Метод послідовного видалення металу електролітичним поліруванням

Метод заснований на виміру прогину консольно закріпленого зразка, при послідовному знятті тонких шарів металу електролітичним поліруванням.

Це найточніший метод визначення залишкових напружень. Він часто використовується як зразок при порівнюванні інших методів виміру. За його допомогою можна отримати картину розподілу напружень у глибині матеріалу. Однак він потребує вирізку зразків з натурних деталей, що може призвести до суттєвого перерозподілу напружень, а також потребує багато часу.

При використанні цього метода застосовується звичайна теорія стержнів, заснована на гіпотезі плоских перетинів. Залишковий напружений стан рахується одноосьовим.

Прогин виникає як наслідок порушення рівноваги внутрішніх напружень у зразку, через видалення поверхневих шарів матеріалу, тобто порушення рівностей (4.1) і (4.2).

(4.1)

(4.2)

Розрахунок залишкових напружень проводиться за формулою:

, МПа (4.3)

де σ₁ – напруження від вирізки зразка;

σ₂ – напруження від зняття поточного шару;

σ₃ – напруження від зняття попередніх шарів.

Напруження σ₁ у практичних розрахунках не

враховується.

Значення σ₂ може бути визначене за формулою (4.4):

, МПа (4.4)

де МПа – модуль пружності першого роду,

h – висота зразка, мм;

а – товщина усіх віддалених шарів, мм;

Lt – довжина поліруємої частини зразка, мм;

- значення похідної функції прогину зразка на глибині а.

Значення σ₃ визначається за формулою (4.5)

,МПа (4.5)

де - функція прогину зразка, мм.

Дослідження проводиться за допомогою приладу ПІОН – 2 із записом прогину зразка за допомогою самописа.

Геометрія зразків для визначення залишкових напружень методом послідовного зняття поверхневих шарів матеріалу приведена на рис. 2.

Розміри зразка повинні знаходитись у пропорційній залежності 10:1:0,3. Схема приладу ПІОН – 4.2 приведена на рис. 4.3. Схема закріплення зразка та виміру його деформації наведена на рис. 4.4.

Рисунок 4.2 – Зразок для дослідження залишкових напружень першого роду методом послідовного зняття тонких шарів метала

Глибина знятого шару визначається часом електрополірування та величиною сили струму. Товщина знятого шару визначається за формулою (4.6):

,мм; (4.6)

де Q₁, Q₂ – маса зразка до і після електрополірування, г;

ρ – щільність матеріалу, г/мм³;

В – ширина зразка, мм;

Lt – довжина частини зразка, що полірується.

Маса зразка до і після електрополірування визначається за допомогою аналітичних терезів типа АДВ – 200 із точністю 0,001г.

Для захисту поверхні зразків що не піддається

електрополіруванню вони покриваються захисним лаком.

Величина прогину зразка за допомогою мехатрона перетворюється у електричний сигнал, що записується на діаграмній стрічці самописа.

Приклад діаграмної стрічки з записаною кривою прогину зразка наведений на рис. 4.5.

Вісь У являє собою прогин консольної частини зразка, вісь Х – час процесу електрополірування. Коефіцієнти збільшення:

за віссю У – 3000 діаграмних клітин/мкм;

за віссю Х – 96 діаграмних клітин/час.

Рисунок 4.3 – Схема приладу ПІОН – 2

Рисунок 4.4 – Схема закріплення та виміру деформації зразка

Рисунок 4.5 – Крива деформації зразка

Варіанти завдань приведені у додатку Б.

Для визначення залишкових напружень необхідно підготувати вихідні данні для ЕОМ:

1. Задати на кривій прогину точку “0” (точка 0 на рис. 4.5).

Звичайно “0” вибирається на відстані 2 – 3 клітини від початку кривої (точка 01 на рис. 4.5).

2. Визначити точки перегину кривої прогину і точки перетинання кривої з віссю Х. Відмітити їх точками 1, 2 тощо.

3. Закоординувати відзначені точки. Дані занести і табл. 4.1

Таблиця 4.1 – Координати точок перегину деформації

прогину (у клітинах діаграмної стрічки)

Номер точки	Координата за віссю Х	Координата за віссю У

Вихідні дані для зразка заносяться у табл. 4.2.

Для розрахунку на ЕОМ використовується програма OSN.

Таблиця 4.2 – Вихідні дані для розрахунку залишкових

напружень на ЕОМ

Довжина діаграмної стрічки, у клітинах
Довжина електрополіруємої частини Lt, мм
Висота зрвзка h, мм
Маса зразка, г.	до полірування
після полірування
Модуль пружності матеріалу E, МПа

Оформлення звіту

Звіт повинен містити:

1. Найменування і мету роботи.

2. Стислі теоретичні зведення.

3. Ескіз робочої зони приладу ПІОН – 2 та схему виміру прогину зразка.

4. Таблицю координат опорних точок кривої прогину.

5. Таблицю вихідних даних для розрахунку напружень за допомогою ЕОМ.

6. Графік розподілу залишкових напруг за перетином зразка.

7. Роздруківку результатів роботи програми OSN.

8. Висновки.

У висновках необхідно зазначити знак напружень на поверхні зразка, глибину їх розповсюдження, метод обробки зразка, а також провести порівняння визначених залишкових напружень з межею текучості та тривкості матеріалу.

6. Контрольні запитання

1. Види залишкових напружень, чинники, що викликають їх появу.

2. Механізми утворення напружень розтягу і стиску у поверхневому шарі матеріалу деталей ГТД.

3. Вплив напруженого стану деталей ГТД на їх основні механічні властивості (межу витривалості, статичну тривкість, зносостійкість тощо).

4. Технологічні прийоми усунення напружень, розтягу і наведення у поверхневому шарі матеріалу напружень стиску.

5. Методи виміру залишкових напружень, можливості їх застосування, недоліки та переваги.

6. Метод послідовного видалення тонких поверхневих шарів матеріалу – теоретичні основи і практичне застосування.

Рекомендована література

1. Биргер И. А. Остаточные напряжения. М: Машгиз,. – 1963. – 245 с.

2. Рахмарова М. С., Мирер Я. Г. Влияние технологических факторов на надежность лопаток газовых турбин. – М.: Машиностроение, 1966. 222 с.

3. Богуслаев В. А., Яценко В. К., Притченко В. Ф. Технологическое обеспечение и прогнозирование несущих способности деталей ГТД. – К.: Манускрипт. 1993. 331 с.

4.Кудрявцев И. В. Внутренние напряжение как резерв прочности в машиностроении М.: Машгиз, 1951.

5. Сулиман А. С., Евстигнеев М. И. Качество поверхностного слоя и усталостная прочность деталей из жаропрочных и титановых сплавов М.: Машиностроение, - 240 с.

6. Трощенко В. Т. Несущая способность рабочих лопаток ГТД при вибрационных напряжениях. – К.: Наукова думка, 1981.

7. Трощенко В. Т. Циклические деформации и усталость металлов. – К.: Наукова думка, 1985.