ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 12.04.2020
Просмотров: 4256
Скачиваний: 3
напряжений или поверхностных дефектов (царапин, забоин, местного наклепа), являющихся очагами развития усталостных трещин, требуется выбор поверхностного пластического деформирования (ППД) поверхности путем искусственного создания начальных остаточных напряжений сжатия.
Определение начальных остаточных напряжений на поверхности высоконагруженных деталей сложной конфигурации (цилиндровая втулка, шатун, коленчатый вал и др.) современных форсированных дизелей представляет весьма сложную задачу. По этой причине при расчете различных конструкций на усталостную прочность учитываются только статические и динамические нагрузки, а запасы усталостной прочности без начальных остаточных напряжений оказываются заниженными. Для повышения запаса усталостной прочности вводится усредненное значение начальных остаточных напряжений. При этом последние значения, суммируясь, например, с динамическими напряжениями от внешних нагрузок, могут превысить предел текучести, вызывая коробление деталей и появление усталостных трещин. Известен метод динамического нагружения отливок для стабилизации размеров путем принудительной вибрации [51]. При этом в отливке возникают затухающие колебания, создающие дополнительные напряжения в материале детали. Так как вибрационная обработка способствует уменьшению коробления детали, считается, что она вызывает резкое снижение начальных остаточных напряжений, имевшихся в отливке. В способе вибрационного старения, включающем вибрационную обработку [36], эффективность вибрационного старения определяется степенью пластической деформации металла, которая зависит от прикладываемой нагрузки при вибрации, определяемой значением и местом приложения вынуждающей силы, создаваемой вибровозбудителем, а также геометрической формы детали. Недостатком известных способов стабилизации остаточных напряжений [36, 51] является их невысокая эксплутационная надежность, обусловленная высоким уровнем начальных
79
остаточных напряжений как после механической обработки, литья, штамповки, так и после стабилизации их различными способами. Отличительным признаком технологического метода ППД - ультразвуковой обработки является повышение эксплутационной надежности детали путем релаксации начальных остаточных напряжений вибрационным старением за счет ультразвуковых колебаний.
Разумеется, выбор ультразвукового метода ППД высоконагруженных деталей транспортных дизелей можно ускорить при практической реализации быстрого и относительно точного метода определения величины и установления характера распределения начальных остаточных напряжений способа измерения магнитоупругости материала, теоретическое обоснование которого базируется на анализе взаимодействия переменного магнитного поля с контролируемой деталью. Изменение магнитных характеристик на поверхности последней от величины начальных остаточных напряжений вызывает изменение сигнала измерительных обмоток датчика. Процесс намагничивания и перемагничивания ферромагнитного материала (стали, чугуна и др.) сопровождается гистерезисными явлениями (рис. 4.8), обусловленными тем, что на циклическую пластическую деформацию конструкции затрачивается определенная энергия с образованием петли гистерезиса.
80
Рис. 4.8 Кривая намагничивания ферромагнитных материалов деталей (петля гистерезиса).
Площадь петли гистерезиса, пропорциональная энергии, затрачиваемой на один цикл на пластическую деформацию детали, характеризует рассеивание энергии в материале при циклическом нагружении.
Изучение зависимости петли гистерезиса от уровня амплитуды начальных остаточных напряжений, числа циклов, состояния материала и других факторов позволяет глубже понять механизм усталостного разрушения и создает предпосылки для разработки энергетических трактовок закономерностей усталостного разрушения. Анализ петли гистерезиса позволил профессору Баркхаузену в 1919 г. доказать, что процесс намагничивания, описываемый законом гистерезиса, не является непрерывным, имеет скачкообразный характер, который возникает в результате суперпозиции большого количества малых по амплитуде воздействий, генерируемых в процессе перемагничивания областей, содержащихся в ферромагнитном материале детали.
От сложения электрических импульсов как параметров скачков кривой
00
О
|
*• < |
S, |
|
(■■■JK* |
р |
|
—\ |
|
|
Ш |
'--* |
|
|
j*~ |
..4
81
намагничивания (петли гистерезиса) регистрируется шумоподобный сигнал Баркхаузена. Указанный эффект объясняется тем, что распространяющееся в объеме материала электрическое поле, возникшее в результате скачков, взаимодействует с вихревыми токами Фуко, которые оказывают на указанное поле шумового сигнала демпфирующие воздействие. В результате последнего в материалах с положительной магнитной анизотропией (например, в стали) начальные остаточные напряжения сжатия уменьшают интенсивность шумового сигнала Баркхаузена, а растягивающие начальные остаточные напряжения увеличивают амплитуду шумового сигнала.
Указанное свойство используется для определения начальных остаточных напряжений по результатам изменения интенсивности шумового сигнала Баркхаузена. Кроме того, изменения шумового сигнала позволяет определить эпюру (направление) распределения начальных остаточных напряжений.
Особенностью непрерывного уменьшения шумов Баркхаузена является возрастание твердости материала детали. При намагничивании детали, вблизи поверхности которой имеется дефект, в области последнего происходит резкое изменение градиента напряженности (пространственного изменения напряженности магнитного поля), что используется как первичный информативный материал для выявления дефектов. Динамические процессы - усталость и ползучесть металла - характеризуется, в первую очередь, изменением начальных остаточных напряжений и легко могут контролироваться посредством метода изменения магнитоупругости материала.
Степень стабилизации начальных остаточных напряжений после ППД деталей оценивают по прибору «Стресскан 500» (США, Финляндия) рис. 4.9.