному разруше­

В связи с этим, большой практический интерес представляет исследование влияния на циклическую прочность буровых пер­ фораторных штанг величины и распределения по сечению оста­ точных напряжений.

Это в конечном итоге дает возможность обосновать наиболее эффективные способы их поверхностного упрочнения и разрабо­ тать рациональную технологию.

Как известно, внутренние напряжения, понятие которых впервые вывел русский инженер Калакуцкий Н. В. [63], суще­ ствуют в материальном теле (детали, конструкции и т. д.) независимо от внешних действующих' сил и возникают в нем вследствие неоднородности линейных или объемных деформации в смежных слоях металла, вызванных механической, термиче­ ской и другими видами обработки. Согласно классификации внутренних напряжений, впервые сформулированной Давиденковым H. Н. [123], а позднее Орованом [124], различают мак­ ронапряжения (напряжение тела), возникающие как следствие разного рода внешних воздействий на поверхность деталей, а также микронапряжения, возникающие в металле в результате структурной неоднородности (текстурные напряжения). Как показали исследования, остаточные макроскопические напряже­

75

сердцевине, которые в ряде случаев могут свести к нулю резуль­ таты упрочнения. В связи с этим для создания оптимальной технологии индукционной поверхностной закалки буровых штанг, обеспечивающей заранее распределение благоприятных оста­ точных напряжений, необходимо изучить условие образования в переходных зонах вредных растягивающих напряжений, кото­ рые, как правило, тем выше, чем больше толщина переходной зоны [126—129]. .

В целях определения величины и характера распределения суммарных сжимающих поверхностных напряжений, а также растягивающих напряжений, возникающих в переходных зонах поверхностно закаленных буровых штанг в зависимости от глу­

определения переходной зоны закалки, которая производилась измерением твердости на косых шлифах прибором Виккерса с последующим переводом твердости по шкале Роквелла.

§ 6. Определение прочностных характеристик буровой стали, подвергнутой ударно-циклическому нагружению

в коррозионной среде

Учение о прочности машиностроительных конструкционных сталей длительное время базировалось на экспериментальных данных, полученных в результате испытаний образцов при ста­

и конструкций эксплуатируется при длительном действии цик­ лических нагрузок в активных коррозионных средах. Поэтому в последние годы развивается новое учение о прочности мате­ риалов в условиях их эскплуатации.

В результате исследований, выполненных под руководством

ристик многих сталей под влиянием коррозионной среды, как до начала нагружения детали, так и после нагружения. Изуче­ ние влияния циклического нагружения на критерии статической прочности стали без учета коррозионных факторов осуществили Одинг II. А., Гаф, Томпсон, Герольд и др. [130—132]. Эти ис­ следования вначале относились главным образом к условиям

77