Переменном нагружении

В сердечнике из магнитострнкцион-ного материала при наличии электромагнитного поля домены разворачиваются в направлении магнитных силовых линий, что вызывает изменение размера поперечного сечения сердечника и его длины. В переменном магнитном поле частота изменения длины сердечника равна частоте колебаний тока. При совпадении частоты колебаний тока с собственной частотой колебаний сердечника наступает резонанс и амплитуда колебаний торца сердечника достигает 2—10 мкм. Для увеличения амплитуды колебаний на сердечнике закрепляют резонансный волновод переменного поперечного сечения, что увеличивает амплитуду колебаний до 10— 60 мкм. На волноводе закрепляют рабочий инструмент — пуансон. Под пуансоном-инструментом устанавливают заготовку и в зону обработки поливом или под давлением подают абразивную суспензию, состоящую из воды и абразивного материала. Из абразивных материалов используют карбиды бора или кремния и электрокорунд. Наибольшую производительность получают при использовании карбидов бора. Инструмент поджимают к заготовке силой 1 — 60 Н.

Пусть заряженная частица, например протон, движется по круговой орбите в переменном магнитном поле В, как это происходит в циклическом ускорителе (рис. 45). На пути протона

Магнитные свойства закаленной и низкоотпущенной стали ШХ-15 определяются главным образом количеством остаточного аустенита, дисперсностью карбидов и количеством углерода в твердом растворе (1 — 3]. Это позволило предположить наличие определенных аналогий хода соответствующих зависимостей магнитных характеристик и данных рент-геноструктурного анализа от вида и температуры термообработки. Для доказательства справедливости такого предположения были выполнены измерения магнитных характеристик цилиндрических образцов в переменном магнитном поле (f = 50 гц) на приборе «Ферротестер» типа TR-9801/A в интервале намагничивающих полей 3 — 380 э. Магнитные характеристики определялись путем снятия серии петель гистерезиса с экрана электроннолучевой трубки прибора. По каждой петле гистерезиса в свою очередь определялись максимальная магнитная индукция Вмйкс, остаточная магнитная индукция Вг, магнитная проницаемость \и = Вмакс/Нт и оценивалась величина динамической коэрцитивной силы НСт- После снятия каждой частной петли гистерезиса измерялись амплитуды гармонических составляющих выходной э.д.с. датчика фер-ротестера с помощью анализатора низких частот типа С5-3. Результаты магнитных измерений хорошо согласуются с известными в литературе [4, 8, 9] .

Индукционный метод применяется преимущественно для обнаружения раковин, непроваров и других скрытых дефектов. В приборах индукционного действия искателями (индикаторами) служат катушки. Катушки надевают на испытываемое изделие или размещают на его поверхности. Изделие в этом случае намагничивается в переменном магнитном поле. Если катушку заставить вибрировать, изделие может намагничиваться также постоянным магнитным полем. Индукционная катушка соединяется с регистрирующим прибором непосредственно или через усилительные устройства. Катушки перемещают вдоль изделия (или изделие протаскивают через катушку); в момент пересечения мест дефекта в витках катушки ввиду изменения магнитного потока возникает электродвижущая сила индукции, которая регистрируется соответствующими приборами (гальванометрами, лампами, звуковыми сигнальными приборами и др.). По этому принципу работают многие приборы.

Для контроля твердости начинают применять новые магнитные методы: метод высших гармоник и метод магнитных шумов. Метод высших гармоник основан на нелинейности магнитных характеристик материала контролируемого изделия в переменном магнитном поле и анализе высших гармоник сигналов датчиков. Метод магнитных шумов основан на анализе спектра, амплитуд и длительности магнитного шума (скачков Барггаузена) в функции исследуемых механических свойств ферромагнитного материала.

Распределение плотности тока по сечению весьма длинного цилиндра, находящегося в однородном переменном магнитном поле, выражается уравнением:

ных камерах или электромагнитах (демагнеги-заторы), питаемых переменным током. В последнем случае деталь протаскивается через демагнетизатор (проходит через переменное магнитное поле, напряжённость которого убывает от максимума до нуля). Такой способ размагничивания применим тогда, когда изделия намагничивались в переменном магнитном поле. Если намагничивание проводилось в постоянном магнитном поле, то и размагничивание достигается в постоянном поле, но при обязательной перемене направления поля (коммутированием) и постепенном уменьшении его напряжённости до нуля. Изделия, намагниченные „циркулярно", полярностью почти не обладают и поэтому размагничивать их нет надобности. Напряжённость магнитного поля соленоида или электромагнита, при которой начинается размагничивание, должна быть несколько выше, чем напряжённость поля, в котором производилось намагничивание.

Исходя из того, что протекание электрического тока всегда сопровождается магнитными явлениями, Фарадей предугадал и возможность превращения магнетизма в электричество. В 1831 г. он показал, что электрический ток возникает как в неподвижном проводнике, находящемся в переменном магнитном поле, так и в проводнике, который сам перемещается в неизменном магнитном поле. Полгода спустя это же явление, названное позднее электромагнитной индукцией, наблюдал американский физик Д. Генри. Два выдающихся ученых на разных континентах независимо друг от друга почти одновременно пришли к одному и тому же выводу.

хождение по неравномерно нагретому проводнику или полупроводнику с током; Тиндаля — рассеяние света в мутных средах на частицах, размеры которых малы по сравнению с длиной волны света; электромагнитной индукции заключается в том, что в проводящем контуре, находящемся в переменном магнитном поле, возникает индуцированный электрический ток; электростатической индукции — перераспределение зарядов в проводнике под влиянием внешнего электростатического поля)

Высокочастотный индуктивный преобразователь работает следующим образом. Если через катушку индуктивного преобразователя пропустить переменный ток и в созданное им магнитное поле поместить металлическое тело, то электрические параметры катушки (индуктивность и добротность) изменяются. Это связано с тем, что в проводящих материалах, находящихся в переменном магнитном поле, наводятся вихревые токи, на образование которых тратится часть энергии вызвавшего их поля.

ходит ток); индукционный (тепловыделение непосредственно в обрабатываемом материале при переменном магнитном потоке); дуговой (тепловыделение в факеле электрической дуги — в плазме из частиц газа окружающей среды); плазменный (тепловыделение в плазме движущегося с определенной скоростью газа); электронный (тепловыделение в обрабатываемом материале за счет так называемой электронной бомбардировки), см. также разд. 6 кн. 2 настоящей серии.

Следует отметить, что наряду с картиной четкого закрепления очагов повышенной и пониженной деформации при циклическом повторно-переменном нагружении более четко прослеживается перераспределение

Представление об интерференции волн напряжений, возникающих в образце, позволило объяснить результаты некоторых усталостных испытаний. Суммирование колебаний различных частот и ам- . плитуд является причиной перегрузки отдельных объемов .материала образца и зарождения первичных субмикросколических трещин при переменном 'нагружении. Снижению сопротивления усталости стали при двухчастотном нагружении способствует локализация пластической деформации и более интенсивное накопление искажений кристаллической решетки, а также ускоренное распространение усталостных трещин.

Для проведения испытаний на малоцикловую усталость на разрывных машинах с маятниковым силоизмерением при повторно-переменном нагружении разработано специальное устройство [102] применительно к машине ЦДМ-5. Испытуемый образец укрепляется в захватах машины с помощью винтовых распорок, обеспечивающих передачу растягивающих и сжимающих нагрузок. Величина максимальной и минимальной нагрузки цикла регулируется соответствующим размещением фотосопротивлений и ламп подсвечивания относительно прорези в шторке и относительно друг друга.

Фрактографическое исследование в сочетании с микроструктурным анализом и анализом трещин показало, что процесс развития макроскопических трещин в литейных никельхромовых высокожаропрочных сплавах МС6У, ВЖЛ12У при переменном нагружении по симметричному и ассиметричному циклам при температурах 850—950°С занимает значительную часть общей жизни испытываемого гладкого образца. На это указывает, в частности, то, что общая долговечность оказывается связанной с характеристиками процесса разрушения, проявляющимися в изломе: имеется связь между шириной усталостных полосок (ширина полосок измерялась с помощью оптического микроскопа при увеличениях 600—800) и долговечностью (рис. 127). Полученная зависимость может быть использована для приближенного, но тем не менее количественного определения времени

231. Шевченко Ю. Н. Термопластичность при переменном нагружении. Киев: Наукова думка, 1970.

Форма и размеры детали (в отличие от статического нагружения) оказывают значительное влияние на усталостную прочность. Значение предела усталости материала, определенное при лабораторных испытаниях гладких образцов, дает лишь общее представление о его выносливости, но недостаточна для суждения об усталостной прочности изготовленной из этого материала детали в условиях эксплуатации. Кроме того, детали, изготовленные разными способами из одного материала или имеющие различия в форме и размерах, не равнопрочны при повторно-переменном нагружении.

Согласно измерениям [4—6], эти остаточные напряжения в подповерхностной области являются напряжениями сжатия. Их результирующее действие ведет к наблюдаемому торможению развития трещин. Естественно, их влияние особенно проявляется при переменном нагружении (/? = —1).

Значения постоянных С т т для исследуемой стали отличаются от предлагаемых Такашимой [3] значений для подобных ма- Ц териалов. Проведенные экспериментальные исследования на об- рис. з. Схема блоков нагружения. разцах при ступенчато-переменном нагружении [4] выявили влияние начальных перегрузок на процессы зарождения и развития трещины (рис. 3).

Представлены результаты исследования развития трещин при переменном нагружении в аустенитной наплавке на CrMoV стали с а0 2 = 600 МПа. Получены данные о пороговых значениях для свободной аустенитной наплавки и основной стали в широком диапазоне асимметрии нагружения R. Определены регрессивные зависимости А^д от параметра (1—Л). Проведено сравнение зависимости роста трещин в свободной наплавке и свободном материале при частотах нагружения 34 и 0,2 Гц.

• В соответствии с др. теориями, физич. природа процесса усталости отлична от природы статич. наклепа. Образование микроскопич. трещин при циклич. нагрузках рассматривается в этом случае как процесс постепенного ослабления межатомных связей и развития необратимых «повреждений» в определенных участках структуры (напр., на границах мозаичных блоков). Модель неоднородного упруго-пластич. деформирования конгломерата случайно ориентированных кристаллов послужила основой для теорий усталостного процесса как в детерминированной, так и в вероятностной трактовке. При напряжениях, не превосходящих предела текучести металла, усталостные процессы связаны лишь с явлениями местной пластич. деформации, не проявляющейся макроскопически, и рассматриваются как квазиупругие. Числа циклов, необходимые для усталостного разрушения при таких уровнях напряженности, измеряются сотнями тыс. и млн. При напряжениях, превосходящих предел текучести, явления усталости сопровождаются макроскопическими пластич. деформациями и рассматриваются как упруго-пластические. Число циклов, необходимое для разрушения в этой области, измеряется сотнями и тысячами. В зависимости от условий протекания процесс У. может также сопровождаться фазовыми превращениями в металлах. Так, при повышенных темп-pax происходит выделение и перераспределение упрочняющих фаз при переменном нагружении, что иногда приводит к ускоренному ослаблению границ зерен," и при длительной работе трещины усталостного разрушения возникают в этом случае на границах зерен. Физико-химич. превращения в структуре наблюдались i также и При -• комнатной темп-ре при циклич. напряжениях выше предела У. Стадия усталостного' разрушения, связанная с развитием трещины, возникает на разных этапах действия переменных напряжений. При большой структурной неоднородности, свойственной, например, чу гунам, в местах включений графита система микротрещин возникает задолго до развития магистральной трещины, приводящей - к окончательному усталостному разрушению. Для структурно более однородных металлов, напр, конструкционных сталей, образованию отдельных микро-, а потом макротрещин предшествуют длительно- накапливающиеся изменения, и трещины возникают на относительно поздних стадиях, развиваясь с нарастающей скоростью. ' :••-•.*.• :'• • :, . '.--. . :--

1. Высокая эффективность способа как средства повышения усталостной прочности деталей. Срок службы многих деталей, работающих при ударном и переменном нагружении, которые лимитируют работу машин, вследствие поверхностного упрочнения увеличивается в несколько раз; сокращается потребность в запасных частях, резко снижается выход машин из строя вследствие усталостного разрушения деталей. При равной или даже несколько повышенной долговечности, после упрочнения можно повысить допустимые нагрузки, в первую очередь, для деталей, имеющих концентраторы напряжений (канавки, галтели, отверстия). Применение этого способа упрочнения расширяет возможности конструкторов в использовании более технологичных и конструктивных решений (например, галтелей малого радиуса вместо переменного или большого радиуса), в выборе материалов для деталей, сварных конструкций и гальванических покрытий, повышающих износостойкость и т. д. К таким покрытиям относится, например, хромирование, которое без поверхностного наклепа снижает усталостную прочность. Наряду с усталостной прочностью во многих случаях повышается износостойкость деталей и стабилизируются по своей прочности неподвижные посадки.