Анотація:Проаналізовано причини, що впливають на втомне пошкодження металевих деталей. Експериментально було встановлено, що пошкодження металевих частин, що піддаються динамічним навантаженням, викликано двома умовами: зносом і втомою. На цій основі запропоновано шість заходів для підвищення втомної міцності.
Ключові слова:металеві частини; стрес; втома; міра
1. Причини, що впливають на втомне пошкодження металевих деталей
Втомне пошкодження деталей в основному виникає в точках високої концентрації напружень. Як правило, під дією змінної напруги мікротріщини утворюються після багаторазових пластичних деформацій матеріалу. Ці мікротріщини є початковими причинами втомного пошкодження деталей. Загалом існує дві причини пошкодження металевих частин, що піддаються динамічним навантаженням: знос і втома. Змішувальні манжети, відкриті редуктори, підшипники та підйомні барабани бетономішалок піддаються різним змінним навантаженням, які можуть викликати втому та знос різного ступеня. Згідно зі статистичними даними, близько 80% руйнувань деталей викликано втомою матеріалу, і опір втомі деталей має велике значення для їх терміну служби. Причини втоми дуже різноманітні. Тому необхідно розуміти виникнення втоми та проводити своєчасне та розумне наукове лікування для подальшого покращення опору втоми деталей.
1.1 Умови праці
1.1.1 Вплив змінної частоти стресу
Відповідно до експерименту, якщо частота змінного напруження перевищує 104 разів/хв, то межа втоми матеріалу деталі зростає зі збільшенням частоти. Для деталей, які зазвичай працюють із змінними частотами навантажень у діапазоні 3000-10000 циклів/хв, змінна частота не має істотного впливу на межу втоми матеріалу. Однак, коли змінна частота менше 60 разів/хв, межа втоми матеріалу фактично знижується.
Під дією змінної напруги деталь повинна пройти певну кількість циклів напруги, перш ніж відбудеться втомне руйнування. Чим більше максимальне змінне значення напруги в циклі напруги за однакових циклічних характеристик, тим меншій кількості циклів піддасться деталь, перш ніж відбудеться пошкодження; Навпаки, чим менше максимальне змінне значення напруги в циклі напруги за однакових циклічних характеристик, тим більше циклів пройде деталь, перш ніж відбудеться пошкодження. Нижче критичного значення, нижчого від максимального напруження, деталь може зазнавати кількох циклів навантаження без втомного руйнування, яке часто називають межею витривалості матеріалу або межею втоми.
1.1.2 Вплив перевантаження та вторинного навантаження
У машинобудівних машинах багато частин часто працюють у стані, що перевищує межу втоми протягом короткого періоду часу, наприклад, раптовий запуск потужних барабанів, раптове навантаження змішувачів, раптове навантаження передач і випадкове перевантаження. Межа перевантаження, як правило, використовується для вимірювання впливу перевищення межі втоми на втомне пошкодження.
Межа пошкодження матеріалів від перевантаження визначається експериментально. По-перше, отримайте повну криву втоми та визначте межу втоми σ{{0}}. Потім використовуйте зразок, щоб виміряти будь-яке значення, що перевищує σ. Виконайте випробування на втому при напрузі, що дорівнює 1. Після певної кількості циклів попрацюйте з граничним напруженням утоми та спостерігайте, чи впливає це на довговічність утоми N0. Якщо це не впливає на термін служби, це означає, що змінне навантаження не спричинило пошкодження. Як показано на малюнку 1, за кожного навантаження від перевантаження межа пошкодження від перевантаження визначається шляхом пошуку точок a, b, c тощо, які починають показувати пошкодження після різних циклів N, і з’єднання точок a, b, c тощо.
Зона пошкодження від перевантаження відноситься до кількості циклів під перевантаженням, які потрапляють у цю зону, що може спричинити зниження довговічності деталі від втоми. Отже, чим вужча зона, тим сильніше здатність матеріалу протистояти перевантаженням.
Діагональна лінія на кривій втоми називається значенням стійкості до перевантаження, яке представляє максимальну кількість циклів навантаження, які можна витримати до руйнування під напругою, що перевищує межу втоми. Чим крутіша лінія, тим більше циклів напруги вона може витримати при однаковому перевантаженні, що вказує на вищу здатність протистояти перевантаженню. За допомогою експериментів було виявлено, що межа втоми металів збільшується після роботи нижче або близько межі втоми протягом певної кількості разів, і це явище називається вправою під навантаженням. Таким чином, коли зібрані компоненти або вузли працюють протягом певного періоду часу без навантаження або без повного навантаження, з одного боку, це може покращити обкатку різних рухомих частин, і в той же час, це може покращити стійкість до втоми деталей і подовжити термін їх служби.
Малюнок 1 Межа ушкодження від перевантаження
1.1.3 Вплив температури використання
При підвищенні температури знижується здатність металу протистояти деформації, що робить його схильним до утворення втомних тріщин і призводить до зниження межі втоми матеріалу. Навпаки, при зниженні температури межа втоми матеріалу підвищується.
1.1.4 Вплив навколишнього середовища
Загалом, робоче середовище, яке впливає на механічні компоненти, можна умовно розділити на дві категорії: агресивні середовища (водні розчини, що містять кислоти, луги, солі тощо, вологі тощо, такі як робоче середовище міксерів) та активні середовища ( активні середовища, які мають адсорбційну дію на поверхні, але не мають корозійної дії, такі як мастило та моторне масло, що містять невелику кількість жирних кислот). Коли деталі працюють у корозійних середовищах, металеві корозійні речовини легко впроваджуються в деталі, спричиняючи концентрацію напруги та знижуючи межу втоми.
1.2 Вплив поверхневих і розмірних факторів на деталі
З аналізу процесу втоми можна побачити, що нерівномірне ковзання металів під впливом змінних навантажень в основному зосереджено на поверхні металу, де схильні до появи втомних тріщин, що впливає на межу втоми. Пошкодження (сліди від ножа, позначки тощо) і шорсткість на поверхні деталей можуть викликати концентрацію напружень, що призводить до зниження межі втоми. Чим вище шорсткість поверхні одного і того ж матеріалу, тим вище якість обробки поверхні, тим менше концентрація напружень на поверхні металу і тим вище межа втоми.
1.3 Вплив ефекту обробки зміцнення поверхні
Через те, що поверхня деталі є місцем, де схильні до появи втомних тріщин, а також є місцем, де відбувається концентрація напружень, коли деталь піддається знакозмінним навантаженням на згин або кручення. Тому обробка поверхні деталей має велике значення для підвищення межі поверхневої втоми. Зазвичай використовувані методи обробки поверхні включають поверхневу холодну деформацію (дробнеструйне оброблення, прокатка, полірування прокаткою тощо), термічну обробку поверхні (науглерожування поверхні, азотування, ціанідування, поверхневе високочастотне або полум’яне гасіння тощо), поверхневе покриття та покриття , і т.д. Шляхом поверхневої обробки деталей можна покращити міцність поверхневого шару, змінити розподіл поверхневої напруги, на поверхні можна створити залишкову напругу, тим самим зменшивши напругу розтягування на поверхні під змінними навантаженнями, запобігаючи поширення втомних тріщин і, зрештою, підвищення його здатності протистояти межі втоми.
1.4 Вплив структури сплаву
(1) Коли вуглець присутній у твердому розчині металу (сталі), його межа втоми знижується зі збільшенням вмісту вуглецю, наприклад високо- та середньовуглецевого загартованого мартенситу або низькотемпературного відпущеного мартенситу.
(2) Металографічна структура.
A. Розмір зерна. Подрібнення розміру зерна може зменшити ступінь нерівномірного ковзання при змінних навантаженнях, затримати утворення ядер втомних тріщин, тобто межі зерен є перешкодою для поширення втомної тріщини. Таким чином, уточнення розміру зерна може подовжити термін служби втоми.
B. Організаційний тип. Межа втоми різних матеріалів різна, особливо після термічної обробки, наприклад, межа втоми відпущеного мартенситу σ- 1. Найвищий, загартований мартенсит не такий хороший, як мартенсит, а високотемпературний відпущений мартенсит σ- 1 нижчий, ніж мартенсит і мартенсит.
(3) Наявність сміття. Неметалічні домішки в металевих матеріалах схильні до утворення втомних тріщин, що призводить до зниження межі втоми.
Напрямок металевих волокон. Співвідношення напрямку між лінією потоку компонента та головною напругою має значний вплив на межу втоми. Коли напрямок обтічної форми формованої деталі паралельний напрямку основної напруги, її межа втоми вища, ніж коли вони перпендикулярні. Зі збільшенням міцності матеріалу ця різниця також стає більшою.
2. Заходи підвищення втомної міцності металевих деталей
Для того, щоб покращити стійкість до втоми механічних компонентів і науково боротися з уявою втоми в металевих частинах своєчасно та розумно, дуже корисно покращити термін служби механічних виробів і продуктивність будівельного обладнання. Тому для підвищення опору втоми металевих компонентів вживаються такі заходи.
(1) Виберіть відповідні матеріали та зовнішні розміри на основі робочого середовища та частоти деталей.
(2) Зведіть до мінімуму роботу частин у зонах перевантаження, наскільки це можливо.
(3) Деталі повинні пройти тренування з вторинним навантаженням, щоб підвищити їх межу втоми.
(4) Слід уникати пошкодження поверхні деталей, слід покращити шорсткість поверхні деталей і зменшити концентрацію напруги.
(5) За необхідності зміцніть поверхню деталей, щоб зменшити можливість появи втомних тріщин.
(6) Розумний вибір матеріалів і відповідна металографічна обробка можуть покращити загальну межу стійкості до втоми деталей.
2024 3 березнятиждень ВБМ ПРекомендація продукту:
Нестандартна обробка металевих деталей:
Henan Weichuang може надати послуги OEM та ODM. Ми можемо налаштувати нестандартні металеві деталі відповідно до креслень, наданих нашими клієнтами, а також надати найгнучкіші продукти, які ви хочете.
Механічна обробка нестандартних точних деталей відбувається тому, що країна не встановила відповідних стандартних специфікацій, немає відповідного регулювання параметрів, а інші аксесуари вільно контролюються та обробляються підприємством. Існує безліч різновидів нестандартних деталей.
Металеві нестандартні деталі: Замовник надає креслення, а виробник на обладнанні виготовляє відповідні вироби за кресленнями. Зазвичай використовується більшість форм. Вимоги щодо допуску та оздоблення вказуються замовником, і немає певної парадигми. Виріб від лиття до обробки повністю потребує відповідного контролю якості, процес складний і змінний, а вартість, як правило, вища, ніж у стандартних деталей.