Формирование и контроль остаточных напряжений, возникающих под действием различных технологических операций

Тема 2. Формирование и контроль остаточных напряжений, возникающих под действием различных технологических операций. Факторы, приводящие к возникновению остаточных напряжений. Содержание:
1. Классификация остаточных напряжений.
2. Факторы, приводящие к возникновению остаточных напряжений. Механический фактор. Влияние механической обработки.
3. Тепловой фактор. Термические напряжения, возникающие в сечении заготовок в результате закалки не полиморфного материала.
–Термические напряжения, возникающие в сечении заготовок в результате закалки полиморфного материала.
–Термические напряжения, возникающие по сечению сварного соединения.
–Термические напряжения в материалах с ГПУ-решёткой, возникающие в результате анизотропии теплового расширения.
4. Структурно-фазовые превращения
– Фазовый наклеп. – Мартенситные превращения при закалки. – Мартенситные превращения при деформации. – Распад пересыщенных твердых растворов по механизму старения.
5. Коррозионные напряжения

2.1. Иследование деформации. Классификация остаточных напряжений
Факторы, приводящие к возникновению остаточных напряжений:
А. Механический
Б. Тепловой
В. Структурно-фазовый
С. Коррозионный
1. Макронапряжения (напряжения I рода) - упругие напряжения уравновешивающиеся в объеме всей детали.
2. Микронапряжения (напряжения II рода) - упругие напряжения, уравновешивающиеся в пределах отдельных зерен или блоков (дальнодействующие).
3.Статические искажения решетки - упругие напряжения, уравновешивающиеся в пределах небольших групп атомов.

2.1. Формирование и контроль остаточных напряжений
Обобщенно можно сказать, сто остаточные напряжения первого рода есть результат неравномерных пластических деформаций различных слоев детали. Пример – искривление детали в ту или иную сторону.
Остаточные напряжении оказывают существенное влияние на прочность и долговечность деталей машин и конструкций: остаточные сжимающие напряжения ( - ), возникающие в поверхностном слое, повышают циклическую прочность деталей, т.к. они разгружают поверхностные слой от напряжений, вызванных нагрузками и, наоборот, растягивающие остаточные напряжения (+) уменьшают прочность деталей вследствие повышения напряженности поверхностного слоя.
В зависимости от характера и интенсивности физико- механических процессов, происходящих при обработке, остаточные напряжении могут иметь различный знак: + или -
+ - растяжение;
- - сжатие.
Условие равновесия требует, чтобы в объеме детали сумма проекций всех сил была равна нулю. Поэтому в детали есть область со сжимающими и растягивающими остаточными напряжениями.
В инженерной практике остаточные напряжения первого рода принято представлять в виде проекции на оси заданной системы координат. Например, для тела вращения используют понятия:
осевых , окружных (тангенциальных) и радиальных остаточных напряжений.

2.2. Механические напряжения
Эпюры остаточных напряжений после
шлифования (1), точения (2), фрезерования (3) стали 12Х13

2.3. Термические напряжения

2.3. Тепловые напряжения термической анизотропии

2.3. Тепловые напряжения термической анизотропии
(α|| −α⊥) [cos2β − cos2(β+ψ)]___________________ S11[sin4β+sin4(β+ψ)]+S33[cos4β+cos4(β+ψ)]+(2S13+S44)[cos2β⋅sin2β+cos2 (β+ψ)⋅sin2(β+ψ)]
где α|| − коэффициент линейного расширения вдоль оси “с”;
α⊥ − коэффициент линейного расширения вдоль оси “а”;
Sik − коэффициенты упругости.

2.4. Структурно-фазовые напряжения
I. Дораспадный период.
II. Подготовительный (инкубационный) период распада. Образование зон Гинье-Престона (Г.П.).
III. Самопроизвольный распад. Формирование на базе зон Г.П. предвыделений – новых фаз с когерентной с матрицей решеткой.
IV. Обособление продуктов распада, снятие когерентности с границ фаз.

2.5. Коррозионные напряжения
Анодные процессы - заключаются в том, что металлы с более отрицательным потенциалом в результате взаимодействия с токопроводящей средой (электролитом), содержащей атомы кислорода, водорода, хлора и др., будут окисляться (растворяться), переходя в раствор в виде ионов при соответствующих таблице разностях потенциалов по реакциям:
H2 → 2H+ + 2e− Cr → Cr3+ + 3e−
Fe → Fe2+ + 2e− Al → Al3+ + 3e−
Катодные процессы - заключаются в том, что ионы металлов с более положительным потенциалом в результате взаимодействия с электролитом будут восстанавливаться (электролитически осаждаться) с участием электронов по реакции:
Ме2++ 2е− → 2 Ме например: Cu2+ + 2e- → Cu
Электродные потенциалы, Е,В , 20°С.
низкая коррозионная стойкость
высокая коррозионная стойкость

Оценка внутренних напряжений

Контрольные вопросы по Теме 2
1. На поверхности детали машины после точения, фрезерования, шлифования, поверхностной пластической обработки и др. какие возникают остаточные напряжения ?.
2. Напряжения термической анизотропии возникают в металлах с кристаллической решеткой какого типа ?.
3. Мартенситное превращение сопровождается увеличением элементарной кристаллической решетки металла и приводит к возникновению каких остаточных напряжений ?.
4. Назовите фактор, не приводящий к возникновению остаточных (внутренних) напряжений ?.
5. Стадия распада неравновесных твердых растворов, на которой возникают значительные внутренние напряжения ?
6. Остаточные макронапряжения I, II, III рода оцениваются с помощью метода рентгеноструктурного анализа по ряду изменений на дифрактограммах.
7. На поверхности деталей из не полиморфного материала после высокого нагрева и резкого охлаждения какие возникают остаточные напряжения ?.
8. Какие остаточные напряжения в металле оказываются полезными ?
9. На поверхности деталей машины после поверхностного пластического деформирования (наклепа дислокациями) возникают остаточные напряжения ?.
10. Чтобы снять остаточные напряжения в металлической заготовке, какие действия необходимо произвести?