Исследование влияния параметров упрочнения на циклическую прочность цементуемых деталей | Статья в журнале «Молодой ученый»

Авторы: ,

Рубрика: Технические науки

Опубликовано в Молодой учёный №2 (61) февраль 2014 г.

Дата публикации: 31.01.2014

Статья просмотрена: 66 раз

Библиографическое описание:

Динь Л. Д., Мамонтов В. А. Исследование влияния параметров упрочнения на циклическую прочность цементуемых деталей // Молодой ученый. — 2014. — №2. — С. 134-137. — URL https://moluch.ru/archive/61/9157/ (дата обращения: 18.10.2018).

Одним из основных методов повышения надежности и долговечности ответственных судовых деталей является цементация. Основными параметрами, определяющими упрочнение, являются глубина упрочненного слоя, величина твердости и остаточных напряжений и их распределение по сечению детали. На практике существуют разнообразные мнения о их влиянии на циклическую прочность деталей. Поэтому целью работы является выявление влияния каждого параметра упрочнения на сопротивление усталости цементуемых деталей.

Описание: C:\Users\Лок\Desktop\Новый Текст диссертации\рисунки\схема упрочнения\слой 1,2 мм 1,6.png

Рис. 1. Схема определения эффекта упрочнения образцов диаметра 10 мм при цементации: 1- эпюра твердости и пределов выносливости без учета влияния остаточных напряжений; 2- эпюра предельных амплитуд напряжений с учетом влияния остаточных напряжений; 3- эпюра предельных рабочих напряжений (эпюры выражены в относительных единицах по отношению к соответствующим свойствам в сердцевине)

Объектом исследования является круглые образцы диаметра 10 мм с выточками, изготовленные из высококачественной стали 12ХН3А. Для изучения влияния глубины слоя образцы цементуются на различную глубину в диапазоне 0,4…1,6 мм, твердость поверхности которых является постоянной и составляет HRC 60…62. Изучение влияния твердости поверхности проведено на образцах, цементуемых на постоянную глубину 1,1…1,2 мм, твердость поверхности которых находится в диапазоне HRC 55…63. Как известно, остаточные напряжения являются не контролируемыми, то в технологическом процессе их влияние на предел выносливости не исследовалось.

Для исследования использована теория, предложенная профессором В. П. Когаевым, и основанная на анализе взаимного расположения эпюр изменения по сечению деталей твердости, остаточных и рабочих изгибных напряжений [1, с.124]. Пример схемы определения эффекта упрочнения приведен на рисунке 1.

Для определения распределения микротвердости по сечению образца были изготовлены микрошлифы. Микротвердость измерена на микротвердомере ПМТ-3 при нагрузке 100г с шагом 0,05мм и затем — 0,1мм. В качестве основной схемы измерения принята схема 3х3, согласно которой на каждой глубине наносятся три повторные отпечатка, каждый из которых измеряется три раза. Выбор этой схемы обусловливает уменьшению случайных ошибок. В работе Г. О. Нейля [2, с.68] кривые распределения пределов выносливости (без учета влияния остаточных напряжений) построены по кривым распределения твердости в предположении, что , где  соответственно предел выносливости и микротвердость образца, подвергнутого цементации;  тоже, для образца из исходного металла.

Для определения распределения остаточных напряжений использован прибор СИТОН. Принцип работы прибора основан на корреляции между интегральными электрическими и механическими характеристиками металлов и сплавов (формула 1):

,                                                                               (1)

где: e — заряд электрона, Кл;

m — масса покоя электрона, кг;

n0 — число электронов проводимости в единице объема;

Е — напряженность поля, В/м;

k — постоянная Больцмана, Дж/К;

Т — абсолютная температура, К;

VT — скорость теплового движения электронов, м/c;

N0 — число атомов в единице объема;

d — период кристаллической решетки, м.

Под действием изменения механических напряжений Δσ изменяется период решетки металла на величину Δd. В зоне упругих деформаций это изменение можно считать пропорциональным механическому напряжению. В соответствии с (1) изменение электропроводности Δγ также пропорциональны средним механическим напряжениям Δσ по формуле:

,                                                                                                            (2)

где: Kσ — экспериментально определяемый коэффициент, характеризующий свойства материала.

Изгибные рабочие напряжения определены методом конечных элементов по программе FEMAP. Схема расчета изгибных напряжений в опасном сечении образца показана на рисунке 2.

Рис. 2. Схема расчета изгибных напряжений в опасном сечении образца диаметра 10 мм.

В результате построены кривые зависимости эффекта упрочнения от глубины и твердости поверхности (рисунки 3 и 4).

В результате исследования сделаны следующие выводы:

-          эффект упрочнения повышается при увеличении глубины слоя до 1…1,2 мм (отношение к радиусу образца h/R =0,2…0,24), дальнейшее увеличение приводит к его снижению.

-          эффект упрочнения увеличивается прямолинейно пропорционально увеличению твердости. Однако при этом повышается хрупкость материала, поэтому величина твердости поверхности должна быть ограничена и равна HRC 60…62.

Описание: C:\Users\Лок\Desktop\статьтя 6\1.png

Рис. 3. Зависимость эффекта упрочения от глубины слоя

Рис. 4. Зависимость эффекта упрочнения от твердости поверхности

Результаты исследования могут быть использованы при разработке технологического процесса изготовления цементуемых деталей.

Литература:

1.                  Когаев В. П. Расчеты на прочность при напряжениях, переменных во времени. -М.: Машиностроение, 1977г.-232с.

2.                  Марковец М. П. Определение механических свойств металлов по твердости. –М.: Машиностроение, 1979г.-191с.

Основные термины (генерируются автоматически): HRC, напряжение, твердость поверхности, предел выносливости, учет влияния, эффект упрочнения, FEMAP, единица объема, схема расчета.


Похожие статьи

Разработка методики определения параметров упрочнения...

Ключевые слова: эффект упрочнения, напряжение, глубина упрочненного слоя, твердость, предел выносливости, судовые технические средства.

Изгибные рабочие напряжения определены методом конечных элементов по программе FEMAP (рис. 3).

Критерии оценки многоцикловой механической выносливости при...

Экспериментальная база предела выносливости при пульсирующем цикле отсутствует, а определить

Рис. 2 Направление главных напряжений на свободной поверхности.

Методы расчета на усталость элементов авиационных конструкций при многоосном нагружении.

Учет влияния изменения механических свойств свежезакаленных...

Ермолаева В. В., Ермолаев В. И., Исрафилов Н. А., Арбузов А. В. Учет влияния изменения механических

Так же разработана система автоматизированного проектирования и расчета

На рис.1 приводятся типовые схемы упрочнения (изменения механических параметров)...

Влияние механической прочности и остаточных напряжений на...

Схема трещины в деформируемом твердом теле изображена на рис. 2.

Влияние остаточных напряжений на керамических связках в абразивных кругах на режимы обработки при

Совершенствование расчета касательных напряжений в дорожных конструкциях.

Оценка механических свойств металла по твердости при...

Ключевые слова: стальные газопроводы, деформационное старение, временное сопротивление, предел текучести, твердость, методы измерения, анализ.

В связи с этим практический интерес представляют оценочные (предельные) значения твердости поверхности металла...

Влияние метода гидродробеструйного упрочнения на повышение...

При ППД достигаемый эффект упрочнения деталей проявляется

Сжимающие остаточные напряжения повышают величину выносливости в несколько раз, а также долговечность.

Рис. 1Схема объемной разбивки МКЭ цилиндровой втулки с КЭ в виде тетраэдра.

Влияние остаточных напряжений на керамических связках...

Исследовано влияние зернистости, твердости на образование остаточных напряжений.

Эффект упрочнения достигается тем, что возникает натяг, т. к. коэффициент термического расширения

Совершенствование расчета касательных напряжений в дорожных конструкциях.

Эффективный способ упрочнения обработки поверхностного...

При этом инерционные силы не оказывают существенного влияния на поверхностного

‒ в процессе ультразвуковой обработки вследствие относительно больших напряжений и

Рис. 1. Схема ультразвукового упрочнения: Р — ударная сила; Рст — статическая сила; А...

Обсуждение

Социальные комментарии Cackle

Похожие статьи

Разработка методики определения параметров упрочнения...

Ключевые слова: эффект упрочнения, напряжение, глубина упрочненного слоя, твердость, предел выносливости, судовые технические средства.

Изгибные рабочие напряжения определены методом конечных элементов по программе FEMAP (рис. 3).

Критерии оценки многоцикловой механической выносливости при...

Экспериментальная база предела выносливости при пульсирующем цикле отсутствует, а определить

Рис. 2 Направление главных напряжений на свободной поверхности.

Методы расчета на усталость элементов авиационных конструкций при многоосном нагружении.

Учет влияния изменения механических свойств свежезакаленных...

Ермолаева В. В., Ермолаев В. И., Исрафилов Н. А., Арбузов А. В. Учет влияния изменения механических

Так же разработана система автоматизированного проектирования и расчета

На рис.1 приводятся типовые схемы упрочнения (изменения механических параметров)...

Влияние механической прочности и остаточных напряжений на...

Схема трещины в деформируемом твердом теле изображена на рис. 2.

Влияние остаточных напряжений на керамических связках в абразивных кругах на режимы обработки при

Совершенствование расчета касательных напряжений в дорожных конструкциях.

Оценка механических свойств металла по твердости при...

Ключевые слова: стальные газопроводы, деформационное старение, временное сопротивление, предел текучести, твердость, методы измерения, анализ.

В связи с этим практический интерес представляют оценочные (предельные) значения твердости поверхности металла...

Влияние метода гидродробеструйного упрочнения на повышение...

При ППД достигаемый эффект упрочнения деталей проявляется

Сжимающие остаточные напряжения повышают величину выносливости в несколько раз, а также долговечность.

Рис. 1Схема объемной разбивки МКЭ цилиндровой втулки с КЭ в виде тетраэдра.

Влияние остаточных напряжений на керамических связках...

Исследовано влияние зернистости, твердости на образование остаточных напряжений.

Эффект упрочнения достигается тем, что возникает натяг, т. к. коэффициент термического расширения

Совершенствование расчета касательных напряжений в дорожных конструкциях.

Эффективный способ упрочнения обработки поверхностного...

При этом инерционные силы не оказывают существенного влияния на поверхностного

‒ в процессе ультразвуковой обработки вследствие относительно больших напряжений и

Рис. 1. Схема ультразвукового упрочнения: Р — ударная сила; Рст — статическая сила; А...

Задать вопрос