Вплив залишкових напружень

Зношування. При терті деталей в металі поверхневого шару відбуваються значні пластичні деформації, що викликають інтенсивний наклеп і великі залишкові напруження стискання.

На самому початку процесу тертя деталей залишкові напруження, які створені в їх поверхневому шарі попередньою обробкою та є за своєю природою пружними, знімаються під дією пластичних деформацій, що протікають, не встигнувши істотно якось вплинути на процес зношування.

Одночасно у поверхневому шарі в результаті тертя виникають залишкові напруження стискання, які залежать від умов тертя і пластичних властивостей металів, що труться, і не залежать від величини і знака залишкових напружень, створених попередньою обробкою та існуючих у поверхневому шарі до початку тертя.

У зв’язку з цим величина і знак залишкових напружень поверхневого шару, створених попередньою обробкою, не впливають на швидкість та величину зношування при терті ковзання.

Цей висновок відноситься тільки до залишкових напружень поверхневого шару і нормальних умов тертя ковзання в режимі окислювального зношування.

Напружений стан всього перерізу деталі (наприклад, розтягуючі внутрішні напруження в стінках втулки, що напресована на іншу деталь; розтягуючі внутрішні напруження у пружновигнутій пластині) може впливати на характер та інтенсивність зношування. Можливим є і вплив напруженого стану при зношуванні в умовах пітінга, при якому значення мають явища втоми металу.

Втомлена міцність деталей суттєво залежить від величини, знака і глибини поширення залишкових напружень поверхневого шару. Численними дослідженнями встановлено, що за наявності у поверхневому шарі залишкових напружень стискання межа витривалості деталі підвищується, а за наявності залишкових напружень розтягування – знижується, причому залишкові напруження стискання суттєво підвищують межу витривалості, ніж знижують його такі ж за величиною залишкові напруження розтягування. Для сталей підвищеної твердості підвищення межі втомленості завдяки дії стискальних напружень досягає 50 %, а зниження його під дією розтягальних напружень – 30 %. Вплив залишкових напружень на межу витривалості сталі особливо суттєвий, коли різниця в міцності сталі при розтягуванні та стисканні велика. У зв’язку з цим межа витривалості твердих сталей залежить від величини і знака залишкових напружень особливо сильно, в той час як у м’яких і пластичних сталей ця залежність проявляється менше.

Рис. 9. Вплив залишкових напружень на втомлену міцність деталей зі сплаву ВТЗ-1

Графік залежності межі витривалості металів і сплавів ВТ3–від величини і знака залишкових напружень, утворених при шліфуванні, показаний на рис. 9 і свідчить про те, що між межею витривалості та залишковими напруженнями поверхневого шару існує прямий зв’язок, який може бути виражений співвідношенням виду:

σ_–1 = A – Bσ_зал,

де σ_–1 – межа витривалості металу після його шліфування;

σ_зал – залишкові напруження поверхневого шару, що виникли в результаті шліфування, із врахуванням їх знака;

А і В – постійні величини.

Аналогічні співвідношення були отримані й для інших матеріалів і видів обробки. При цьому експерименти проводилися при кімнатних температурах, тому висновки не можуть відноситись до умов роботи деталей в зоні високих температур. При нагріванні деталей, що мають в поверхневому шарі залишкові напруження, відбувається релаксація напружень і їх вплив на межу витривалості послаблюється.