Руководство по остаточным напряжениям: Определение, типы и измерение | MachineMFG

Руководство по остаточным напряжениям: Определение, типы и измерение

0
(0)

Что такое остаточное напряжение

Начнем с формального определения остаточного напряжения:

Остаточное напряжение относится к воздействию и влиянию различных факторов в процессе производства. Когда эти факторы удаляются, а деталь не может полностью избавиться от их воздействия, остаточное воздействие и влияние называют остаточным напряжением.

Все еще немного непонятно? Давайте упростим.

Например, возьмем человека, который когда-то был худым и покупал джинсы размера L. Через год он набирает лишний вес. Когда он снова наденет джинсы, то почувствует, что они ему слишком тесны, так как он прибавил в весе, но размер джинсов не изменился.

В этот момент между телом и брюками возникает сила, и если она слишком велика, брюки легко порвать. Эта разрушительная сила является примером остаточного напряжения.

С энергетической точки зрения, когда под действием внешней силы объект подвергается пластической деформации, в нем возникает внутренняя деформация, которая накапливает определенную энергию. Когда внешняя сила снимается, энергия с неравномерной внутреннее напряжение дистрибутив выпущен.

Если предмет не очень хрупкий, он будет деформироваться медленно, но если хрупкость высока, образуются трещины.

Влияние остаточного напряжения

Рис. 1 Влияние остаточного напряжения

Остаточные напряжения являются распространенной проблемой в машиностроении и возникают практически в каждом технологическом процессе.

Однако основные причины возникновения остаточных напряжений можно разделить на три основные категории:

  • Неравномерная пластическая деформация
  • Неравномерные изменения температуры
  • Неоднородные фазовые переходы.

Вред остаточного напряжения

Из классификации остаточных напряжений видно, что они могут вызывать медленную деформацию и изменять размеры объекта. Это может привести к неадекватным размерам обрабатываемых деталей, потере точности инструмента, растрескиванию или даже поломке литых или кованых заготовок.

Кроме того, остаточные напряжения оказывают значительное влияние на усталостная прочность, устойчивость к коррозии, стабильность размеров и срок службы объекта.

В процессе охлаждения из-за неравномерного охлаждения, вызванного неадекватными процессами, могут возникать остаточные термические напряжения, приводящие к разрушению отливки.

разрушение отливки во время охлаждения

Рис. 2 Разрушение отливки во время охлаждения

Во время термической обработки процесс закаливанияМатериал склонен к разрушению из-за мартенситного превращения переохлажденного аустенита.

разрушение металла при закалке

Рис. 3 Разрушение металла при закалке

Измерение остаточного напряжения

Методы измерения остаточных напряжений можно разделить на три категории: механические, химические и рентгеновские.

Mмеханический метод

Наиболее распространенным механическим методом является бурение метод, также известный как метод "слепого отверстия".

Схема метода бурения

Рис. 4 Схема метода бурения

метод бурения

Рисунок 5 Метод бурения

При методе сверления от объекта отрезается участок прутка или трубы, диаметр которого в три раза превышает диаметр объекта. В центре просверливается сквозное отверстие, а затем с помощью штанги или сверла с внутренней стороны снимается тонкий слой металла, причем каждое снятие составляет примерно 5% от площади поперечного сечения.

После удаления измеряется удлинение длины и диаметра образца. Строится кривая зависимости между этими значениями и площадью сечения скважины, а производная любой точки кривой рассчитывается для определения скорости изменения удлинения и сечения скважины. Затем можно получить значение остаточного напряжения, используя соответствующую формулу напряжения.

Cхимический метод

Химический метод включает в себя две концепции.

Одна из концепций предполагает погружение образца в подходящий раствор и измерение времени от начала коррозии до появления трещин, а затем определение остаточного напряжения на основе этого времени. В качестве растворов могут использоваться ртуть и ртутьсодержащие соли для оловянной бронзы и слабые основания и нитраты для стали.

Химический метод

Вторая концепция химического метода заключается в погружении образца в подходящий раствор и его регулярном взвешивании. Этот процесс создает кривую зависимости уменьшения веса от времени, которую затем можно сравнить со стандартной кривой для определения остаточного напряжения. Чем выше положение кривой, тем больше остаточное напряжение.

кривая взвешивания химического метода

Рис. 7 Кривая взвешивания химического метода

Рентгеновский метод

Рентгеновский метод предполагает использование рентгеновских лучей для проникновения в металлические детали, а метод Лауэ позволяет качественно определить остаточное напряжение, анализируя изменения формы пятен, вызванные интерференцией рентгеновских лучей.

Принцип рентгеновского метода

Рисунок 8 Принцип рентгеновского метода

При отсутствии остаточного напряжения интерференционные узоры выглядят как точки. С другой стороны, наличие остаточного напряжения приводит к тому, что интерференционные узоры удлиняются и напоминают форму "звезды".

результаты измерений по методу Лауэ

(a) остаточное напряжение отсутствует (b) остаточное напряжение существует

Рис. 9 Результаты измерений по методу Лауэ

Метод Дебая позволяет количественно определить остаточное напряжение, анализируя положение, ширину и интенсивность дифракционных линий на диаграмме Дебая.

схематическая диаграмма метода Дебая

(a) метод передачи (b) обратное отражение метод

Рис. 10 Схематическая диаграмма метода Дебая

Заверните его

Механический и химический методы считаются разрушающими, так как требуют взятия локального образца тестируемого объекта и приводят к необратимым повреждениям. Рентгеновский метод, напротив, является неразрушающим методом контроля, сохраняющим целостность объекта.

Механический метод особенно подходит для объектов в форме прутка или трубы и позволяет точно определить размер и распределение остаточного напряжения. С другой стороны, химический метод, который подходит для объектов проволочного и листового типа, дает только качественное суждение и затрудняет количественное определение.

Хотя рентгеновский метод является неразрушающим, он применим только к материалам, которые дают четкие и резкие дифракционные линии. Кроме того, ограниченная проекционная способность ограничивает его применение только для обнаружения остаточных напряжений вблизи поверхности объекта.

Устранение остаточных напряжений

Из-за потенциальной опасности, связанной с остаточным напряжением, очень важно иметь эффективные методы его устранения. Существует четыре широко используемых метода устранения: термообработка, статическая нагрузка под давлением, снятие вибрационных напряжений и механическая обработка.

Термическая обработка

Термообработка - это метод, использующий эффект термической релаксации остаточных напряжений для их уменьшения или устранения. Этот метод обычно включает в себя использование отжиг или закалки.

отжиг термическая обработка

Рис. 11 отжиг термообработка

статическая нагрузка

Статическое нагружение давлением предполагает изменение остаточных напряжений в заготовке путем пластической деформации, как в целом, так и в частичном или даже микромасштабе.

Например, после сварки большие сосуды под давлением могут подвергнуться "выпучиванию" - процессу, при котором на них оказывается давление изнутри, что приводит к небольшой пластической деформации в сварное соединение и снижение остаточного напряжения при сварке.

большой масляный бак после вспучивания

Рис. 12 Большой масляный резервуар после вспучивания

Vвибрация снятие стресса

Снятие вибрационных напряжений (VSR) - широко используемый метод устранения внутренних остаточных напряжений в инженерных материалах.

В этом методе заготовка подвергается вибрации, и если сумма остаточных внутренних напряжений и дополнительных вибрационных напряжений превышает предел прочности материала. предел текучестиЭто приводит к небольшой пластической деформации, тем самым ослабляя и уменьшая внутреннее напряжение в материале.

Система VSR с количественной оценкой натяжения

Рис. 13 Система VSR с количественной оценкой деформации

Mмеханическая обработка

Механическая обработка подразумевает снижение остаточного напряжения за счет небольшой пластической деформации на поверхности объекта. Этого можно достичь с помощью таких методов, как столкновение деталей друг с другом, обкатывание поверхности, вытяжка поверхности, определение размеров поверхности и тонкое прессование в пресс-форме.

Например, глажка является одним из примеров процесса, который эффективно устраняет остаточное напряжение.

ковка железа

Рис. 14 Ковка железа

Насколько публикация полезна?

Нажмите на звезду, чтобы оценить!

Средняя оценка 0 / 5. Количество оценок: 0

Оценок пока нет. Поставьте оценку первым.

Так как вы нашли эту публикацию полезной...

Подписывайтесь на нас в соцсетях!

Сожалеем, что вы поставили низкую оценку!

Позвольте нам стать лучше!

Расскажите, как нам стать лучше?

Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Прокрутить вверх