книги / Циклическая прочность металлов

их усталости необходимо иметь в виду, что . впадины микропро­ филя весьма малы по сравнению с указанными выше надрезами и, следовательно, весьма малы по сравнению с диаметром обра­ ботанного изделия.

Но учитывая это, следует все же в вопросе о влиянии на цик­ лическую прочность металлов фактического микропрофиля по­ верхности изделий прийти к бесспорному положению о том, что характер этого микропрофиля изделий оказывает значительное влияние на величину предела усталости и что всякое ухудшение профиля поверхности уменьшает в той или другой степени эту величину. Особенно заметно должно отражаться на величине предела усталости в отрицательном направлении увеличение глубины впадин микропрофиля. Изменение формы впадин, в част­ ности изменение радиусов закруглений на дне их, должно также отражаться на пределе усталости, хотя и в меньшей степени. Расширение впадин, отчего как бы увеличивается угол между их сторонами, и увеличение радиусов закруглений дна их должны несколько повышать предел усталости исследуемого металла.

Чередование выступов и впадин, создакщее картину подо­ бия разгружающих надрезов, должно несколько снижать влияние микрогеометрии поверхности металлов на циклическую проч­ ность.

Всякий микропрофиль поверхности металла, кроме более или менее ритмично чередующихся выступов и впадин, почти всегда имеет еще случайные дефекты местного характера: риски, царапины, вмятины и т. п. Все они являются тоже концентрато­ рами напряжений и поэтому снижают циклическую прочность. Но степень этого снижения у разных металлов различная. Ее можно в некоторых случаях теоретически подсчитать. Однако экспериментальные исследования большей частью не соответ­ ствуют этим теоретическим расчетам, так как, кроме причинных факторов, которые могут быть учтены, есть еще факторы, не под-

160

дающиеся учету; в частности, нередко характер и степень влия­ ния на циклическую прочность таких местных дефектов зависят и от того, каким способом повреждение сделано; например, если оно сделано так, что при этом произошло уплотнение поверх­ ности в районе повреждения (насечка тупым зубилом и т.

то оно может даже и не сказаться отрицательно на величине циклической прочности.

;g 20л- в л и я н и е т е п л а , во зн и к аю щ его в и з д е л и я х

ПРИ ИХ МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКЕ И ЭКСПЛУАТАЦИИ

Механическая энергия, затрачиваемая на изготовление и обра­ ботку стальных изделий путем резания металла, упрочнения его поверхности и улучшения отделкой, всегда частично превра­ щается в тепловую энергию. Выделяющееся тепло повышает температуру изделий в процессе их обработки иногда до весьма значительной величины. Повышенная температура, в свою оче­ редь, влияет на глубину и интенсивность наклейа, на величину внутренних остаточных напряжений и даже, в какой-то мере, на микропрофиль поверхности обрабатываемого изделия, изме­ няя эти физические параметры в благоприятном или неблаго­ приятном направлении.

Наклеп, остаточные напряжения в поверхностных слоях изделий и микропрофиль поверхности являются основными фи­ зическими факторами, с помощью которых влияют на цилиндри­ ческую прочность металических изделий разные способы обра­ ботки их.

Таким образом, тепло, возникающее в металлах (в изделиях) в процессе их механической обработки, влияет на циклическую прочность, но только не непосредственно, а двухстепенно: через наклеп и через внутренние остаточные напряжения, с помощью которых можно выявить и количественную оценку этого влияния.

В процессе циклических испытаний металлов (образцов) при нормальной (комнатной) температуре механическая энергия также частично переходит в тепловую, вследствие чего испыты­

на циклическую прочность металлов можно не прибегать к помощи наклепа и остаточных напряжений, это можно выполнять и не­ посредственными измерениями.

Замечено, что при напряжениях ниже предела усталости нагревание образцов при циклических испытаниях незначи­ тельно; по мере же приближения величины наибольшего напря­ жения к пределу усталости нагревание увеличивается.

Графики [94] на фиг. 79 иллюстрируют процесс нагревания образцов из стали разных марок при crmax~ cr_i. Они показы­ вают, что нагревание образцов у большинства сталей (особенно специальных) при испытаниях резко проявляется, когда N > 104

14]. Только в последние годы режимы резания металлов и, в част­ ности, режимы скоростного резания начали изучаться сравни­ тельно интенсивно. Но эти исследования проводятся главным образом в направлении наиболее рентабельного и наиболее продуктивного использования станочного парка и рабочего вре­ мени; вопросы же циклической прочности металлов в этой связи почти совсем не были затронуты.

Ниже изложен экспериментальный материал, путем анализа которого^ установлены закономерности в вопросе влияния на циклическую прочность металлов разных параметров, опре­

Фиг. 82. Форма и размеры образцов стали, принятых при изучении влияния на предел усталости режимов резания.

можно установить такие режимы резания, которые, отвечая тре­ бованиям продуктивности работы и высокого качества обработки, обеспечивали бы вместе с тем и возможно высокие показатели циклической прочности металлов в деталях машин и конструкций.

Вся экспериментальная работа была проведена на машинах НУ, дающих чистый изгиб при вращении с числом оборотов 3000 в минуту. Форма и размеры образцов (фиг. 82) для испы­ таний, обусловливаемые конструктивными особенностями машин

графе ИЗП-17 (сист. Левина) снималась профилограмма средней части. По этим профилограммам определялся по ГОСТу 2789-51 класс чистоты поверхности средней части образцов, полученный обработкой резанием при изучаемых параметрах этого процесса.

1 Эта работа выполнена в лаборатории динамической прочности Куйбы­ шевского индустриального института (55).

Микроструктурное изучение этой стали показало, что феррит в виде сетки выделился по границам зерен перлита; ферритная сетка была местами разорвана; заметных количеств шлаковых включений, окисления феррита и других включений не наблю­ далось. По величине зерен аустенита эта сталь относилась к сред­ незернистым с номером зерна 4/5.

База всех испытаний была принята равной 5 106 циклов. Все испытания проводились на двух одновременно действую­ щих испытательных машинах, и результат каждого испытания выводился как среднее арифметическое из двух величин. Такая методика экспериментов позволила точность определения предела усталости во всех испытаниях довести до 0,25 кг/мм2.

Процесс влияния режима резания металлов на их цикличе­ скую прочность является весьма сложным процессом, слагаю­ щимся из многих компонентов. Было бы ошибочным ставить изучение этого процесса, воспроизводя всю сложность его на первых же стадиях исследования; все усилия в этом случае были бы обречепы на неудачу. Необходимо было этот сложный про­ цесс расчленить на его составляющие части и провести изуче­ ние так, чтобы в каждом отдельном исследовании доминирую­ щую роль играл какой-либо один параметр. Только исследовав таким образом все отдельные части этого процесса, можно было изучить весь процесс в целом. Понятно, что при таком изучении необходимо держаться как можно ближе к условиям действи­ тельности, допуская отступления только в случаях крайней не­ обходимости и очевидной научной целесообразности.

Экспериментальному изучению по влиянию на циклическую прочность стали были подвергнуты такие параметры резания:

1)скорость резания;

2)продольная подача резца;

3)глубина последнего прохода резца;

4)проходы резца, предшествующие снятию последней стружки;

5)геометрия режущего инструмента;

6)одновременное изменение двух параметров — скорости ре­ зания и продольной подачи резца.

При изучении каждого из этих вопросов за переменную вели­ чину испытаний принимался только изучаемый параметр про­ цесса резания; все остальные параметры этого процесса остава­ лись в это время постоянными.

С к о р о с т ь р е з а н и я

Скорость резания является одним из главных параметров про­

к тому, чтобы максимально увеличить эту скорость и тем самым

168