Влияние состояния поверхности на сопротивление усталостному разрушению

На поверхности детали почти всегда имеются риски от обработки резцом, мелкие царапины, следы коррозии и т. д., которые являются концентраторами напряжений. Дефекты поверхности приводят к снижению сопротивления усталости детали. Опытами установлено, что предел выносливости образцов с полированной поверхностью выше, чем у шлифованных, а у шлифованных выше, чем у обработанных резцом, и т. д.

Влияние чистоты поверхности на предел выносливости оценивается коэффициентом KF, равным отношению предела выносливости образца с заданной обработкой поверхности к пределу выносливости такого же образца, но с тщательно шлифованной поверхностью:

.

(17.22)

На рис. 17.15 приведена зависимость коэффициента KF от предела прочности материала для различных видов обработки поверхности.

Рис. 17.15.

Необходимо отметить, что применение некоторых технологических методов упрочнения поверхности детали при правильном их выполнении приводит к значительному повышению ее сопротивления усталости. К таким методам относятся:

  1. наклеп поверхностного слоя путем обдувки дробью, накатки роликом и т. п.;
  2. цементация, азотирование и цианирование поверхностного слоя;
  3. закалка токами высокой частоты.

Влияние технологических факторов на усталостную прочность оценивается коэффициентом поверхностного упрочнения KV.

Положительное влияние технологической обработки поверхностного слоя детали связано, в первую очередь, с созданием в этом слое остаточных сжимающих напряжений, наличие которых затрудняет развитие усталостных трещин. В результате сопротивление усталости детали повышается.

Остаточные напряжения сжатия при таком широко распространенном в настоящее время способе повышения сопротивления усталости детали, как наклеп ее поверхности, вызывается большим пластическим деформированием поверхностного слоя при обдувке стальной дробью или прокатке роликами. Толщина поверхностного слоя при этом уменьшается, а его продольные размеры увеличиваются, вызывая упругое растяжение материала внутренней части детали. Внутренние волокна после окончания процесса наклепа стремятся уменьшить свои размеры до исходных и вызывают сжатие пластически деформированных волокон поверхностного слоя. Кроме того, пластическое деформирование вызывает повышение упругих свойств материала и, что очень существенно, сглаживает различного рода царапины, задиры на поверхности детали, являющиеся концентраторами напряжений. Все эти факторы и являются главной причиной повышения сопротивления усталости при наклепе поверхностного слоя детали. Однако надо иметь в виду, что слишком интенсивный наклеп способствует появлению в поверхностных слоях детали микротрещин, которые могут снизить ее усталостную прочность.

При закалке токами высокой частоты и азотировании также создаются значительные сжимающие напряжения в поверхностном слое детали.

В то же время такие часто применяемые покрытия стальных деталей, как никелирование и хромирование, заметно снижают предел выносливости детали, хотя и не влияют на их статическую прочность, причем снижение сопротивления усталости тем больше, чем толще слой хрома или никеля. Объясняется это значительными остаточными растягивающими напряжениями в поверхностном слое при хромировании и никелировании. Аналогичное явление имеет место и при покрытии поверхности стальной детали слоем меди.



 Предыдущая  Влияние состояния поверхности на сопротивление усталостному разрушению  Следующая 
 
Яндекс цитирования
MYsopromat.ru - сопромат в режиме on-line