Студопедия

Главная страница Случайная страница

Разделы сайта

АвтомобилиАстрономияБиологияГеографияДом и садДругие языкиДругоеИнформатикаИсторияКультураЛитератураЛогикаМатематикаМедицинаМеталлургияМеханикаОбразованиеОхрана трудаПедагогикаПолитикаПравоПсихологияРелигияРиторикаСоциологияСпортСтроительствоТехнологияТуризмФизикаФилософияФинансыХимияЧерчениеЭкологияЭкономикаЭлектроника






Остаточные напряжения, структурные и фазовые превращения






Остаточными называют напряжения, существующие в теле при отсутствии внешних силовых воздействий на него. На­личие этих напряжений обусловлено неравномерностью темпе­ратуры по объему тела, образованием во время нагрева или охлаждения новых структур с иной плотностью, наличием вклю­чений и др. Остаточные напряжения образуют равновесную сис­тему. В зависимости от объема, который охватывается этой сис­темой, различают собственные напряжения трех родов. Напря­жения первого рода уравновешиваются в крупных объемах, соизмеримых с размерами детали; напряжения второго рода (мик­ронапряжения) уравновешиваются в пределах одного или не­скольких кристаллических зерен; напряжения третьего рода – субмикроскопические искажения кристаллической решетки. На­пряжения второго и третьего родов не имеют ориентировки относительно осей детали.

Пластическая деформация вызывает уменьшение плотности металла или, что то же, увеличение его удельного объема. Плас­тически деформированный при резании слой не может свободно увеличиваться в объеме (этому препятствует недеформированный металл изделия), поэтому в наружном слое проявляются напряжения сжатия, а в остальной части – напряжения растя­жения.

Это рассуждение предполагает, что деформируемый слой не находится даже частично в состоянии ползучести. В зависи­мости от температуры металл может быть в упругом и пластич­ном состояниях. В состоянии ползучести металла силы упру­гости не проявляются, и деформация протекает без стремления материала к восстановлению формы.

За температуру рекристаллизации (tp), то есть пере­хода из упругого состояния металла в пластическое, можно при­нять 450°С для углеродистых сталей и 550°С для легированных.

Средняя температура поверхностного слоя стали при шлифо­вании составляет 300 – 400°С, у самой поверхности 800 – 850°С. Температуры того же порядка развиваются при скоростном то­чении. Нагрев поверхностного слоя металла при обработке обус­ловливает образование в нем температурных напряжений. До­пустим, что в процессе обработки цилиндрической детали слой 1 (рис. 3.6) находится в состоянии ползучести. В этом слое внут­ренние напряжения отсутствуют, а если до того существовали ос­таточные напряжения, то они снимаются. В слое 2 с температу­рой ниже tp, но выше нормальной tн возникают напряжения сжа­тия, а в слое 3 – напряжения растяжения. Напряжения эти временные. Как только наружный слой охладится до температуры tp, он станет упругим. Встречая сопротивление сокращению, он оказывается растянутым в окружном направлении. В слое 2 сжимающие на­пряжения возрастают. При дальнейшем охлаждении до полного выравнивания температуры по глубине металла напряжения рас­тяжения в слое 1 возрастают, а в слоях 2 и 3 устанавливается система уравновешивающих напряжений сжатия. По характеру остаточные температурные напряжения, равно как и обусловлен­ные пластической деформацией, являются напряжениями перво­го рода. Однако из-за неодинакового тепловыделения на смеж­ных участках обрабатываемой поверхности и различной степени пластической деформации возникают также остаточные напря­жения второго рода.

Итак, при обработке металла в его наружном слое под влия­нием пластической деформации при отсутствии ползучести раз­виваются остаточные напряжения сжатия, тепловой же эффект от резания приводит к напряжениям растяжения. Так как оба фактора действуют совместно, то знак остаточного напряжения в наружном слое зависит от того, какой из факторов превалирует. Разумеется, если температура на обрабатываемой поверхности менее tp, то температурные напряжения являются временными, после выравнивания температуры они исчезают.

Пластическая деформация, в том числе и при резании ме­таллов, обусловливает изменение микроструктуры. Беспорядоч­но расположенные в исходной структуре металла кристалличе­ские зерна при пластической деформации приобретают однород­ную ориентацию (текстуру). Более глубокие изменения возмож­ны при обработке металлов, воспринимающих закалку. Так как каждой структурной составляю­щей свойствен присущий ей удельный объем, то фазовые и струк­турные превращения наряду с пластической деформацией явля­ются источником остаточных напряжений.

Местные фазовые и структурные превращения поверхностно­го слоя шлифуемой детали известны под названием шлифовоч­ных прижогов. Они образуются вследствие интенсивного (почти мгновенного) тепловыделения на небольшом участке поверхно­стного слоя. При шлифовальном круге нормальной твердости, нормальном режиме шлифования и достаточном охлаждении прижоги возникают из-за вибрации круга (циклические прижоги), неправильной установки детали на центрах и т.п. В области прижогов образуются остаточные напряжения. Прижоги явля­ются структурными концентраторами напряжения, понижающи­ми как сопротивление усталости, так и износостойкость.

Фазовые и структурные превращения при обработке инстру­ментом возможны только для металлов с метастабильной струк­турой.

В случае холодной пластической деформации металла повы­шаются его твердость и предел прочности при одновременном снижении относительного удлинения и относительного попереч­ного сужения при растяжении. Это явление называют упрочне­нием металла или наклепом.

При резании металлов протекают два противодействующих друг другу процесса: упрочнение в результате действия сил ре­зания, которое тем выше, чем больше давление резания, и разуп­рочнение – снятие наклепа за счет повышающейся темпера­туры резания. Степень наклепа и толщина наклепанного слоя при прочих равных условиях зависят от режима резания.






© 2023 :: MyLektsii.ru :: Мои Лекции
Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав.
Копирование текстов разрешено только с указанием индексируемой ссылки на источник.