12.5. Влияние качества обработки поверхности

В большинстве деталей усталостное разрушение начинается с поверхности. Поэтому состояние поверхности существенным образом влияет на предел выносливости и в еще большей степени скалывается на долговечности детали.

Особенности, связанные с обработкой поверхности, учитывают при расчетах на усталостную прочность введением коэффициента качества поверхности

где - предел выносливости для серии образцов, имеющих шероховатость, измеряемую в микрометрах по - предел выносливости тщательно полированных образцов. Шероховатость 12 мкм примерно соответствует тонкой обточке образца на токарном станке.

На рис. 12.22 приведены ориентировочные значения коэффициентов качества поверхности различных сталей в зависимости от временного сопротивления. Коэффициент для полированных образцов можно считать равным единице.

Токарная обточка алюминиевых образцов дает магниевых - Очень чувствительны к качеству обработки поверхности титановые сплавы.

Рис. 12.22

Рис. 12.23

Снижение предела выносливости титановых точеных образцов по сравнению со шлифованными составляет при нормальной температуре примерно 33 %.

Большое влияние на предел выносливости окалывает коррозия. На рис. 12.23 показано снижение коэффициента в зависимости от временного сопротивления стали при различной выдержке в условиях коррозии до испытания на усталость.

Все это - примеры негативного влияния поверхностной обработки по сравнению с полировкой. Теперь следует поговорить о специальной обработке, повышающей предел выносливости.

В промышленности уже давно и весьма широко применяют методы поверхностного упрочнения деталей, работающих в условиях циклических напряжений (рессоры и полуоси автомашин, зубья шестерен, винтовые клапанные пружины и пр.). Эта специальная поверхностная обработка не преследует целей общего изменения прочностных показателей металла. Речь идет именно об усталостном упрочнении, часто в сочетании с требованиями износостойкости. К числу таких методов, применяемых в различных сочетаниях, относятся химикотермические (азотирование, цементация), поверхностная закалка токами высокой частоты и наклеп поверхностного слоя обкаткой роликами или обдувом дробью.

Поверхностная обработка создает двоякий эффект. Во-первых, повышается прочность поверхностного слоя, но сохраняется вязкость нижележащих слоев, а во-вторых, в поверхностном слое создаются остаточные сжимающие напряжения, препятствующие образованию трещины. В результате обработки предел выносливости в оптимальных случаях может увеличиться в несколько раз, а долговечность детали - в десятки раз. Причем наибольший эффект поверхностная обработка дает для деталей, имеющих заметную концентрацию напряжений.

В табл. 12.2 приведены ориентировочные данные для углеродистых и легированных конструкционных сталей, характеризующие эффект поверхностного упрочения. Он характеризуется коэффициентом

Таблица 12.2. (см. скан) Значение для углеродистых и легированных сталей