Файл: Школьник, Л. М. Скорость роста трещин и живучесть металла.pdf

же-iiiie скорости роста трещин за счет повышения чисто­ ты стали достигало десятикратной величины. Макси­ мальный эффект получен при большем А/С и при более низком R. Эффект чистоты стали при испытании на воз­ духе был более заметен, чем в вакууме.

2. ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНОГО УПРОЧНЕНИЯ

Упрочнение детален путем поверхностного пластиче­ ского деформирования и методами химико-термической обработки является весьма эффективным средством не только повышения их общей усталостной прочности, но и снижения скорости роста трещин. Поверхностный слой играет чрезвычайно важную роль в усталостных процес­ сах, являясь местом образования полос скольжения и трещин, приводящих в конечном счете к усталостному разрушению. На поверхности сосредоточено наиболь­ шее количество конструктивных, технологических и экс­ плуатационных концентраторов напряжений, снижаю­ щих уровень прочности и ускоряющих возникновение трещин.

Остаточные напряжения сжатия, возникшие в по­ верхностной зоне деталей при их поверхностном пласти­ ческом деформировании или в результате термической и химико-термической обработки, оказывают сущест­ венное влияние на закономерности зарождения и разви­ тия усталостных трещин. Большое влияние оказывает

ла. Изменение шероховатости поверхности следует рас­ сматривать как фактор, оказывающий влияние только на момент появления трещины.

Замедление развития усталостных трещин в мягкой низкоуглеродистой стали в связи с термообработкой и пластическим деформированием весьма обстоятельно исследовано в [44]. Оказалось, что выбор рациональ­ ных видов термической обработки или пластического де­ формирования может в значительной степени повысить сопротивление низкоуглеродистой стали усталостному разрушению.

Часть образцов из стали с 0,07% С и 0,18% Мп цик­ лическииспытывали после закалки в воду с 700° С и ес­ тественного старения в течение 14 суток, другую часть

160

после термообработки подвергали поверхностному на­ клепу по дну концентраторов напряжении (обкатка дна надреза роликами с профильным радиусом 0,2 мм). По­ верхностный наклеп отожженной стали увеличивает ее предел выносливости по разрушению немногим более чем в два раза. Вместе с тем наклеп вызывает появле­ ние весьма широкой области нераспространяющихся (или очень медленно растущих) трещин при напряже­ ниях ниже предела выносливости. Предел выносливости по трещинообразованию увеличивается в этом случае только на 15% (см. рис. 73).

В результате закалки и естественного старения пре­ дел выносливости образцов без наклепа увеличился по сравнению с пределом выносливости аналогичных отож­ женных образцов на 235% и оказался на 57% выше пре­ дела выносливости по излому отожженных образцов после поверхностного наклепа (рис. 74).

В результате поверхностного наклепа закаленной и состаренной стали ее сопротивление усталости еще больше возросло (на 35% по сравнению с ненаклепанным состоянием). В этом случае нераспространяющиеся трещины возникают в широком диапазоне уровней нагружения: от предела выносливости по разрушению наклепанных образцов [385 Мн/м2 (38,5 кГ/мм2)] до напряжений значительно ниже предела выносливости ненаклепанных образцов [190 Мн/м2 (19,0 кГ/мм2)]. Это объясняется возрастанием остаточных напряжений сжатия в поверхностных слоях в результате наклепа. Предел выносливости по трещинообразованию был бли­ зок к 180 Мн/м2 (18 кГ/мм2).

Испытания [95] ступенчатых валов из стали 45 с различным радиусом галтельного перехода показали, что у неупрочнеиных валов с галтелями малого радиуса (p/D = 0,05; Ка=2) пределы выносливости по трещино­ образованию и по разрушению совпадают. В отличие от этого у упрочненных образцов развитие усталостной трещины тормозится, вследствие чего оказываются раз­ личными пределы выносливости по трещинообразова­ нию и разрушению.

При обкатывании галтелей самоустанавливающимся роликом под углом 45° к оси вала без продольной по­ дачи эффективность упрочнения была меньше, чем при обкатывании пригалтельной зоны и самой галтели за

один проход. Пределы выносливости по трещипообразо-

б, м»/мг

і> 5о

350 h

300

гзо

гоо і

няющая обкатка пригалтельной зоны дает не только

162

ну общую трещину. В верхней части образца в зоне сжатия трещины также зарождаются, но значительно

ненных образцах можно отнести за счет более медлен­ ного роста усталостной трещины как по периферии, так и по глубине упрочненного слоя надреза. В течение при­ близительно четверти второго периода усталостная тре­ щина в упрочненных образцах очень медленно распро­ страняется по глубине и по периферии надреза и не создает опасности быстрого разрушения образца.

Непосредственное упрочнение сварных швов поверх­ ностным наклепом с помощью специальных пучковых ударных упрочиителей, предложенных И. В. Кудрявце­ вым, повышает усталостную прочность и живучесть сварных конструкций. При наличии . точечной сварки весьма эффективным оказалось упрочнение путем хо­ лодного деформирования металла вокруг мест точечной сварки (при помощи колец и штампов) [94]. Испытаны образцы из листовой мягкой стали толщиной 1,6 мм\ сваренные внахлестку двумя точками по длине образ­ цов. Предел выносливости при переменном изгибе свар­ ных образцов составил 0,715 предела выносливости гладких образцов без сварки.-

После холодного деформирования металла вокруг мест сварки при помощи колец и штампов усталостное разрушение переместилось в основной металл, однако непосредственно у сварных точек были обнаружены не­ развивающиеся малые усталостные трещины. Рентгеноструктурное исследование показало, что в результате обжатия остаточные напряжения у сварных точек из растягивающих перешли в сжимающие. Начальные тре­ щины у сварных точек возникали после практически одинакового числа циклов, независимо от знака остаточ­ ных напряжений. Знак и величина остаточных напряже­ ний влияли главным образом на распространение тре­ щин; сжимающие остаточные напряжения резко снижа­ ли темп их роста.

Одними из наиболее типичных концентраторов на­ пряжений являются отверстия. Упрочнение зон металла с отверстиями достигается путем продавливаиия пуан­ соном или обжатия специальными штампами с одно-

164