Остаточные напряжения, структурные и фазовые превращения
Остаточными называют напряжения, существующие в теле при отсутствии внешних силовых нагрузок 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 структуру. 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 самое, увеличение его удельного объема. Пластически деформированный при резании слой не может свободно увеличиваться в объеме (этому препятствуют недеформированные металлические изделия), поэтому в наружном слое появляются 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 1р 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 у самой поверхности 800.. , 850°С. Температуры того же порядка развиваются при скоростном точении. Нагрев поверхностного слоя металла при обработке обуславливает образование в нем температурных напряжений (рис. 3).
|
|
|
Рисунок 3 - Схема образования остаточных температурных напряжений в поверхностном слое: а - температура изделия при обработке; б - распределение напряжений в теле изделия при обработке; в - напряжения после остывания наружного слоя до температуры tр; г - остаточные температурные напряжения
Допустим, что в процессе обработки цилиндрической детали слой 1 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 tР, но выше нормальной tн, возникают напряжения сжатия, а в слое 3 - растяжения. Напряжения эти временные. Как только наружный слой охладится до температуры tР, 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.
|
|
|
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 резании металлов протекают два противодействующих друг другу процесса: упрочнение в результате действия сил резания, которые 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.
Дата добавления: 2018-09-22; просмотров: 323; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!