книги / Циклическая прочность металлов

на тех же образцах и влияние каждого отдельного параметра режима обработки на глубину поверхностного наклепа изделия; результаты этого изучения представлены в виде графиков на

фиг. 103.

Попарное сходство графиков на фиг. 102 и на фиг. 103 пока­ зывает, что поверхностный наклеп при этой обработке (как» впрочем, и при всякой другой аналогичной обработке) в устано­ влении циклической прочности обработанного изделия играет наибольшую роль.

Исследования показывают небольшую глубину поверхностного наклепа прй ударно-шариковой обработке сравнительно с дру­ гими видами механического поверхностного упрочнения, и это является существенным недостатком метода. Другим недо­ статком его является быстрый износ рабочей аппаратуры, осо­ бенно потеря своих размеров шариковыми гнездами упрочнителя.

Обработка чеканкой

Упрочнение поверхности стальных изделий методом чеканки

впоследнее время стало получать распространение, так как наблюдаемое при этом повышение циклической прочности изделий бывает иногда весьма значительное. Метод этот заклю­ чается в том, что обрабатываемая поверхность изделия получает удары от специальных пневматических молотков со сферическими ударниками и покрывается при этом сливающимися друг с другом вмятинами с наклепом и остаточными сжимающими напряжениями.

Обычно ударный инструмент укрепляется на токарном станке

врезцедержателе суппорта, а обрабатываемое изделие вращается

вцентрах станка. Для этого используются или обычные металло­

режущие станки, или станки специально изготовленные. За последнее время для чеканной обработки изделий предложены упрочнители с пружинными ударниками, работающими от ку­ лачкового механизма.

Метод чеканки поверхности применяется для упрочнения как цилиндрических деталей, так и плоских, главным образом на крупногабаритных конструкциях и в местах, трудно доступных для других упрочняющих инструментов.

Особенно целесообразно этот метод применять для упрочнения крупных сварных конструкций. Известно, что в тех случаях, когда сварной шов остается механически необработанным, циклическая прочность сварного соединения в целом оказывается сильно пониженной сравнительно с прочностью основного металла. И только механическая упрочняющая обработка может восста­

(на изгиб) пластин из мягкой стали 22К, сваренных электрошлаковым способом и затем упрочненных чеканкой.

Большое преимущество метода чеканки состоит в том, что, применяя мощные чеканящие устройства, можно получить по­ верхностный наклеп обрабатываемого изделия глубиной 25 — 30 мм, а это особенно важно для упрочнения крупных деталей машин и инженерных конструкций, работающих на воздействие больших циклических нагрузок.

Обработка рифлением

Рассмотрим еще метод рифления контактных поверхностей, применяемый в последнее время как для пбвышения циклической прочности составных стальных конструкций, так и для большего

Влияние чеканки на циклическую прочность сварных конструкций

сопротивления сдвигу одних элементов, составляющих конст­

2—4 мм и гребешками высотой 0,5—1,0 мм (фиг. 104).

В результате такой обработки в поверхностных слоях контак­ тирующих элементов появляются наклеп большой глубины и интенсивности и сжимающие внутренние напряжения высокого значения, до 60 кг/мм2. Эти остаточные напряжения и наклеп ней­ трализуют вредные влияния концентрации напряжений и контакт­ ной коррозии на циклическую прочность элементов конструкций. В результате рифления получается также значительное сопротивле­ ние сдвигающим усилиям, иногда в 10—40 раз большее по сравне­ нию с фрезерованными поверхностями, причем, что особенно важно, это сопротивление сдвигу не только не уменьшается, а даже несколько повышается при сборках с перекосом, т. е. когда гре­ бешки одного элемента не совсем точно попадают в углубления другого элемента.

Для осуществления поверхностного рифления могут быть использованы разнообразные чеканящие приспособления: пневма­ тические или пружинные ударники, дисковые вращающиеся упрочнители и др.

Метод рифления контактных поверхностей значительно по­ вышает пиклическую прочность изделий. Для исследования этого были поставлены опыты с пластинами из стали 22К толщиной 60 мм, к которым с обеих сторон были прижаты парные толстые накладки. Циклическое загружение пластин создавалось симме­ тричным изгибом. Результаты этого исследования приведены в табл. 48.

Данные табл. 48 показывают, с одной стороны, резкое снижение предела усталости пластин (с 14,5 до 6,8—4,5 кг/мм2) в связи с наложением на них гладких накладок и с другой стороны, весьма большое повышение его (на 280%—422%) после обработки кон­ тактных поверхностей методом рифления. Интересно отметить, что усталостные изломы испытываемых пластин наблюдались всегда в гладкой, ненаклепанной части их, в значительном уда­ лении от рифленых участков.

$ 25* ВЛИЯНИЕ ПОВЕРХНОСТНОЙ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ИЗДЕЛИЙ

^Термическая обработка стальных изделий может быть общая (объемная) и поверхностная. В машиностроении для повышения долговечности и для повышения циклической прочности изделий большое применение получила поверхностная термообработка индукционным нагревом с помощью токов высокой частоты. Таким способом в настоящее время обрабатываются не только изделия из конструкционных сталей, но также и изделия из ин­ струментальных сталей и чугуна. Обрабатываются поверхностной электрозакалкой как мелкие, так и крупные изделия.

Особенность способа поверхностной термической обработки со­ стоит в том, что этим способом весьма быстро нагреваются только поверхностные слои изделия; слои же, лежащие ниже, остаются мало нагретыми и сохраняют поэтому свои начальные свойства

и структуру. Поверхностная закалка применяется или само­ стоятельно, или в сочетании с цементированием, азотированием

идругими видами химической обработки поверхности изделий. До недавнего времени такая закалка успешно применялась

только в целях повышения износостойкости (долговечности) трущихся изделий; но специальные исследования показали, что поверхностной закалкой можно значительно повысить и цик­ лическую прочность стальных изделий [35], [5], [23], [27]. Сложность вопроса заключается в том, что закалка индукцион­ ным способом вызывает в обрабатываемых изделиях значитель­ ные по величине остаточные напряжения, которые в некоторых случаях могут играть отрицательную роль, вызывая образование микротрещин как в поверхностном закаленном слое, так и в ме­ талле, находящемся непосредственно под этим слоем. Вследствие этого после такой термообработки наблюдалось иногда не повы­ шение циклической прочности, а наоборот, снижение ее, и часто весьма большое, особенно при циклическом кручении. Но в на­ стоящее время с бесспорностью доказано, что при надлежащем выборе режима электрозакалки можно повысить довольно зна­ чительно показатели циклической прочности конструкционных сталей (в изделиях).

Исследования показали, что усталостные изломы происходят обычно в тех местах, где обрывается закаленный слой, или близко к нему. Эти места являются ослабленными; их прочность оказы­ вается ниже, чем у изделий, совсем не подвергавшихся поверх­ ностной закалке. Такое явление можно объяснить двумя причинами [32]. Во-первых, около закаленного слоя нарушается исходная структура металла в результате нагрева током. Во-вторых, около

по техническим причинам является затруднительной. Подобное явление наблюдается, в частности, в коленчатых валах в местах перехода цилиндрических закаленных шеек к галтелям.

Если же при поверхностной электрозакалке принять меры к то­ му, чтобы закалке подверглись одинаково все участки поверхности (цилиндрические части, галтели и все внешние концентраторы напряжений вообще) и чтобы закаленные слои различных эле­ ментов имели более или менее одинаковую глубину, то можно получить значительное повышение циклической прочности всего изделия наряду с повышением его износостойкости.

Исследования процесса поверхностной термообработки изде­ лий показали также, что такая обработка заметно снижает чув­ ствительность их к концентрации напряжений, и это обстоя­

Графики на фиг. 105 показывают изменение действительного (экспериментально полученного) коэффициента концентрации на­ пряжений как функции от глубины надреза в результате поверх­ ностной электрозакалки. Из графика 2 видно, что при неглубо-

вообще небольшой, близкий к единице.

Повышение циклической прочности стальных изделий от правильно выполненной поверхностной закалки всегда бывает

ская прочность образцов, и даже в образцах с глубокими надре­ зами (глубиной 1,2 мм), когда надрез проходил через всю тол­ щину закаленного слоя и когда, следовательно, дно надреза оста­ валось незакаленным. Повышение, почти одинаковое по величине, наблюдается и тогда, когда надрезы делались после поверхност­ ной закалки. Следовательно, поверхностная термообработка по­ вышает предел усталости изделий с концентраторами напряжений почти на одну и ту же величину, независимо от того, сделаны ли были надрезы до или после термообработки.

Большой практический интерес представляют результаты дальнейшей механической обработки поверхностно закаленных

хности изделий после термообработки практически почти не изменяет их циклической прочности; упрочнение поверхности изделий после термообработки может внести изменения в их цикли­ ческую прочность, особенно тогда, когда обрабатываемое изделие слоишо по своей конфигурации и когда вследствие этого зака­ лочный индуктор невозможно подвести к некоторым участкам поверхности, особенно к тем, которые могут быть местом усталост­ ного излома изделий. В этих случаях дополнительное обка­ тывание роликами часто дает весьма положительные резуль­