Деформации поверхностных

Необходимую степень выпуклости рассчитывают по величине упругой деформации поверхности под нагрузки'! с учетом возможных в системе перекосов или чаще экспериментально. Изготовляют несколько пробных деталей с различной степенью выпуклости, испытывают их под рабочей нагрузкой и по следам износа выбирают выпуклость, обеспечивающую наиболее благоприятное распределение нагрузки по поверхности. Обычно стрела выпуклости составляет несколько сотых миллиметра.

энергии соответственно на экваторе и на полюсе. Пусть деформации поверхности уровня моря по сравнению с ее шаровой формой радиуса /?з равны соответственно ?>экв и Опол. Так как U3K,(R3 +Ds,Ke)= и„оя (7?3 +ЬПОл), то-

Ламинарное течение жидкой пленки может сопровождаться волновым движением — рис. 12-4. Частицы жидкости, находящиеся на поверхности- пленки, под действием случайных возмущений могут получить смещение, приводящее к деформации поверхности и отклонению ее от равновесного состояния. При этом возникают силы, стремящиеся вернуть жидкость к равновесию. При стекании пленок большое значение имеет сила, обусловленная поверхностным натяжением жидкости. Под действием восстанавливающих сил жидкие частицы стремятся вернуться к положению равновесия. Однако по инерции они будут проходить положение равновесия, вновь испытывать действие восстановительных сил и т. д. На это движение накладывается действие сил тяжести [Л. 133]. В результате на поверхности пленки, подвергшейся случайному возмущению, будут возникать волны. Волновые движения, возникающие разновременно в различных местах от случайных возмущений, налагаясь друг на друга, привфшт к сложной трехмерной картине процесса. Ламинарно текущая пленка обладает неустойчивостью относительно возмущений с достаточной длиной волны (>б). При малых числах Рейнольдса возникающие в слое возмущения сносятся вниз по течению. Если же число Рейнольдса пленки больше некоторого предельного КеВОлн, то образуется устойчивый волновой режим.

Регистрация сигналов АЭ осуществляется по их уровню (величина) или по частотному составу их спектра. В обоих случаях осуществляется фильтрация поступающих сигналов для устранения помех и шумов от посторонних источников, например от зон контакта датчика с поверхностью, где он расположен и в результате деформации поверхности может иметь мезопере-

Рис. 11.3. Макролинии усталостного разрушения лопасти воздушного винта АВ-50 с очагом зарождения трещины недалеко от входной кромки, образованным из-за локальной пластической деформации поверхности лопасти

Qtjs — секущие коэффициенты матрицы жесткости SCFf — коэффициент концентрации напряжений, в волокнах SCFm — коэффициент концентрации напряжений в матрице Stj — коэффициенты матрицы податливости для однородного анизотропного слоя S — среднее квадратическое отклонение Ui — инварианты, являющиеся функциями (?,•/ U (у, z) — перемещения, вызывающие деформации поверхности, измеряемые методом Муара Vf — объемное содержание волокон V.V. — содержание пустот (%)

Согласно теории прочности Давиденкова — Фридмана природа разрушения двойственна: хрупкое разрушение от отрыва происходит под действием нормальных напряжений, вязкое — под действием касательных. Высокие напряжения, сопровождающиеся разрушением, могут возникнуть при ударе по абразиву в результате наложения падающей и отраженной волн. Разрушение абразивных зерен на поверхности контакта связано с интерференцией этих волн, поэтому создание теории напряженности контакта при ударе неразрывно связано с учетом упругой и пластической деформаций. Особые трудности возникают при аналитическом исследовании упругопластической деформации поверхности контакта при ударе: При напряжениях, превышающих предел упругости, местная деформация включает две составляющие— упругую и пластическую. Для упругой деформации справедлива приближенная зависимость Герца

На третьем участке зависимости, показанной на рис. 11, меняется не только износ, но и качественная картина изнашивания. Уменьшение износа на этом участке связано с увеличением фактической площади контакта соударяемых поверхностей благодаря значительной .пластической деформации поверхности изнашивания, что в конечном итоге вызывает увеличение диаметра образца в зоне контакта. В этом случае происходит изменение макро- и микрорельефа поверхности изнашивания; глубина лунок уменьшается, торец образца принимает вид расклепанной поверхности. Необходимо отметить, что не все материалы можно испытывать на ударно-абразивное изнашивание при большой энергии удара: материалы высокой твердости нельзя из-за их хрупкого разрушения, а вязкие — из-за интенсивной пластической деформации.

На рис. 82 показан микрорельеф поверхности изнашивания отожженной углеродистой стали. С увеличением содержания углерода в стали, а следовательно, с повышением ее твердости глубина лунок на поверхности изнашивания постепенно уменьшается. Поскольку все исследованные углеродистые стали в отожженном состоянии имеют низкую твердость и достаточно высокую пластичность, отрыв частиц металла с поверхности износа и образование собственно продуктов износа происходят в результате многократной локальной пластической деформации. Последняя сопровождается внедрением зерен абразива в изнашиваемую поверхность, вызывает интенсивный наклеп этой поверхности и отрыв отдельных фрагментов. Одновременно частицы износа образуются в результате среза отдельных объемов поверхностного слоя при оттеснении (сдвиге) металла этого слоя к ранее образованным лункам. Следы пластической деформации поверхности изнашивания хорошо видны при исследовании шлифов под микроскопом.

Увеличение содержания углерода в заэвтектоидных сталях снижает ее износостойкость в результате хрупкого выкрашивания, а уменьшение — снижает износостойкость вследствие значительной пластической деформации поверхности изнашивания. Наиболее существенно изменение содержания углерода в закаленной стали влияет на ее износостойкость при высоких значениях энергии удара. При небольших энергиях удара этот эффект можно вообще не обнаружить. Так, при испытании различных закаленных углеродистых сталей на машине УАМ не удалось обнаружить снижения износостойкости заэвтектоидных сталей. В этих опытах с увеличением содержания углерода наблюдалось непрерывное повышение износостойкости закаленных сталей. Такое несоответствие следует объяснить различными условиями испытаний. Например, при исследованиях, проведенных на машине У-1-АЛ, использовали образец диаметром 10 мм, т. е. с площадью в 25 раз большей, чем при испытаниях на машине УАМ. Общая энергия удара больше в 1250 раз, а энергия удара, приходящегося на единицу поверхности износа, — в 50 раз выше. Несоответствие результатов исследования износостойкости различных углеродистых сталей, полученных на машинах У-1-АЛ и УАМ, еще раз подчеркивает существенное вли-

Абразивная частица входит в зону контакта в точке С (рис. 29,а) расщепляется в точке Ci (рис. 29,а). Схематически процесс расщепления и дальнейшего движения частицы показан на рис. 29, б. После расщепления вновь образовавшиеся поверхности частицы входят в контакт с поверхностями зубьев. Острые края свежих поверхностей обеспечивают прочное сцепление осколков частицы с зубьями. Если осколок закрепляется на одно из зубьев, то на противоположном зубе вследствие пластической деформации поверхности он делает соответствующую канавку.

Влияние режимов работы подшипников на выбор посадок таково: чем больше нагрузка и чем сильнее толчки, тем посадки должны быть более плотными, так как тем больше упругие и остаточные деформации поверхностных слоев и упругие деформации самих колец; чем выше частоты вращения, тем посадки должны быть более свободными, так как при высоких частотах вращения, как правило, нагрузки меньше, температурные деформации больше, а зазоры в подшипниках должны выдерживаться точнее.

Механическая обработка материалов неизбежно вызывает упругую и пластическую деформации поверхностных слоев. Структурные особенности твердых тел хорошо описываются теорией дислокаций. В соответствии с этой теорией структура любого кристаллического тела представляет собой сложную систему блоков, фрагментов зерен и выходов отдельных групп дислокаций. Дислокационная структура конкретного кристаллического тела на его поверхности реализуется в виде тонкой системы впадин и выступов.

изменением закономерностей деформации поверхностных слоев.

При работе машины отказ деталей может возникнуть в результате их поломки, деформации, износа или пластической деформации поверхностных слоев, тепловых трещин, коррозии и т. д. (см, гл, 2, п. 3).

При решении контактной задачи необходимо знать не только исходные закономерности изнашивания материалов, но и законы деформации поверхностных слоев. Для большинства случаев зависимость контактного перемещения 6 от давления на поверхности р выражается степенной зависимостью

Таким образом, эпюра давлений при износе имеет гиперболический характер, в то время, как для неподвижного стыка из условия деформации поверхностных слоев она будет прямоугольной р = const (рис. 102). Гиперболический характер эпюры р у изношенного сопряжения означает, что поверхностные слои в зоне больших значений р будут подвергаться меньшей деформации. Поэтому при остановке дисков и снятии нагрузки (Р = 0) форма поверхности будет отличаться от плоскости (рис. 102, внизу). Эта форма такова, что и при статической нагрузке эпюра давлений должна подчиняться уравнению (93). Если считать, что контактные

областях, при этом могут образовываться как межкристаллит-ные, так и транскристаллитные трещины. Внешний вид излома зависит от многих факторов (рис. 28). Процесс усталости можно условно разделить на три периода (некоторые исследователи считают, что этих периодов больше —до пяти): накопление необратимых изменений в металле под влиянием пластической деформации поверхностных микрообъемов; развитие необратимых повреждений в трещины усталости; рост трещин усталости. Развитие одной из трещин усталости приводит к разрушению. Время, необходимое для протекания периодов усталости, зависит от амплитуды, градиента напряжений, состояния поверхности, концентрации напряжений и свойств среды. Чаще всего трещины усталости зарождаются на ранней стадии. До разрушения металл с трещиной может выдерживать циклические напряжения в воздухе еще 80—90 % времени его общей долговечности. Среда в значительной мере влияет на усталость, причем в наибольшей степени —коррозионные среды. Выносливость материала при одновременном воздействии повторно-переменных напря-

Особенности пластической деформации поверхностных слоев по сравнению с объемом материала могут оказать существенное влияние на процессы трения и износа. Согласно [60, 71, 73], толщина слоя с ослабленными механическими характеристиками ориентировочно равна размеру зерна. Во многих случаях эта величина соизмерима с зоной пластической деформации и разрушения при трении. В то же время при расчетах числа циклов до разрушения и интенсивности износа используются константы механических характеристик, свойственные материалу в объеме. По-видимому, это одна из причин того, что расхождение между расчетными и экспериментальными значениями интенсивности износа составляет не менее 50 %, а в некоторых случаях они различаются на порядок. Количественное изучение структурных и энергетических закономерностей пластической деформации поверхностных слоев непосредственно в процессе трения необходимо для уточнения расчета сопряженных деталей на долговечность и поиска структурных критериев разрушения.

18. Радчик А. С., Радчик В. С. О деформации поверхностных слоев при трении скольжения.— ДАН СССР, 1968, т. 119, № 5.

39. Крагелъский И. В. Износ как результат повторной деформации поверхностных слоев.— Изв. вузов. Физика, 1959, № 5.

Обращает на себя внимание наличие разориентированных участков размером приблизительно 10—100 мкм в приповерхностном слое усталостно нагруженных монокристаллов молибдена (см. рис. 2). Образование таких участков нельзя связывать с наличием избыточных дислокаций одного знака, поскольку в условиях симметричного растяжения — сжатия дислокационные «сгустки» имеют дипольный и мультипольный характер, не приводящий к заметным разориентировкам. Вероятно, образование разориентированных участков с резкими границами, обладающих определенной кристаллографической направленностью, обусловлено градиентом дислокационной структуры от поверхности вглубь кристалла. Из-за различных условий деформации поверхностных и внутренних слоев кристалла в поверхностных слоях будут происходить ротации, чередующиеся по знаку. Очевидно, наличие ротационных мод, пластической дефомации в процессе усталостного нагружения также может служить источником зарождения хрупких микротрещин, однако этот вопрос требует дальнейшего развития.