Причины возникновения остаточных напряжений

1. Неравномерная пластическая деформация поверхностных слоев при воздействии обрабатывающего инструмента.

2 Неравномерный нагрей тонких поверхностных слоев в процессе мех. обработки.

3. Структурные превращения, возникающие как за счет тепла, так и за счет

пластических деформаций. В зависимости от вида и режима механической обработки действует различное сочетание указанных причин. Это приводит к образованию остаточных напряжений различной величины и различного знака (+σ кг/мм²

растягивающих; - сжимающих) - σ кг/мм²)

Рассмотрим характерные случаи образования остаточн ых напряжений. При механической обработке наружные слои металла пластически деформируются, в результате его зерна вытягиваются в направлении наиболее интенсивной деформации.

Пластическая деформация поверхностных слоев металла вызывает упругую деформацию нижележащих слоев.

1- область деформированного металла

2- область упругих деформаций

3.-область пластических деформаций

4,-область полного деформирования

Зона ABC - наиболее значительных деформаций

DLNP - зона упругих деформаций,

(Чем больше скорость резания, тем уже зона пластических деформаций).

При снятии нагрузки упругодеформированный слой стремится вернуться в исходное положение, сжимает верхние слои металла, образуя в нем сжимающие остаточные напряжения -σ кг/мм²

Если процесс обработки сопровождается образованием значительного температурного поля, то температура в поверхностных слоях (10-20 мкм) значительно больше, чем в нижележащих слоях с глубиной залегания (100-150 мкм).

В результате при остывании наружные слои быстро стынут и будут испытывать со стороны медленно остывающих глубинных слоев напряжение растяжения (+σ кг/мм²)-

Если t обработки превышает температуру фазовых превращений, то в результате последних происходят объемные изменения структурных составляющих, которые предопределяют тот или иной знак остаточных напряжений.

Так распад мартенсита и образование тростита вызывает растягивающие

остаточные напряжения, так как объем мартенсита больше, чем троостита.

Аустенит имеет объем меньший, чем мартенсит, поэтому распад аустенита вызывает образование остаточных сжимающих напряжений.

Отрицательное влияние на точность оказывает наличие в

структуре закаленных сталей остаточного аустенита. Самопроизвольное превращение его в мартенситную структуру, обладающую большим удельным объемом, изменит размеры деталей.

Остаточное напряжение можно разделить на:

1. Остаточные напряжения первого рода, которые уравновешиваются в

объемах, соизмеряемых с объемом изделий и имеют ориентированное направление.

2. Остаточные напряжения второго рода, уравновешиваемые в объемах одного порядка с объемом кристаллов. Эти напряжения не имеют определенного направления,

3. Остаточные напряжения третьего рода, которые уравновешиваются в объемах одного порядка с элементарной кристаллической ячейкой (с атомной ячейкой)

Если в пределах зерна материала напряжения изменяются несущественно, то они могут быть отнесены к числу макронапряжений. Обычные напряжения от внешних напряжений относятся к макронапряжениям. В практических задачах представляет интерес определение именно макронапряжений, т.к. с их помощью может быть проведена оценка влияния остаточных напряжений на прочность.

При малых t нагрева (А) остаточных напряжений первого рода вязь между зернами прочнее тела зерна. При этом пластическая деформация и разрыв происходят сначала внутри зерна. Это объясняется несовершенством кристаллической решетки на границах зерна (кристаллов), препятствующих

скольжениям, а также большой прочностью связей между зернами

вследствие примесей, находящихся на границах зерен.

Дата добавления: 2015-08-17