Видеокурс по SIMATIC STEP 7


Определение остаточных напряжений

Определение остаточных напряжений
Основными методами определения остаточных напряжений являются механические и рентгеновские. Весьма перспективными для промышленного применения являются электрофизические методы, при которых остаточные напряжения определяются по изменению электромагнитных свойств поверхностного слоя.

Механические методы определения остаточных напряжений получили наибольшее распространение не только из-за своей простоты, но и вследствие того, что в них используются такие же представления о напряжениях и деформациях механики твердого тела, как и при расчетах деталей на прочность, жесткость и устойчивость.

Механические методы основаны на предположении, что при разрезке или удалении части детали с остаточными напряжениями у оставшейся части детали на вновь образовавшихся поверхностях имеют место эквивалентные напряжения, обратные по знаку удаленным. Эти обратные напряжения вызывают деформацию детали. Измерив возникшие деформации, можно вычислить остаточные напряжения.

В частности, механический метод определения остаточных напряжений I рода в поверхностном слое сплошного цилиндрического стержня основан на измерении деформации, возникающей при постепенном стравливании металла по его полуцилиндрической поверхности (метод Н. Н. Давиденкова). Перед травлением образцы обезжиривают ацетоном и покрывают химически стойким лаком таким образом, чтобы осталась непокрытой цилиндрическая поверхность, с которой стравливается поверхностный слой.

Одностороннее травление стержня нарушает равновесное состояние металла и вызывает его деформацию. При этом допускается, что осевые остаточные напряжения постоянны по длине стержня и симметричны относительно его оси. Травление, производится на специальном приборе. Образец помещается в ванну с электролитом. К образцу-аноду и катоду (цинковая пластина) подводится постоянный ток. При прохождении постоянного тока от анода через электролит к катоду происходит электролитическое травление поверхностного слоя образца. В качестве регистрирующего прибора используются индикаторы часового типа. В процессе травления через определенные промежутки времени производится запись показаний индикатора — прогиб образца f. Прогиб считается положительным, если он направлен в сторону снятого слоя, и отрицательным, если он направлен в обратную сторону.

После окончания травления с образца снимается лак, поверхность протирается ацетоном. Образец взвешивается, и определяется величина снятого слоя по формуле:



где R — радиус образца до травления; m2 — масса образца до травления; m1 — масса образца после травления.

Зная величину снятого слоя и время травления, можно определить скорость травления.
По известным значениям скорости травления и деформации образца подсчитываются остаточные напряжения в поверхностном слое цилиндрического стержня по формуле Биргера А. И.:



где Е — модуль упругости; d — диаметр стержня; l — длина стержня; f — прогиб стержня при стравливании слоя величиной а; а — величина стравливаемого слоя.

Микронапряжения (напряжения второго рода) исследуются рентгеновским методом. Рентгеновский метод определения остаточных напряжений позволяет непосредственно измерять деформации кристаллической решетки при воздействии напряжений. Основное преимущество рентгеновского метода состоит в том, что остаточные напряжения определяются без разрушения детали. Метод может быть использован не только для исследования, но и для контроля технологического процесса. Рентгеновский метод не лишен недостатков: напряжения определяются только в поверхностном слое, точность определения сравнительно невысока. Однако возможность определения остаточных напряжений без разрушения детали делает рентгеновский метод чрезвычайно перспективным. Этот метод основан на определении расстояния между кристаллографическими плоскостями с помощью измерения угла отражения луча. При таком рассеянии и происходит интерференция лучей, в результате которой только в определенных направлениях интенсивность лучей увеличивается, тогда как в других направлениях ослабляется.

Одна из схем определения остаточных напряжений: монохроматический рентгеновский луч направляют узким пучком на исследуемую поверхность металла, отраженные лучи фиксируются на рентгеновской пленке в виде кольцевого затемненного следа. Этот метод не является единственным.

Существует схема измерения угла отражения с помощью счетчика излучения. Рентгеновский луч отражается от поверхности металла, камера счетчика совершает периодическое колебательное движение, фиксируя интенсивность излучения для данного угла. Эта схема получает в последнее время все большее практическое применение. Используется прибор ионизационный дифрактометр УРС-50 ИМ.

Применяемые в технологии металлообработки методы можно условно разделить по доминирующему управляющему воздействию...

Пути улучшения качества поверхностного слоя деталей машин

Показатели качества поверхности могут быть улучшены путем применения как обычных методов, осуществляемых на оптимальных...

Целью коррозионных испытаний является определение долговечности данного металла в определенных условиях. Однако...